Загрузка...
Способ установки цементных мостов Советский патент 1993 года по МПК E21B33/13
Способ установки цементных мостов Советский патент 1993 года по МПК E21B33/13
Описание патента на изобретение SU1836542A3
Изобретение относится к горной и нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при проведении изоляционных работ.
Цель изобретения — повышение эффективности изоляционных работ за счет снижения вероятности прихвата заливочной колонны цементным раствором.
Способ поясняется схемой установки цементного моста в момент отмывки лишних порций цементного раствора обратной прокачкой промывочной жидкости.
На схеме приведена заливочная колонна 1, нижняя часть которой на высоту цементного моста оснащена центраторами 2. При оснащении центраторами 2 исходят из максимально возможной высоты h подъема цементного раствора 3 после его продавки в заколонное пространство. Центраторы 2 обеспечивают центрирование заливочной колонны 1 в эксплуатационной колонне 4. Центраторы 2 выполнены из легкоразбуриваемого материала, например, сплава Д16Т. Отмывка производится обратной прокачкой промывочной жидкости 5.
Установку цементного моста по предлагаемому способу производят следующим образом.
Для установки цементного моста в скважину 4 спускают колонну заливочных труб 1, нижняя часть которой на высоту моста оснащена центраторами 2. Устье скважины обвязывают так, чтобы можно было быстро
перейти с прямой промывки на обратную. После промывки скважины в заливочную колонну 1 .закачивают расчетное количество цементного раствора 3 и продавливают его промывочной жидкостью 5. После продавки цементного раствора в заколонное пространство заливочную колонну 1 поднимают до кровли б моста и производят отмывку лишних порций цементного раствора 3 обратной прокачкой промывочной жидкости 5. Так как заливочная колонна 1 оснащена центраторами 2, то это обеспечивает ее центрирование внутри эксплуатационной колонны 4. Благодаря этому заливочная колонна в интервале установки моста не лежит на нижней стенке скважины и величина кольцевого зазора со всех сторон одинакова. В результате нет защемленного слоя цементного раствора 3. В процессе обратной прокачки промывочной жидкости 5 заливочную колонну 1 непрерывно перемещают (вращают, расхаживают). В результате цементный раствор 3 вытаскивается из нижней части сечения ствола скважины и подхватывается циркулирующей промывочной жидкостью 5. Этому способствует и направление циркуляции, совпадающее с направлением опускающегося вниз под действием силы тяжести цементного раствора 3. Все это способствует лучшей очистке заколонного пространства от находящегося там цементного раствора. Отмывку производят до конца схватывания цементного раствора 3, после чего делают подъем заливочной колонны 1 в безопасную зону, определяемую технологией работ. Это может быть 20-30 м выше кровли б моста, 100-150 м выше или полный подъем заливочной колонны 1.
Пример. Цементный мост устанавливают в эксплуатационной колонне диаметром 146 мм на Муравленковской площади (Тюменская область).
Интервал установки моста: 2750-2800 м.
Заливочная колонна диаметром 73 мм, ее нижняя часть в интервале установки моста 2750-2800 м оснащена центраторами.
Скважина заполнена промывочной жидкостью удельного веса 1,11 г/см .
Цементирование производится портланд-цементом: удельный вес цементного раствора 1,83 г/см , начало схватывания 1 ч 30 мин, конец схватывания — 2 ч 5 мин.
Для установки моста производят спуск заливочной колонны до подошвы моста — на глубину 2800 ми производят промывку скважины в течение одного цикла. После этого в
заливочную колонну закачивают 0,875 м цементного раствора и производят его про
давку в заколонное пространство, закачав продавочной жидкости 8,75 м . После этого заливочную колонну поднимают на 50 м, т. е. до кровли цементного моста,и обратной прокачкой промывочной жидкости производят отмывку лишних порций цементного раствора, поднявшихся в заколонное пространство выше кровли моста. Во время обратного прокачивания производят непрерывное перемещение заливочной колонны, расхаживая или вращая ее, с целью полной очистки заколонного пространства от остатков цементного раствора.
Определим время обратного прокачивания промывочной жидкости и ее непрерывного перемещения. До начала обратного прокачивания с момента затворения цементного раствора прошло 59 мин. Это время меньше известного требования безаварийного цементирования (75% времени начала схватывания), т. е. удовлетворяет нормальному проведению цементирования. До конца схватывания осталось: 2 ч 5 мин — 59 мин 1 ч 6 мин. Фактически время обратного прокачивания составило 1 ч б мин. После этого заливочную колонну подняли в безопасную зону — на 30 м выше кровли цементного моста и скважину оставили на ОЗЦ на 24 ч. После ОЗЦ заливочную колонну допустили до цементного моста для его нащупывания. Мост определен как качественный и его кровли находились на глубине 2751 м.
Предлагаемый способ обеспечивает высокую эффективность проведения изоляционных работ за счет предотвращения прихвата заливочной колонны цементным раствором. Технология установки моста проста и не требует переподготовки персонала.
Способ установки цементных мостов, включающий спуск заливочной колонны до подошвы моста, промывку скважины, закачивание расчетного объема цементного раствора, его продзвку в заколонное пространство, подъем заливочной колонны до кровли моста, отмывку лишних пррций цементного раствора обратной прокачкой промывочной жидкости, подъем заливочной колонны в безопасную зону и ожидание затвердевания цементного раствора, отличающийся тем, что. с целью повышения эффективности изоляционных работ за счет снижения вероятности прихвата заливочной колонны цементным раствором, заливочную колонну против интервала установки цементного моста оснащают центраторами, а во время отмывки лишних порций цементного раствора и до конца его схватывания заливочную колонну непрерывно перемещают, при этом подъем заливочной колонны в безопасную зону осуществляют после затвердевания цементного раствора.
Похожие патенты SU1836542A3
Иллюстрации к изобретению SU 1 836 542 A3
Реферат патента 1993 года Способ установки цементных мостов
Использование: при проведении изоляционных работ. Обеспечивает повышение эффективности изоляционных работ за счет снижения вероятности прихвата заливочной колонны цементным раствором. Сущность изобретения: способ предусматривает спуск заливочной колонны до подошвы моста. Осуществляют промывку скважины. Закачивают расчетный объем цементного раствора. Продавливают цементный раствор в заколонное пространство. Поднимают заливочную колонну до кровли моста. Отмывают лишние порции цементного раствора. Это осуществляют обратной прокачкой промывочной жидкости. Поднимают заливочную колонну в безопасную зону. Ожидают затвердевания цементного раствора. При этом заливочную колонну осна- щают центраторами. Оснастку выполняют против интервала установки цементного моста. Во время отмывки лишних порций цементного раствора и до конца его схватывания заливочную колонну перемещают, непрерывно. Подьем заливочной колонны в безопасную зону осуществляют после затвердевания цементного раствора. 1 ил. сл С
Формула изобретения SU 1 836 542 A3
-3
Назначения цементных мостов и требования к ним
Установка цементных мостов
Занятие 5
1. Назначения цементных мостов и требования к ним
2. Расчет объемов тампонажного раствора и материалов.
3. Особенности выбора рецептуры растворов вяжущих веществ для установки мостов.
4. Требования, предъявляемые к тампонажному материалу.
5. Планирование работ по установке цементных мостов
6. Мероприятия по предупреждению осложнений при установке мостов.
Установка цементных мостов — это ответственная технологическая операция, составляющая основу большинства видов ремонтно-изоляционных работ при бурении, заканчивании и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Цементные мосты устанавливают в следующих целях:
— изоляция водонапорных и непродуктивных горизонтов при испытании и ликвидации скважин;
— возвращение на новый горизонт;
— изоляция зон поглощения или проявления;
— забуривание нового ствола;
— создание опоры для испытания пластов или секций обсадных труб;
— ликвидация каверн или желобных выработок.
К цементным мостам предъявляются определенные требования по долговечности, герметичности, прочности, несущей способности, а так же к высоте и глубине нахождения.
Те или иные требования основываются на конкретных геолого-технических условиях и обусловлены назначением моста.
По характеру действующих нагрузок можно выделить две категории мостов: испытывающих давление жидкости или газа и испытывающих нагрузку от веса инструмента во время забуривания второго ствола, применения испытателя пластов или в других случаях.
Мосты, относящиеся ко второй категории, должны, помимо газоводонепроницаемости, обладать весьма высокой механической прочностью.
Анализ промысловых данных показывает, что на мосты могут создаваться давления до 85 МПа, осевые нагрузки до 2100 кН и возникают напряжения сдвига на 1 м длины моста до 30 МПа. Такие значительные нагрузки возникают при опробовании скважин с помощью испытателей пластов и других видах работ.
Несущая способность цементных мостов в значительной мере зависит от их высоты, наличия (или отсутствия) глинистой корки или остатков бурового раствора на колонне.
При удалении рыхлой части глинистой корки напряжение сдвига составляет 0,15-0,2 МПа. В этом случае даже при возникновении максимальных нагрузок достаточно высота моста 18-25 м. Наличие же на стенках колонны слоя бурового раствора толщиной 1-2 мм приводит к уменьшению напряжения сдвига и увеличению необходимой высоты до 180-250 м, с тем, чтобы обеспечить возможность приложения максимальной нагрузки.
В связи с этим высоту цементного моста следует так же определять и из уравнения:
где Но — глубина установки нижней части моста;
Qм — осевая нагрузка на мост, обуславливаемая как перепадом давления, так и разгрузкой колоны труб или испытателей пластов;
Дс — диаметр скважины;
[∆τм] — удельная несущая способность моста, величина которой определяется как адгезионными свойствами тампонажного материала, так и способом установки моста.
Герметичность моста также зависит от его высоты и состояния поверхности контакта, так как давление, при котором происходит прорыв воды, прямо пропорционально длине и обратно пропорционально толщине корки. При наличии между обсадной колонной и цементным камнем глинистой корки с напряжением сдвига 6,8-4,6 кПа и толщиной 3-12 мм градиент давления прорыва воды составляет соответственно 1,8-0,6 МПа на 1 м. При наличии на корке пленки нефти давление резко уменьшается. При отсутствии корки между стенкой скважины и цементным камнем прорыв воды происходит при градиенте давления свыше 7 МПа/м. Следовательно, герметичность моста в значительной степени зависит так же от условий и способа его установки. Корка при твердении цементного раствора обезвоживается, в ней появляются трещины.
В связи с этим высоту цементного моста следует так же определять и из уравнения:
где рм — максимальный перепад давления, действующий на мост при его эксплуатации.
[∆р] — допустимый градиент давления прорыва флюида по зоне контакта моста со стенкой скважины; эту величину определяют в основном в зависимости от способа установки моста и применяемых тампонажных материалов.
Выбирают большее значение высоты цементных мостов, определенных по формулам 1 и 2.
Ориентировочные значения [∆τм] и [∆р] при установке мостов через заливочную колонны с применением раствора из портландцемента в зависимости о технологии установки приведены в таблице.
| Условия и технологические мероприятия по установке моста | [∆р], МПа/м | [∆τм], МПа |
| В обсаженной скважине | ||
| С применением скребков и моющих буферных жидкостей | ||
| С применением моющих буферных жидкостей | 0,5 | |
| Без скребков и буферных жидкостей | 0,5 | |
| В необсаженной скважине | ||
| С применением скребков и моющих буферных жидкостей | 0,5 | |
| С применением абразивных буферных жидкостей | 0,2 | |
| С применением неабразивных буферных жидкостей | 0,05 | |
| Без буферных жидкостей | 0,5 | 0,01 |
Цементные мосты должны быть достаточно прочными. Практика работ показывает, что если при испытании на прочность мост не разрушается при создании на него удельной осевой нагрузки 3-6 МПа и одновременной промывке, то его прочностные свойства удовлетворяют условиям как забуривания нового ствола, так и нагружения от веса колонны труб или испытателя пластов.
При установке мостов для забуривания нового ствола к ним предъявляется дополнительное требование по высоте. Это обусловлено тем, что прочность верхней части моста Н1 должна обеспечить возможность забуривания нового ствола с допустимой интенсивностью искривления, а нижняя часть Н — надежную изоляцию старого ствола.
где Rс — радиус искривления ствола.
устройство для контролируемой установки цементных мостов в скважинах
Использование: при проведении изоляционных работ в скважинах. Цель повышение качества установки цементных мостов. Сущность изобретения: устройство включает полый цилиндрический корпус, опорный элемент в виде ножей, разделительные пробки и кожух. В нижней части корпуса под ножами на срезных элементах помещена подвесная пробка. Она выполнена с посадочным седлом в верхней части и боковыми промывочными окнами. Корпус против ножей выполнен со сквозными продольными проточками. Ножи выполнены с опорными головками в виде сегментов под внутреннюю поверхность кожуха и наружные проточки корпуса. Они помещены в продольных щелевых отверстиях корпуса. Кроме того корпус в нижней части выполнен с боковыми промывочными окнами против одноименных отверстий подвесной пробки. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.
Формула изобретения
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛИРУЕМОЙ УСТАНОВКИ ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ В СКВАЖИНАХ, включающее полый цилиндрический корпус, опорный элемент в виде ножей и разделительные пробки, отличающееся тем, что оно снабжено кожухом и подвесной пробкой с посадочным седлом в верхней части и боковыми промывочными окнами, установленной в нижней части корпуса под ножами на срезных элементах, а корпус против ножей выполнен со сквозными продольными проточками, при этом ножи выполнены с опорными головками в виде сегментов под внутреннюю поверхность кожуха и наружные проточки корпуса и помещены в продольных щелевых отверстиях последнего.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус в нижней части выполнен с боковыми промывочными окнами против одноименных отверстий подвесной пробки.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к горному делу и предназначено для контролируемой доставки по колонне труб дозируемых материалов в заданный интервал буровой скважины, а также может быть использовано для контролируемой доставки тампонажного раствора при установке цементных мостов и проведении изоляционных работ.
Известно устройство для контролируемой установки цементных мостов в скважинах, включающее полый цилиндрический корпус, опорный элемент и разделительные пробки [1]
Данное устройство не позволяет применить больше двух разделительных пробок. Это сужает область его применения. Так как нижняя часть устройства находится в цементном растворе, то это делает его применение прихватоопасным. К недостаткам устройства следует отнести и то, что закаченный в скважину цементный раствор может проседать ниже отметки установки цементного моста. На больших глубинах это часто приводит к тому, что моста не оказывается на месте, особенно при небольших количествах цементного раствора. По этим причинам мост приходится устанавливать повторно.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контролируемой установки цементных мостов в скважинах, включающее полый цилиндрический корпус, опорный элемент в виде ножей и разделительные пробки [2]
Так как в устройстве ножи закреплены неподвижно, то расстояние между ножами нельзя регулировать. Поэтому для разных условий нужен набор таких устройств. Из-за его неуниверсальности трудно добиться во всех случаях качественной установки цементного моста.
В устройстве нет элемента, перекрывающего под ним ствол скважины. Поэтому после закачивания цементного раствора в скважину происходит его проседание ниже устройства по наклонной стенке скважины (обсадной колонны) и замещение скважинной жидкостью. В результате цементного моста на месте его установки не оказывается или мост получается низкого качества.
Целью изобретения является повышение качества установки цементных мостов за счет исключения возможности проседания цементного раствора в скважине и обеспечение универсальности устройства за счет установки на месте работ ножей рациональных размеров.
Цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем полый цилиндрический корпус, опорный элемент в виде ножей и разделительные пробки, оно снабжено кожухом и подвесной пробкой с посадочным седлом в верхней части и боковыми промывочными окнами, установленной в нижней части корпуса под ножами на срезных элементах, а корпус против ножей выполнен со сквозными продольными проточками, при этом ножи выполнены с опорными головками в виде сегментов под внутреннюю поверхность кожуха и наружные проточки корпуса и помещены в продольных щелевых отверстиях последнего. Новым является и то, что корпус в нижней части выполнен с боковыми промывочными окнами против одноименных отверстий последнего.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в момент подхода нижней разделительной пробки к опорному элементу, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.
Устройство для контролируемой установки цементных мостов в скважинах состоит из полого цилиндрического корпуса 1, опорного элемента в виде ножей 2, кожуха 3 с центратором 4, подвесной пробкой 5, установленной в нижней части корпуса 1 под ножами 2 с помощью срезных элементов 6, и разделительных пробок 7.
Ножи 2 выполнены с опорными головками 8 виде сегментов под внутреннюю поверхность кожуха 3 и наружные проточки корпуса 1 и помещены в продольных щелевых отверстиях 9 последнего. При этом головка 8 ножей 2 опирается на наружную проточку корпуса 1 и они запираются кожухом 3, установленным снаружи их. Так как ножи 2 установлены в сквозных продольных проточках корпуса 1, то все вместе взятое обеспечивает надежное их крепление в устройстве.
Кожух 3 установлен снаружи корпуса 1 и соединен с ним с помощью резьбы 11.
Подвесная пробка 5 имеет остов 12 и упругие элементы 13 для перекрытия ствола скважины. В верхней части подвесной пробки 5 имеется посадочное седло 14 и боковые промывочные окна 15 с возможностью их перекрытия при посадке разделительной пробки 7 на седло 14. Корпус 1 в нижней части выполнен с боковыми промывочными окнами 16, расположенными против окон 15 подвесной пробки 5.
Устройство работает следующим образом.
Устройство с помощью резьбы в верхней части корпуса 1 присоединяется к нижнему концу заливочной колонны (на чертежах не показана) и спускается в скважину на отметку подошвы цементного моста. В процессе спуска колонна труб заполняется через боковые промывочные окна 15, 16. При этом упругие элементы (манжеты) 13 отгибаются вверх и пропускают жидкость из нижней части ствола скважины вверх. После спуска заливочной колонны на верх ее навинчивают цементировочную головку и производят промывку скважины. После окончания промывки из головки выпускают нижнюю разделительную пробку 7, закачивают расчетное количество цементного раствора и пускают верхнюю разделительную пробку (на чертежах не показана). Закачивают продавочную жидкость для доставки закаченной дозированной порции цементного раствора (между верхней и нижней 7 разделительными пробками) в намеченное место ствола скважины. Когда нижняя пробка 7 дойдет до ножей 2, она останавливается, вызывая резкий скачок давления на поверхности. Затем при заданном избыточном давлении она проходит через ножи 2 и опускается на седло 14 подвесной пробки 5, перекрыв боковые промывочные окна 15. Этот момент вновь сигнализируется на поверхности скачком давления по манометру, например 40 кгс/см 2 . При заданном давлении происходит срез элементов 6 и подвесная пробка 5 выталкивается из корпуса 1 в скважину. За счет сил упругости манжет (элементов 13) пробка 5 задерживается на месте и перекрывает ствол скважины.
После выхода из корпуса 1 подвесной пробки 5 и нижней разделительной пробки 7 проходное сечение освобождается и дозированная порция цементного раствора начинает выходить в скважину. В этот момент верхняя разделительная пробка 7 продолжает еще двигаться по заливочной колонне вниз. При достижении последней ножей 2 происходит новый скачок давления и на поверхность поступает сигнал о том, что дозированная порция цементного раствора полностью поступила по назначению. Цементировочные агрегаты останавливают, и устройство на заливочных трубах поднимают до верхней отметки устанавливаемого цементного моста. Производят смыв излишне закаченного цементного раствора прямой или обратной промывкой. При прямой промывке вначале создают избыточное давление и разрезают верхнюю разделительную пробку, нагнетая в заливочную колонну жидкость. При обратной промывочную жидкость нагнетают в затрубное пространство. При этом верхняя разделительная пробка не разрушается и целой выносится на поверхность.
Применение устройства позволяет повысить качество установки цементных мостов за счет предотвращения оседания цементного раствора вниз по стволу скважины. Устройство универсально по конструкции. Так как оно комплектуется необходимым набором разной формы и размера ножей, то это упрощает работы по установке мостов при разных условиях.
О ремонтно-изоляционных работах (РИР)
В ходе эксплуатации нефтегазодобывающих скважин важна герметичность обсадных цементных колонн. Дефекты в них могут привести к осложнениям:
— перетокам воды, нефти и газа по заколонному пространству между невскрытыми перфорацией пластами, грифоны;
— обводнению продуктивных пластов;
— прорыву газа в перфорированную зону нефтяного пласта.
Для исключения этих проблем скважин важно своевременное проведение ремонтно-изоляционных работ (РИР). Ремонтно-изоляционные работы проводят с целью изоляции пластовых вод, поступающих через цементный стакан и по заколонному пространству, подошвенных и контурных вод, поступающих по наиболее проницаемым интервалам и трещинам пласта, т.е. обеспечивают оптимальные условия работы продуктивного пласта, для достижения запланированной (максимальной) выборки запасов нефти. Ремонтно-изоляционные работы являются частью капитального ремонта скважин..
Методика проведения РИР:
Для проведения изоляционных работ производят тампонирование скважины цементным материалом. При этом работы проводятся без установки пакера через общий фильтр или с установкой съемного или разбуриваемого пакера через фильтр отключаемого пласта.
Этапы проведения РИР:
1) глушение скважины специальным раствором,
2) спуск НКТ со съемным или разбуриваемым пакером
3) изоляция нижних продуктивных пластов в случае отключения верхних или промежуточных пластов. Для этого заполняют нижние специальными составами, устанавливают цементный мост или взрыв-пакер
4) гидроиспытание насосно-компрессорных труб;
5) определение уровня приемистости вскрытого интервала пласта. При необходимости – проведение работ по увеличению изолируемого интервала;
6) подбор тампонажного раствора: материал, состав, необходимый объем, срок ОЗЦ;
7) закачивание тампонажного раствора под давлением
8) по истечению срока ОЗЦ – проверка цементного моста и гидроиспытания эксплуатационной колонны.
Работы проводятся в соответствии с РД 153-39-023-97 «Правила ведения ремонтных работ в скважинах», регламентирующим применение конкретных изоляционных составов.
Виды РИР и разработанные ООО «Синергия Технологий» решения:
Ограничение водопритока и устранение заколонных перетоков.
Заколонная циркуляция — движение флюида по стволу скважины за обсадной колонной. Возникает вследствие разрушения цементного камня за обсадной колонной.
Реагенты, применяемые для ограничения водопритока:
1. Кремнийорганический состав «Пласт-СТ».
2. Специальный изоляционный материал «СилонВелл».
3. Водоизоляционный состав «Полисом».
4. Полисиликатно-полимерный состав «Полисом-Поли».
Устранение негерметичности обсадной колонны.
Некачественное цементирование скважины, износ обсадных колонн инструментом при бурении и эксплуатации, а также другие причины приводят к преждевременному выходу из строя скважин вследствие нарушения герметичности обсадных колонн, что требует проведения ремонтно-изоляционных работ.
Реагенты применяемые для устранения негерметичности обсадной колонны:
1. Тампонажный материал «Таскон».
2. Тампонажный состав «Эпокрил».
Выравнивание профиля приемистости:
Изоляция пласта:
1. Комплексная технология с закачкой низковязкого реагент в пласт (с образованием экрана) и докреплением цементом или микроцементом.
Устранение межколонного давления:
Основными причинами появления МКД являются негерметичность устьевого, или забойного пакеров, движение газа из пласта по каналам в цементном камне.
Реагенты, применяемые для решения задач:
1. Кремнийорганический состав.
2. Силикатосодержащие вещества.
3. Реагенты на основе синтетических смол.
ООО «Синергия Технологий» — 420095, Россия, Республика Татарстан, город Казань, улица Восстания, дом 100, здание 266Д,К, помещение 551А +7 (843) 212-56-21
