Способ регулирования плотности тампонажных и промывочных растворов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способам регулирования плотности тампонажных и промывочных растворов в процессе их приготовления в гидросмесителях струйного типа при бурении нефтяных и газовых скважин. В способе регулирования плотности тампонажных и промывочных растворов в гидросмесителе струйного типа, предусматривающем засыпку в него сухого порошкообразного материала с поддержанием его постоянного уровня и смешение указанного сухого материала с подаваемой жидкостью затворения, жидкость затворения подают с постоянным давлением и расходом, готовый раствор сбрасывают по гидроэлеватору в осреднительную емкость, причем одновременно с жидкостью затворения в гидросмеситель подают из осреднительной емкости раствор с плотностью ниже расчетной, при этом подача раствора может осуществляться как принудительно, так и за счет эжекции. Способ осуществляют с помощью устройства, включающего гидросмеситель струйного типа, содержащий приемную и смесительную камеры. Сопло установлено с возможностью регулирования зазора в проходном сечении эжектора. Для подачи жидкости через эжектор служит ниппель. Осреднительная емкость связана гидроэлеватором со смесительной камерой гидросмесителя. Рециркуляционная линия имеет кран и выполнена с возможностью соединения с агрегатом, обеспечивающим отбор из осреднительной емкости раствора с плотностью ниже расчетной. При перекрытом кране агрегат подает раствор пониженной плотности через рециркуляционную линию и сопло в гидросмеситель. Технический результат - повышение качества тампонажного и промывочного раствора за счет повышения эффективности смешения жидкой и твердой фаз, возможность широкого варьирования величиной плотности в процессе приготовления раствора и снижения диапазона колебаний плотности раствора в процессе его приготовления. 2 с. и 1 з.п .ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам регулирования плотности тампонажных и промывочных растворов в процессе их приготовления в гидросмесителях струйного типа при бурении нефтяных и газовых скважин.

Известен способ регулирования плотности приготавливаемого раствора, заключающийся в том, что в гидросмесителе получают раствор с повышенной плотностью по отношению к заданной, после чего его доводят до заданной, разжижая дополнительной подачей воды по обводной линии (байпас) в сбросной ствол, минуя приемную камеру гидросмесителя (аналог) [1].

Недостатком этого способа являются, длительность выхода на заданную плотность, связанную с подбором количества воды, невозможность повысить плотность приготовленного раствора и неудовлетворительное смешение жидкой и твердой фаз в сбросном стволе.

Известен способ регулирования плотности тампонажных и промывочных растворов в гидросмесителях струйного типа, предусматривающий засыпку в него сухого порошкообразного материала с поддержанием его постоянного уровня и смешение указанного сухого материала с подаваемой жидкостью затворения, заключающийся в том, что с целью повышения качества приготавливаемого раствора в верхней части бункера-питателя создают вакуум, причем вакуумная составляющая в верхней части бункера-питателя по своей абсолютной величине меньше вакуума составляющей у выкидного отверстия (прототип) [2].

Недостатком этого способа является то, что в случае применения порошкообразных материалов повышенной влажности не всегда удается выйти на расчетную плотность раствора, что может вызвать осложнение при креплении скважины.

Известно устройство для приготовления аэрированных буровых и тампонажных растворов, включающее корпус, подвижную насадку, патрубок для ввода рабочего агента, камеру смешения, диффузор, неподвижную насадку и размещенный под ней патрубок для ввода эжектирующего агента, при этом неподвижная насадка и патрубок установлены между камерой смешения и подвижной насадкой, благодаря чему повышается качество приготовления буровых и тампонажных растворов за счет увеличения количества эжектируемого агента (прототип) [3].

Недостатком этого устройства является то, что патрубок для ввода эжектируемого агента установлен между камерой смешения и подвижной насадкой и подает агент непосредственно в смесительную камеру (аналог байпаса), что позволяет готовить растворы или пониженной плотности, или растворы, плотность которых равна плотности первоначально приготовленного раствора.

Задачей настоящего изобретения является получение высокостабильного раствора заданной плотности за счет повышения эффективности смешения жидкой и твердой фаз и поддержания низкого диапазона колебаний плотности раствора в процессе его приготовления.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в известном способе регулирования плотности тампонажных и промывочных растворов в гидросмесителе струйного типа, предусматривающем засыпку в него сухого порошкообразного материала с поддержанием его постоянного уровня и смешение указанного сухого материала с подаваемой жидкостью затворения, жидкость затворения подают с постоянным давлением и расходом, готовый раствор сбрасывают по гидроэлеватору в осреднительную емкость, причем одновременно с жидкостью затворения в гидросмеситель подают из осреднительной емкости раствор с плотностью ниже расчетной. При этом раствор из осреднительной емкости может поступать в гидросмеситель как принудительно, так и за счет эжекции.

Способ осуществляют с помощью устройства, включающего гидросмеситель струйного типа, содержащий приемную и смесительную камеры, сопло, установленное с возможностью регулирования зазора в проходном сечении эжектора, и ниппель для подачи жидкости через эжектор, при этом оно снабжено осреднительной емкостью, связанной гидроэлеватором со смесительной камерой гидросмесителя, и рециркуляционной линией, и выполнено с возможностью обеспечения подачи жидкости затворения через эжектор в приемную камеру с одновременной подачей сухого порошкообразного материала в нее одновременной подачей принудительно под давлением или за счет эжекции через рециркуляционную линию и сопло из осреднительной емкости раствора с плотностью ниже расчетной в гидросмеситель, а рециркуляционная линия имеет кран и выполнена с возможностью соединения с агрегатом, обеспечивающим отбор из осреднительной емкости раствора с плотностью ниже расчетной и указанную подачу через рециркуляционную линию и сопло в гидросмеситель при перекрытом кране.

Отечественные смесительные машины оборудованы механической системой разгрузки сыпучих материалов и имеют ряд недостатков [4]. Наиболее существенными являются спрессовывание и зависание сухого материала на стенках бункера, что не позволяет держать постоянный уровень в воронке гидросмесителя и готовить стабильный по плотности раствор.

Способ осуществляют с помощью гидросмесительного устройства (фиг. 1), при этом цементировочное оборудование обвязывается по схеме, представленной на фиг.2.

Способ осуществляют в следующей последовательности. В зависимости от заданной плотности приготавливаемого раствора выбирают расчетный диаметр насадка [1, стр. 182]. В гидросмесительном устройстве путем ввинчивая или вывинчивая сопла 1 (фиг. 1) его конусной частью устанавливают зазор в проходном сечении эжектора 2, соответствующий выбранному размеру насадка. Жидкость затворения цементировочным агрегатом 3 (фиг. 2) подают на ниппель 4, откуда она через эжектор 2 (фиг. 1) струей изливается во внутреннюю полость приемной камеры 5. Одновременно в приемную камеру 5 дозирующими шнеками смесительной машины 6 (фиг. 2) подают сухую смесь (тампонажный материал, бентонитовую глину, барит и т. п. ), подлежащую затворению. Сухой материал подхватывается струей жидкости затворения и в смесительной камере 7 интенсивно перемешивается за счет турбулизации потока. Далее приготовленный раствор кинетической энергией струи жидкости затворения транспортируется по гидроэлеватору 8 в осреднительную емкость 9. В осреднительной емкости раствор механическими мешалками интенсивно перемешивается и усредняется по плотности. В случае, когда плотность раствора в осреднительной емкости ниже расчетной, подключают рециркуляционную линию 10, для чего открывают кран 11 и раствор из осреднительной емкости 9 за счет эжекции подсасывается через сопло 12 обратно в приемную камеру 5, в результате плотность приготавливаемого раствора повышается. В случае, когда требуется приготовленный раствор подвергнуть дополнительной гидроактивации, перекрывают кран 11 и включают агрегат 13, который, отбирая раствор из осреднительной емкости 9, подает его под давлением по рециркуляционной линии 10 обратно в гидросмесительное устройство. Операции доутяжеление и гидроактивация осуществляют без перерыва процесса затворения. Процесс гидроактивации проводят при давлении, превышающем давление затворения на 10-20 кгс/см³.

Приготовленный раствор с заданными параметрами цементировочными агрегатами 14 из осреднительной емкости откачивается в скважину.

Система работает и в том случае, когда жидкость затворения подают через сопло 12, а подсос (эжекция) раствора осуществляется через ниппель 4.

Пример. При цементировании скважины использовали утяжеленный тампонажный материал, приготовленный из смеси цемента, золы и барита. Процесс приготовления утяжеленного раствора осуществляют по технологии, согласно [1, стр.182] , с установленным на гидросмесителе насадком диаметром 10-12 мм. С помощью сопла 1 на гидросмесителе установили в эжекторе проходной зазор, эквивалентный 12-мм насадку. Согласно лабораторному анализу на скважине планировали приготовить тампонажный раствор плотностью 2,16 г/см³. В процессе цементирования в начале затворения в осреднительную емкость стал поступать раствор плотностью 2,02-2,06 г/см³. Когда в осреднительной емкости накопилось 5 м³ раствора средней плотности 2,05-2,06 г/см³, не останавливая процесса затворения, открыли рециркуляционную линию 10 и раствор из осреднительной емкости методом эжекции стал поступать в приемную камеру гидросмесителя. Плотность раствора в осреднителной емкости стала повышаться. Когда в осреднительной емкости накопилось порядка 15-16 м³ усредненная плотность раствора составила 2,13-2,14 г/см³, а вязкость его резко возросла. Не останавливая процесса затворения, к рециркуляционной линии подсоединили цементировочный агрегат 13 путем переключения запорного устройства 11 и осуществили гидроактивацию раствора. Принудительную рециркуляцию осуществили при давлении 100-120 кгс/см² (процесс затворения вели при давлении 80 кгс/см²). Спустя 7 мин подвижность раствора резко возросла, и процесс затворения продолжили. К концу затворения, когда было приготовлено 18 м³ раствора, усредненная плотность раствора в осреднительной емкости составила 2,16 г/см³, что соответствовало рекомендациям анализа. Продолжительность приготовления раствора составила 27 мин. Процесс цементирования прошел удовлетворительно.

Как показала практика, предлагаемый способ регулирования плотности раствора позволяет сократить время процесса приготовления раствора, быстро выходить на расчетную величину плотности не прекращая операции затворения, широко варьировать величиной плотности в процессе приготовления раствора, а предложенная конструкция гидросмесительного устройства проста в изготовлении и эксплуатации.

Источники информации 1. Логвиненко С.В. Цементирование нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР 557174. Способ приготовления буровых и тампонажных растворов.

3. Авторское свидетельство СССР 685806. Устройство для приготовления аэрированных буровых и тампонажных растворов.

4. Мамврийский С.А. Причины нестабильности удельного веса тампонажного раствора при его затворении. НТС, сер. "Бурение", 1971, 4.

Формула изобретения

1. Способ регулирования плотности тампонажных и промывочных растворов в гидросмесителе струйного типа, предусматривающий засыпку в него сухого порошкообразного материала с поддержанием его постоянного уровня и смешение указанного сухого материала с подаваемой жидкостью затворения, отличающийся тем, что жидкость затворения подают с постоянным давлением и расходом, готовый раствор сбрасывают по гидроэлеватору в осреднительную емкость, причем одновременно с жидкостью затворения в гидросмеситель подают из осреднительной емкости раствор с плотностью ниже расчетной.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачу раствора с пониженной плотностью в гидросмеситель осуществляют как принудительно, так и за счет эжекции.

3. Устройство для приготовления тампонажных и промывочных растворов, включающее гидросмеситель струйного типа, содержащий приемную и смесительную камеры, сопло, установленное с возможностью регулирования зазора в проходном сечении эжектора, и ниппель для подачи жидкости через эжектор, отличающееся тем, что оно снабжено осреднительной емкостью, связанной гидроэлеватором со смесительной камерой гидросмесителя, и рециркуляционной линией, и выполнено с возможностью обеспечения подачи жидкости затворения через эжектор в приемную камеру с одновременной подачей сухого порошкообразного материала в нее и одновременной подачей принудительно под давлением или за счет эжекции через рециркуляционную линию и сопло из осреднительной емкости раствора с плотностью ниже расчетной в гидросмеситель, при этом рециркуляционная линия имеет кран и выполнена с возможностью соединения с агрегатом, обеспечивающим отбор из осреднительной емкости раствора с плотностью ниже расчетной и указанную подачу через рециркуляционную линию и сопло в гидросмеситель при перекрытом кране.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2