Способ крепления скважин

Способ крепления скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: цементирование нефтяных и газовых скважин. Сущность: способ крепления скважин осуществляют путем последовательного закачивания в скважину лигнинового или таннинового преобразователя ржавчины и цементного тампонажного раствора Закачивание лигнинового и таннинового преобразователей производят в турбулентном режиме с выдержкой его в скважине не более 1 ч 3 табл. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 33 13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4612827/03 . (22) 01,12.88 (46) 15.06.92, Бюл. ¹ 22 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт Ilo креплению скважин и буровым растворам (72) Ф,Г.Мамулов, Г.Г.Крымский и В.А,Мо- . син (53) 622.245,42 (088.8) (56) Булатов А.И., Аветисов-А.Г. Справочник инженера по бурению. Т. 1. М.: Недра, 1985. с. 40-55, 364-406, Кузмак А.Е, и др. Консервационные покрытия для нефтегазовой промышленности.— . ОИ, сер, Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности, в. 3(14), М.: ВНИИОЭНГ, 1982, с. 3-31.

Авторское свидетельство СССР

N. 614214, кл, Е 21 В 33/13, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 833334; кл. Е 21 В 33/138. 1981.

Изобретение относится к строительству и ремонту нефтяных.и газовых скважин, а именно к креплению обсадных колонн, в том числе путем цементирования.

Известны способы крепления скважин, в том числе путем цементирования. и составы для их осуществления.

Однако все они имеют узконаправленные локальные цели, приспособлены под конкретные типы компоновок колонн и элементы технологической оснастки. Поэтому качество цементирования скважин зача- . стую оказывается неудовлетворительным..

Известны способы временного консервирования металлических поверхностей для защиты от коррозии посредством нанесеЫ2«1740625 А1 (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИН (57) Использование: цементирование нефтяных и газовых скважин. Сущность: способ крепления скважин осуществляют путем последовательного закачивания в скважину лигнинового или таннинового преобразователя ржавчины и цементного тампонажного раствора. Закачивание лигнинового и таннинового преобразователей производят в турбулентном режиме с выдержкой его в скважине не более 1 ч.,3 табл. ния смазок, грунтовок, однако для труб они не нашли применения ввиду неэффективности;

Известен способ крепления скважин путем закачки растворителя перед закачкой цементного состава.

Растворитель взаимодействует с наполнителем цементнОго раствора, поэтому способ не позволяет обеспечить надежный контакт между обсадной колонной и скважиной.

Известен способ крепления скважин, включающий обработку ствола раствором с крепящими свойствами.

При использовании этого способа на стенках скважины обр азуется хотя и относи1740625

45

55 тельно тонкая, но малопроточная глинистая корка, полностью смыть которую буферными жидкостями не удается. Ниличие в растворе полимерного материала — КМЦ ослабляет физико-химическое взаимодействие между цементными частицами. Это приводит к снижению сопротивляемости контактных эон порода — цементный камень и цементный камень — обсадная колонна газо-и водопрорыву, кроме того, снижаются адгеэионные свойства цементного камня.

Целью изобретения является повышение качества крепления путем увелйчения адгезионного сцепления обсадной колонны с цементным камнем.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу крепления скважин, включающему эакачивание тампонажного раствора, в скважину предварительно закачивают лигниновый или танниновый преобразователь ржавчины в турбулентном режиме с выдержкой его в скважине не более 1 ч.

Преобразователь (модификатор) ржавчины подается в затрубное пространство скважины в количестве, необходимом для осуществления реакции разрушения ржавчины,.в турбулентном режиме, вытесняет буферную жидкость (если цементирование осуществляется с ее применением) или буровой раствор и, продвигаясь вдоль обсадной колонны, взаимодействует с продуктами коррозии — ржавчиной, образовавшейся на внешней поверхности обсадной колонны. В первоначальный момент происходит быстропротекающее разрушение корки из продуктов коррозии, видимо. за счет действия кислотного начала преобразователя, а также комплексообразования. В первый час контакта преобразователь ржавчины не действует по прямому назначению, а только способствует отслаиванию корки из продуктов коррозии от поверхности металла;

Такая операция обеспечивает эффективный адгезионный контакт цементного камня с обсадными трубами, что объясняется .значительным возрастанием адгезионной силы, которую следует рассматривать как силу сцепления, перпендикулярную к поверхности контакта цементный камень— трубная колонна и обусловленную межмо-. лекулярными силами, а также как силу со противления сдвигу, т.е. совокупность сил сцепления и трения, создающихся на поверхности контакта между цементным камнем и металлом.

Способ осуществляется следующим образом.

Преобразователь (модификатор) ржавчины используют или в виде заводского продукта, или после разбавления водой.до реологических параметров, отвечающих

5 требованиям к промывочным жидкостям, В последнем случае приготовление рабочего раствора осуществляется в емкости. имеющей перемешивающее устройство. например в осреднительной емкости, или непосредственно в цементировочном агрегате. Замеры параметров жидкости ведут с использованием серийных приборов по общепринятым методикам. Преобразователь ржавчины подается в скважину в виде пачки, объем которой определяется известными способами исходя из расчета заполнения затрубного пространства скважины и скоростей потока, обеспечивающих турбулентный режим в кольцевом пространстве.

Время пребывания преобразователя ржавчины в стволе скважины должно составлять не более 1 ч.

Пример 1. На предварительно подвергнутые ржавлению в течение месяца в водопроводной воде образцы из стали 40 прямоугольной формы после их извлечения из ванны и высушивания при комнатной температуре в течение трех суток наносят кистью в один слой преобразователь ржавчины АПРЛ-2 (преобразователь ржавчины лигниновый) заводского производства. Параллельно на подобные же образцы наносят аналогичным образом преобразователь ржавчины П-11 (преобразователь танниновый) или преобразователь ржавчины М 444 (танниновый), После такой обработки образцы (для сравнения берут чистые свежеобработан.ные и ржавые необработанные) помещают

40 по отдельности в специальные стаканы цилиндрической формы со съемными донышками, изготовленные из .стали 40, Размер образцов должен быть таким, чтобы верхние края образцов, опущенных в формы до дна. располагались на 1/5 выше верхних краев цилиндров. Все формы заливают цементным раствором из тампонажного цемента для холодных скважин с В/Ц = 0,5.

Отвердевание осуществляют под водопроводной водой в ваннах при комнатной температуре в течение 5 сут. Затем формы извлекают из ванн и выдерживают при комнатной температуре на воздухе в течение 5 сут.

Площадь контакта пластин (образцов) с цементным камнем выбирают одинаковой и составляющей 8,5 см . Прочность сцепле2 ния цементного камня с металлическими образцами устанавливают путем продавливания их в вертикальном направлении свер1740625 при 90 С. После охлаждения в течение 1 ч при комнатной температуре образцы опускают полностью в емкости, заполненные или преобразователем ржавчины АПРЛ-2, или п-1Т, или М 444. и выдерживают в них 30 в течение 1 ч.

Далее образцы вынимают из емкостей и помещают по отдельности в специальные стаканы цилиндрической формы со сьемны- 35 ми донышками, изготовленные из стали 40, Размер образцов бурят таким, чтобы верхние края образцов после опускания в формы до дна располагались на 1/5 выше верхних краев цилиндров, Все формы зали- 40 вают цементным раствором иэ тампонажного портландцемента для горячих скважин с

В/Ц-0,5, Формы опускают в автоклав, залитый минерализованной водой с общей минерализацией 1840 мг/л. Автоклав 45 закрывают и выводят в течение 20 мин на режим; температура 75 С и давление 100 атм. После выдержки автоклава в этом режиме в течение 30 сут образцы извлекают и выдерживают при комнатной температуре 50 на воздухе в течение 3 сут, Площадь контакта стержней (обраэцов) с цементным камнем выбирают одинаковой и составляющей 10,25 см, Прочность сцеп2 ления цементного камня с металлическими образцами определяют посредством продавливания их в вертикальном направлении сверху вниз при снятых нижних донышках цилиндрических форм на приборе 2035 П05. Результаты определений усилия сдвига

55 ху вниз при снятых нижних донышках цилиндров на приборе 2035 П-05.

Замеряют усилие сдвига F металлического образца по отношению к цементному кольцу. Рассчитывают усилие А на единицу 5 площади поверхности;

Результаты опытов приведены в табл. 1.

Из данных табл.. 1 следует, что нанесение преобразователей ржавчины на трубную сталь 40, из которой изготавливаются 10 обсадные колонны, приводят к значительному увеличению силы сцепления трубных . колонн с цементным камнем.

Пример 2, Образцы цилиндрической формы. из трубных сталей групп прочности 15

Е и P выдерживают в минерализованной воде с. общей минерализацией 1840 мг/л (искусственно приготовленная смесь, содержащая все виды ионов, которые находятся в водах нефтяных месторождений) в 20 ванне при 75 С в.течение месяца, Когда в опытах образцы извлекались из ванны, наблюдалось образование на их поверхностях обильного слоя ржавчины. Далее их высушивают в сушильном шкафу в течение 5 ч 25 и удельного усилия А на единицу площади приведены в табл. 2.

Преобразователи ржавчины способствуют значительному возрастанию сцепления колонн с цементным камнем.

С целью выяснения влияния присутствия преобразователей ржавчины на свойства цементного камня иэ тела цементных колец вырезают балочки-кубики размером

2х2х2 см. Испытания их на сжатие показало, что прочностные свойства камня остаются, на одном уровне (см. табл, 2).

Для оценки способности преобразователя ржавчины к быстрому разрушению продуктов коррозии для выполнения требуемых функций по разработанному способу крепления подвергают ржавлению по приведенной в примере 1 методике стального плато толщиной 5 мм иэ стали 40 и конусн ые диски к нему большим диаметром 40 мм, меньшим 35 мм и толщиной 5 мм, причем расстояния на плато между отдельными ячейками с конусовидной поверхностью больше большего диаметра диска, Для контроля применяют чистые свежеобработанные образцы. В ряде случаев поверхности образцов подвергают обработке преобразователем ржавчины в течение определенных сроков, Далее на чистые, ржавые необработанные и обработанные преобразователем ржавчины конусные поверхности плато наносят слой тампонажного раствора из портландцемента тампонажного Новороссийского завода для холодных скважин.

Затем обеспечивают контакт дисков с ячейками плато. После твердения в течение 3 сут плато с дисками переворачивают и к дискам, имеющим соответствующие утолщения посередине с отверстиями, подвешивают грузы. При определенной величине груза в каждом конкретном случае происходит отрыв диска от плато.

В табл, 3 представлены результаты исследований, Они показывают, что преобразователи ржавчины не действуют по прямому назначению в первый час контакта, а только способствуют отслаиванию корок из продуктов коррозии от металлических поверхностей, Поэтому относительное усилие отрыва конусного диска в первый час действия преобразователя самое минимальное.

Использование способа крепления скважин позволяет обеспечить надежное сцепление цементного камня с обсадной колонной без снижения прочностных свойств цементного камня, что особенно важно для обеспечения долгоьременной службы скважины; предотвращение коррозионного поражения обсадных колонн, что особенно необходимо в современном строительстве

1740625

Таблица 1

Таблица 2

ДА %

ОтнОСительное силие, Образец

Усилие Удельное сдвига F, усилие А, кг кг/см

Группа прочности мате иала

Характеристика об аз а

Прочность при сжатии, МПа

5,36

50,0

Е

66

6,44

2.34

100

52,1

P

26

2,34

4,69

100

197,7

91,7

49,2

4,49

4,97

Е

46

183,5

201,5

83,5

101,5

51,0

47

8

Е

4,58

5,26

187,0

245,7

87.0

145,7

53,2

55

4,36

250,2

1.50,2 нефтяных и газовых скважин, так как обеспечивает их длительную эксплуатацию: значительное увеличение межремонтного периода работы скважин (примерно на

40%).

Формула изобретения ,Способ крепления скважин, включающий эакачивание тампонажного раствора, Чистый свежеобработаный

То же

Ржавый не обработанный

Ржавый обработанный

АПРЛ вЂ” 2

То же

Ржавый обработанный П-1Т

То же

Ржавый обработанный N 444

То же отличающийся тем, что, с целью повышения качества крепления эа счет улучшения адгезионного сцепления обсадной колонны с цементным камнем, в скважину

5 предварительно закачивают лигниновый или танниновый преобразователь ржавчины в турбулентном режиме с выдержкой его в скважине не более 1 ч, 1740625

Таблица 3

Характеристика образца

Образец N

Чистый свежеобработанный

Ржавый необработанный

Ржавый обработанный АПРЛ вЂ” 2

Ржавый обработанный П вЂ” 1Т

Ржавый обработанный N 444

Составитель Ф,Мамулов

Техред M,Mîðãåíòýë Корректор А.Токарская

Редактор M.Öèòêèíà

Заказ 2061 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Время выдерживани преобразовател ржавчины на поверх ности до нанесени тампонажного раст во а или конт оля, ч

0,5

1.0

2,0

5,0

24,0

0.5

1,0

2,0

5,0

24,0

0,5

1,0.

2.0

5,0

24,0

0,5

1.0

2,0

5,0

24,0

0,5

1,0

2.0

5,0

24,0

П р и м е ч а н и е. Результаты исследований средние из 6 — 8.измерений.

100, 100

100

42

41

50 88

23

28

52

19

23

48