Способ ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине и пробка

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4798241/03 (22) 05.03.90 (46) 15.12.93 Бюл. I4 45-46 (71) Татарский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) Габдуплин PI.; Фархутдинов P.Ã. (73) Татарский государственный научно-.исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (54) СПОСОБ СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ В СКВАЖИНЕ

И ПРОБКА (57) Использование: в нефтегазодобывающей промышленности, а именно в строительстве, а также ремонте скважин при наращивании цементного кольца за эксплуатационной колонной с целью охраны недр, когда отдельные пласты, вскрытые скважиной, оказались неизолированными. Сущность изобретения: способ предусматривает выполнение отверстия в стенке обсадной колонны труб дпя закачки цементного раствора, цементирование первой (в) RU (11) 2004775 С1 (51) 5 Е21В 33 14 и второй ступени обсадной колонны и перекрытие отверстия после закачки цементного раствора. При этом перед цементированием второй ступени в обсадной колонне устанавливают цементный мост ниже отверстий в стенке обсадной колонны, отверстие для закачки цементного раствора выполняют сверлением до получения углубления в породе стенки скважины, а после окончания цементирования второй ступени отверстие герметизируют эластичной пробкой до полного захода головной части в углубление породы и фиксирования хвостовой части в . отверстии. Способ осуществляют с помощью устройства, выполненного в виде пробки с эластичным корпусом с металлическим стержнем, размещенным в его центральной части вдоль оси. Корпус выпол,нен с металлической головной частью для размещения ее в углублении породы, причем металлическая головная часть жестко соединена с металлическим стержнем, выполненным с возможностью размещения его в рабочем положении в отверстии в стенке обсадной колонны. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

2004775

10 l5

55

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству, а также к ремонту скважин при наращивании цементного кольца эа обсадной колонной с целью охраны недр, когда отдельные пласты, вскрытые скважиной, оказались неизолированными.

Известен способ двухступенчатого цементирования обсадной колонны, включающий перфорацию обсадной колонны непосредственно на уровне цементного камня первой ступени, закачку цементного раствора через заперфорационные отверстия с оставлением цементного моста против интервала перфорации (фильтра), ожидание эатвердевания цемента (ОЗЦ) и разбуривание цементного моста.

Недостатком указанного способа является то, что после окончания цементировочных работ и разбуривания цементного моста отверстия в эксплуатационной колонне при этом остаются неперекрытыми, через которые затем при знакопеременных давлениях в скважине происходит разрушение цементного камня в цементировочных отверстиях и потеря герметичности стенки колонны, что является причиной обводнения продукции скважины. Устранение негерметичности в таких случаях требует дополнительных работ, связанных с затратами труда и времени. Все это усложняет технологию ступенчатого цементирования, Известно также устройство для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающий выполнение отверстия в стенке обсадной колонны труб для закачки цементного раствора, цементирование первой и второй ступени обсадной колонны . и перекрытие отверстия после закачки цементного раствора в эаколонное пространство. Указанное техническое решение можно принять в качестве прототипа, Недостатком данного способа является то, что оно требует для его осуществления устройство сложной конструкции, приводящее к сужению полости обсадной колонны, а также сложность технологии, связанная с разбуриванием разделительной пробки и цементного моста. При этом низка надежность цементирования, Известно устройство для цементирования обсадной колонны, которое выполнено в аиде пробки, включающей эластичный корпус с металлическим стержнем, размещенным в его центральной части вдоль оси, Его недостатком является то, что в силу конструктивных особенностей она ненадежно перекрывает цементировочные отверстия, выполненные в боковой стенке обсадной колонны.

Целью изобретения является повышение надежности цементировэния при одновременном упрощении технологии.

Поставленная цель достигается описываемым способом ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине, включающим выполнение отверстия в стенке обсадной колонны труб для закачки цементного раствора, цементирование первой и второй ступени обсадной колонны и перекрытие отверстия после закачки цементного раствора в заколонное пространство, Новым является то, что перед цементированием второй ступени в обсадной колонне устанавливают цементный мост ниже отверстия в стенке обсадной колонны, при этом отверстия для закачки цементного раствора выполняют сверлением до получения углубления в породе стенки скважины, а после окончания цементирования второй ступени отверстие герметизируют эластичнрй пробкой до полного захода головной части в углубление породы и фиксирования хвостовой части в отверстии.

При этом устройстводля осуществления способа представляет из себя пробку, включающую эластичный корпус с металлическим стержнем, размещенным в его центральной части вдоль оси.

Новым является то, что эластичный корпус выполнен с металлической головной частью для размещения в углублении породы, причем металлическая головная часть жестко соединена с металлическим стержнем, выполненным с воэможностью размещения его в рабочем положении в отверстии в стенке обсадной колонны.

Отличительные признаки данного способа не являются идентичными в сравнении со сходными признаками известных способов и создают новый положительный эффект, выражающийся в упрощении технологии и повышении надежности цементирования. По нашему мнению, вышеуказанные отличительные признаки заявляемого способа соответствуют критерию "существенные отличия изобретения", поскольку на дату подачи заявки из патентной и научно-технической литературы не известны способы того же назначения с такими же отличительными признаками, создающими новый положительный эффект, не свойственный известным способом, Нэ фиг,1 изображен ствол скважины в разрезе с отключающим цементным мостом, просверленной обсадной колонной и с углублением в стенке скважины; на фиг.2— то же, в момент конечной стадии цементирования эксплуатационной колонны и после

2004775

55 герметизации отверстия эластичной пробкой; на фиг.3 — эластичная пробка, разрез; на фиг.4 - процесс обратной промывки излишнего цементного раствора из ствола скважины.

Устройство для осуществления способа представляет собой пробку(фиг.3) включающую эластичный корпус 1, который выполнен в. виде ступенчатого цилиндра с направляющей конусной головкой 2. Последняя жестко соединена с металлическим стержнем 3, например, размещенным в центральной части вдоль оси корпуса с помощью резьбового соединения, Направляющая головная часть 2 со стержнем выполнены иэ металлического материала и дополнительно играют роль стабилизатора, благодаря чему в цементном растворе пробка постоянно направлена вниз своей направляющей головной частью.

Пробка в целом обладает плотностью, равной плотности цементного раствора, что придает ей положительную плавучесть по отношению к этому изоляционному материалу. Расстояние между ступенями цилиндров корпуса берут примерно 0,8-1,0 см.

Общая длина пробки для колонны диаметром 146 мм составляет 70 мм, а для колонны диаметром 168 мм - 60 мм.

Поскольку диаметр цементировочного отверстия 4, получаемого сверлящим устройством типа CKM (сверлящее устройство на фигурах не изображено), составляет 35 мм (стандартное), то диаметры ступени цилиндрических частей пробки заранее определяют в стендовых условиях, исходя из марки полиэтилена (резины), из которого изготавливают корпус пробки, прочностных свойств и деформируемости. Направляющая головная часть пробки имеет диаметр на 1-2 мм меньше диаметра цементировоч.ного отверстия для возможности беспрепятственного захода, а следующая ступень

5 пробки эа направляющей головной частью берется с большим диаметром, чем цементировочное отверстие 4, для захода в него с небольшим натягом. Следующая наибольшая по диаметру ступень 6- для захода с большим натягом так, что после полного захода она своим торцом.7 упиралась бы с наружной стороны цементировочного отверстия. создавая при этом плотное уплотнение, как это изображено на фиг.2, без возможности обратного выхода.

Способ осуществляется в следующей последовательности. Определяют высоту цементного камня эа обсадной колонной после первой ступени цементирования (например, геофизическим способом), ниже на

10-15 м устанавливают цементный мост 8.

Затем на 0,5-1,0 м выше "головь." цементного кольца спуском на кабеле сверлящего керноотборника с его помощью прсверливаютобсадную колонну9 и стенку скважины

10 на всю длину сверла (см.фиг,1). По материалам в керноотборнике определяют толщину стенки обсадной колонны и глубину отверстия 11 в стенке скважины. Затем в скважину спускают колонну НКТ 12 на 10-15 м выше цементировочного отверстия 4, и вскрыв устье скважины, через HKT закачивают цементный раствор в объеме, достаточном для заполнения пространства за обсадной колонной 9 до устья скважины. В последнюю порцию цементного раствора (200-300 л) подают эластичную пробку 13.

Поскольку сталь, из которой изготовлена направляющая головка пробки тяжелее полиэтилена (резины), пробка в жидкости всегда находится направляющей головкой вниз и в цементировочное отверстие 4 обсадной колонны 9 увлекается потоком цементного раствора в таком же положении.

При этом она не может перемещаться со скоростью большей, чем скорость прокачки цементного раствора (плотность цементного раствора 1,8 г/см, полиэтилена с металлической головкой 1,7-1,8 г/смз). Это дает гарантию, что пробка ни при каких условиях не окажется ниже цементировочного отверстия 4. По мере прохождения через отверстие 4 конусной частью корпуСа 1 пробки цементировочное отверстие постепенно герметизируется и под давлением она проталкивается до упора направляющей частью в отверстие 11 в стенке скважины. При этом давление на манометре насосного агрегата резко возрастает, Агрегат отключают. Для своевременного обнаружения посадки ее головной части 2 в отверстие 4 продавливают цементный раствор в скважину с точным замером продавочной жидкости в бункере агрегата и ближе к моменту посадки насосный агрегат переключают на меньший расход закачки продавочной жидкости. После получения сигнала "Стоп" (что регистрируется увеличением давления на манометре) давление в скважине постепенно снижают. при этом выступающая ступень 6 пробки выпрямляется и плотно закрывает цементировочное отверстие 4 в обсадной колонне 9 с наружной стороны. Таким образом, пробка надежно фиксируется перпендикулярно к стенке скважины благодаря наличию в ней углубления 11 и выступающей ступени цилиндрической части корпуса 1 пробки. Затем НКТ 12 подают вниз, ниже отверстия с пробкой и обратной промывкой вымывают излишний цементный раствор (фиг.4). Далее скважину оставляют на ОЗЦ на 24 ч, а затем

2004775 7 ние на манометре насосного агрегата составляет 5,0 МПа. Из всего расчетного обьема продавочной жидкости (гл.раствора)

620л, оставшуюся часть 620-(200+300)=120

5 л, закачивают на 1-й скорости агрегата для фиксирования посадки устройства. Давление при посадке поднимается до 9 МПа, при этом насосный агрегат сразу останавливают. Давление постепенно снижают до "0".

10 Переливание жидкости из скважины не обнару>кивают, Далее НКТ подаю вниз до 560 м и обратной промывкой вымывают излишний цементный раствор. Через 24 ч ОЗЦ геофизические исследования (АКЦ) показы15 вают качественное цементирование.

Технико-экономические показатели предлагаемого способа заключаются в следующем .

-снижается трудоемкость на 507» и про20 должительность вторичного цементирования обсадных колонн в 2 раза, за счет исключения разбуривания цементного моста и установки металлического пластыря дпя разобщения фильтров;

25 - не сужается полость обсадных труб;

- создается возможность закачки наполнителей крупных размеров для борьбы с поглощением через отверстие диаметром

35 мм, в то время как ни один перфоратор

30 не создает отверстий такого диаметра (только до 10 мм), что в свою очередь приводит к экономии цемента.

Ежегодный обьем работ только в ПО

"Татнефть" составляет около 500 сква>кино35 операций. (56) В,А.Харьков. Капитальный ремонт нефтяных и газовых скважин. - M. Недра, 1966, Авторское свидетельство СССР

40 N. 717287, кл, Е 21 В 33/14, 1969.

Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин. Под ред. А.И,Бухатова.М.: Недра, 1977.

1. Способ ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине, включа- 50 ющий выполнение отверстия в стенке обсадной колонны труб для закачки цементного раствора, цементирование первой и второй ступеней обсадной колонны и перекрытие отверстия после закачки цементно- 55 го раствора в заколонное пространство, отличающийся тем, что. с целью повышения надежности цементирования при одновременном упрощении технологии, перед цементированием второй ступени в повторной опрессовкой проверяют герметичность цементировочного отверстия 4.

Затем геофизическими приборами определяют качество второй ступени цементирования. Пробка 13, находясь в замкнутом пространстве (цементе), даже под высоким давлением не деформируется, обеспечивая надежную герметичность.

Пример. Скважина имеет диаметр ствола 216 мм, диаметр эксплуатационной колоны 146 мм. Цемент поднят до глубины

536 м от устья скважины. Спускают сверлящий керноотборник в колонну на глубину

535 м и в ее стенке просверливают отверстие диаметром 35 мм, Керноотборником поднимают высверленный из стенки обсадной колонны 9 "пятачок" металла толщиной

8 мм и керн выбуренной породы из стенки скважины высотой 15 мм. Исходя из этих данных и с учетом рабочейдпины сверла 70 мм видно, что:

- сверление выполняют успешно; — обсадная колонна находится концентрично относительно ствола скважины;

- сверло не попадает в каверну в стенке ствола скважины и образовывает углубление (цилиндр высотой 15 мм), что достаточно для фиксирования пробки (оно должно быть глубиной не менее 1 см). Для осуществления способа используют пробку длиной

70 мм, диаметром направляющей головной части пробки Я = 24 мм, диаметром следующей ступени пробки за направляющей головной части Я = 34 мм, диаметром наибольшей ступени корпуса Я = 44 мм.

Затем колонну НКТ спускают до 540 м. обвязывают устье скважины насосным агрегатом ЦА-320М, закачивают 11 м цементного раствора и через устьевое приспособление (на чертеже не показано) подают в раствор пробку, затем еще закачивают 200 л цементного раствора, а затем закачивают в НКТ

300 л глинистого раствора; при этом давлеФормула изобретения обсадной колонне устанавливают цемент-, ный мост ниже отверстий в стенке обсад-;. ной колонны, при этом отверстия для закачки цементного раствора выполняют сверлением для получения углубления в породе стенки скважины, а после окончания цементирования второй ступени отверстие герметизируют эластичной пробкой до полного захода головной части в углубление породы и фиксирования xsoставай части в отверстии, 2. Пробка, включающая эластичный корпус с металлическим стержнем, размещенным в его центральной части вдоль

2004775 .0 оси, отличающаяся тем, что эластичный корпус выполнен с металлической головной частью для размещения ее в углублении породы, причем металлическая головная часть жестко соединена с металлическим стержнем, выполненным с возможностью размещения его в рабочем

5 положении в отверстии в стенке обсадной колонны.

2004775

Составитель Ш.Шаяхметов

Техред М.Моргентал Корректор С.Щекмар

Редактор Е.Полионова

Тираж Подписное

HllO "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3389

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101