Способ предупреждения повреждения крепи высокотемпературных скважин

 

Использование: при креплении высокотемпературных скважин. 0беспечивает повышение надежности крепи за счет снижения напряжений в обсадной колонне. Сущность изобретения: определяют максимальную температуру обсадной колонны, из условия равнопрочности обсадных труб со средней толщиной стенки при их максимально возможном прогреве и охлаждении. Рассчитывают параметры процесса циркуляции флюида (температуру закачиваемого флюида и его расход) через колонну труб малого диаметра, обеспечивающего максимальное приближение к оптимальной температуре обсадной колонны на момент потери ею подвижности (схватывания тампонажного раствора) и для найденных температурных условий выбирают конструкцию обсадной колонны (толщины стенок и марки стали обсадных труб), а затем с помощью колонны труб малого диаметра цементируют ее и реализуют на время ОЗЦ процесс циркуляции флюида с расчетными параметрами. При отклонении во время ОЗЦ температуры восходящего потока флюида на устье скважины от расчетного значения ее поддерживают на расчетном уровне путем регулирования параметров процесса циркуляции. 4 ил.

Изобретение относится к креплению высокотемпературных скважин и может быть использовано при цементировании обсадных колонн парогидротермальных и паронагнетательных скважин.

Известен способ предупреждения повреждений обсадных колонн путем размещения в нижней части колонны высокопрочных труб, а в верхней части - безмуфтовых труб, покрытых термопластичным материалом, приобретающим пластичные свойства при прогреве свыше определенной температуры. Нижнюю часть колонны цементируют высокопрочным, а верхнюю облегченным тампонажными материалами и между ними устанавливают компенсатор температурных удлинений (1).

Реализация способа требует решения сложных задач по разработке термопластичного материала с заданной точкой пластичности, способа нанесения его на обсадные трубы и предупреждения повреждения этого материала при спуске обсадных колонн. Сохраняются трудности, связанные с подбором труб для нижней напряженной части колонны.

Наиболее близким к предлагаемому является способ предупреждения повреждения крепи высокотемпературных скважин, включающий спуск обсадной колонны, ее цементирование и охлаждение обсадной колонны (2).

Недостаток способа заключается в том, что закачка охлаждающей жидкости осуществляется разово и дальнейший процесс теплообмена между скважиной и массивом горных пород остается неуправляемым. Поэтому в парогидротермальных скважинах из-за высокой температуры горных пород снижение температуры обсадной колонны на момент потери ею подвижности и изменение осевых температурных напряжений не могут быть значительными. В паронагнетательных скважинах твердение тампонажного раствора и потеря подвижности обсадной колонны происходит при относительно низких температурах и охлаждение ее по данному способу приведет к увеличению и без того высоких термических напряжений сжатия.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и долговечности крепи за счет снижения напряжений в обсадной колонне.

Необходимый технический результат достигается тем, что по способу предупреждения повреждения крепи высокотемпературных скважин, включающем спуск обсадной колонны, ее цементирование и охлаждение обсадной колонны, до спуска в скважину обсадную колонну в нижней части оборудуют посадочным седлом и после ее спуска в последнюю спускают дополнительную колонну труб с глухим посадочным конусом; а цементирование обсадной колонны осуществляют путем закачки цементного раствора через дополнительную колонну, при этом охлаждение обсадной колонны осуществляют после закачки цементного раствора путем циркуляции жидкости через дополнительную колонну и ее заколонное пространство с момента потери подвижности обсадной колонны и в течение времени затвердевания цементного раствора.

На фиг. 1 изображена зависимость температуры обсадной колонны на различных стадиях строительства и эксплуатации парагидротермальной скважины, на фиг. 2 то же для паронагнетательной скважины, на фиг. 3 схема цементирования и регулирования температуры обсадной колонны с помощью колонны труб малого диаметра, на фиг. 4 схема циркуляции флюида в обсадной колонне.

В парогидротермальных скважинах, характеризующихся высокой температурой горных пород, максимальная температура обсадной колонны имеет место при транспортировании теплоносителя (фиг. 1, кривая 1), а минимальная при закачке жидкости для остановки работающей скважины (фиг. 1, кривая 2).

В паронагнетательных скважинах с относительно низкой температурой горных пород максимальный прогрев колонн наблюдается при закачке пара в пласт (фиг. 2, кривая 1), а максимальное охлаждение при длительной остановке скважины или ее промывке (фиг. 2, кривая 2).

Если цементирование обсадной колонны в парогидротермальной скважине производят известным способом без охлаждения или с недостаточным охлаждением, то на момент потери ею подвижности колонна прогревается, и особенно сильно в нижней части за счет теплообмена с горными породами и тепла, выделяющегося при гидратации тампонажного раствора (фиг. 1, кривая 3). В этом случае обсадные трубы будут испытывать незначительные термические напряжения сжатия при транспортировании теплоносителя, но весьма большие напряжения при закачке жидкости в скважину, например при остановке ее на плановый ремонт или ликвидации выброса паро-водяной смеси. В верхней части колонны термические напряжения сжатия возрастают, но они в значительной степени компенсируются растяжением от веса колонны. В паронагнетательных скважинах температура обсадной колонны на момент потери ею подвижности относительно низка (фиг. 2, кривая 3), так как после окончания цементирования на ее рост практически оказывает влияние только тепловыделение гидратирующего тампонажного раствора. Поэтому термические напряжения в обсадных трубах при остановке скважины или ее промывке невелики и растягивающие напряжения будут формироваться в основном за счет веса колонны, но при закачке пара по всей длине колонны будут иметь место высокие напряжения сжатия. Возникающие в зацементированных обсадных колоннах высокотемпературных скважин значительные по величине термические напряжения могут привести к повреждению обсадных труб и цементной оболочки.

В этой ситуации в высокотемпературных скважинах облегчить условия работы и предупредить повреждения крепи, в целом, и обсадных колонн, в частности, можно уменьшив до минимума напряжения в обсадных трубах путем изменения температуры колонны на момент потери ею подвижности таким образом, чтобы прочность обсадных труб при их максимально возможном прогреве и охлаждении была по возможности равной.

Предлагаемый способ осуществляют в следующем порядке.

Решением задач теплообмена между скважиной и горными породами рассчитывают максимальную (кривая 1, фиг. 1, 2) и минимальную (кривая 2, фиг. 1, 2) температуры обсадной колонны, затем определяют ее оптимальную температуру, исходя из условия равнопрочности обсадных труб со средней толщиной стенки при их максимально возможном прогреве и охлаждении (кривая 4, фиг. 1, 2). Средняя толщина стенки задается между минимальной толщиной, определяемой с учетом коррозии труб в процессе эксплуатации скважин, и максимальной ограниченной требованием по свободному пропуску долота для последующего бурения. Далее, решая задачу теплообмена между скважиной и массивом горных пород с учетом промывки скважины после спуска обсадной колонны и тепла, выделяющегося при гидратации тампонажного раствора, рассчитывают параметры процесса циркуляции флюида (температуру закачиваемого флюида и его расход) в колонне, осуществляемого с помощью колонны труб малого диаметра и обеспечивающего максимальное приближение к оптимальной температуре обсадной колонны на момент потери ею подвижности (кривая 5, фиг. 1, 2). В заключение, зная перепады температур, рассчитывают напряжение в трубах и выбирают толщины стенок и марки стали обсадных труб.

Ввиду того, что точно не известно, когда обсадная колонна теряет подвижность, эту температуру и соответствующие параметры процесса циркуляции флюида рассчитывают на момент схватывания тампонажного раствора, а затем реализуют его на время ОЗЦ. Так как температура обсадной колонны практически равна температуре восходящего потока флюида, что дает возможность в определенной мере контролировать процесс, замеряют эту температуру на устье скважины и если она отклоняется от расчетного значения, то ее поддерживают на расчетном уровне путем регулирования параметров процесса циркуляции.

Очевидно, что в паронагнетательных скважинах потребуется прогревать обсадные колонны до температуры свыше 100^o C, закачивая в колонну труб малого диаметра пар. Необходимые температуру закачиваемого пар и интенсивность циркуляции обеспечивают с помощью парогенераторных установок. В парогидротермальных скважинах обсадную колонну следует охлаждать, закачивая жидкость, например воду. В этом случае температуру подаваемой жидкости регулируют с помощью градирен, а интенсивность путем изменения режима работы цементировочных агрегатов.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом (фиг. 3, 4).

В скважину опускают обсадную колонну 1 с выполненным из легко разбуриваемого материала посадочным седлом 2, расположенным над башмаком колонны 3. В обсадную колонну на 0,5-1 м выше посадочного седла 2 спускают колонну труб малого диаметра 4 с выполненным в виде усеченного конуса заглушенным нижним концом 5 и расположенными над ним промывочными отверстиями 6. При открытой задвижке 7 и закрытой задвижке 8 закачивают тампонажный раствор в колонну труб малого диаметра 4 и затем продавливают его через промывочные окна 6, посадочное седло 2, башмак обсадной колонны 3 в затрубное пространство (фиг. 3). После закачки расчетных объемов тампонажного раствора и продавочной жидкости колонну труб малого диаметра 4 частично разгружают на посадочное седло 2, препятствуя перетоку тампонажного раствора 9, расположенного в затрубном пространстве, внутрь обсадной колонны 1. Затем открывают задвижку 8 и осуществляют циркуляцию флюида через колонну труб малого диаметра 4, промывочные окна 6 и межтрубное пространство 10 на время ОЗЦ (фиг. 4). Далее из скважины извлекают колонну труб малого диаметра, разбуривают посадочное седло и башмак обсадной колонны. На этом процесс реализации предлагаемого способа заканчивается.

Формула изобретения

Способ предупреждения повреждения крепи высокотемпературных скважин включает спуск обсадной колонны, ее цементирование и охлаждение обсадной колонны, отличающийся тем, что до спуска в скважину обсадную колонну в нижней части оборудуют посадочным седлом и после ее спуска в последнюю спускают дополнительную колонну труб с глухим посадочным конусом в нижней части и боковыми циркуляционными отверстиями над посадочным конусом, а цементирование обсадной колонны осуществляют путем закачки цементного раствора через дополнительную колонну, при этом охлаждение обсадной колонны осуществляют после закачки цементного раствора путем циркуляции жидкости через дополнительную колонну и ее заколонное пространство с момента потери подвижности обсадной колонны и в течение времени затвердевания цементного раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4