Способ цементирования скважин
Патент 1776293
Авторы
Классы МПК
Способ цементирования скважин
Иллюстрации
Реферат
Использование: при цементировании скважин. Обеспечивает повышение эффективности цементирования наклонных и горизонтальных скважин, релаксацию напряжений в массиве горных породи разрушение глинистой корки на стенках скважины . Сущность изобретения: перед спуском наружную поверхность обсадной колонны покрывают слоем редкоземельного вещества. В качестве такого применяют вещество с магнитострикционными свойствами . Слой вещества принимают толщиной 2 - 15 см на длине обсадной колонны 3-5 м и с шагом 13 - 15 м. Передачу на обсадную колонну колебаний осуществляют путем подачи импульсного напряжения на слой редкоземельного вещества. Частоту импульсного напряжения принимают равной частоте собственных колебаний обсадной колонны. Частоту и величину импульсного напряжения принимают из условия обеспечения колебаний обсадной колонны с определенной амплитудой. Ее ограничивают амплитудой, при которой напряжения в массиве пород не превышают половины их разрушающих напряжений. Подачу импульсного напряжения начинают с нижних участков обсадной колонны. В редкоземельное вещество добавляют вяжущее в количестве 5-20 мас.%. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. СП с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
1776293 АЗ (я)ю E 21 В 33/14
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОП И САН И Е И ЗОБ РЕ ТЕ Н Р Я.
К ПАТЕНТУ (21) 4878805/03 (22) 14.08.90 (46) 15.11.92. Бюл. N. 42 (72) А.В.Бакулин и В.Н.Бакулин (76) А.B.Áàêóëèí (56) Авторское свидетельство СССР
N 1439210, кл. Е 21 В 33/14, 1986.
Патент США N 4736794, кл. Е 21 В 33/14, 1988. (54) СПОСОБ ЦЕМЕКТИРОВАНИЯ СКВАЖИН (57) Использование: при цементировании скважин. Обеспечивает повышение эффективности цементирования наклонных и горизонтальных скважин, релаксацию напряжений в массиве горных пород и разрушение глинистой корки на стенках скважины. Сущность изобретения: перед спуском наружную поверхность обсадной колонны покрывают слоем редкоземельноИзобретение относится к горному делу и нефте- и газодобыче и может быть использовано для качественного цементирования обсадных колонн с помощью упругого миграционного геоэффекта в диапазоне частот — герцы-кгцы.
Известен способ цементирования скважин путем закачки тампонажного раствора в обсадную колонну, продавки его в затрубное пространство с оставлением стакана в колонне, и созданием противодавления в эатрубном пространстве в течение всего времени твердения тампонажного раствора.
Известный способ трудоемок, нетехнологичен, длителен по времени и весьма энергоемок. го вещества. В качестве такого применяют вещество с магнитострикционными свойствами. Слой вещества принимают толщиной
2 — 15 см на длине обсадной колонны 3 — 5 м и с шагом 13 — 15 м. Передачу на обсадную колонну колебаний осуществляют путем подачи импульсного напряжения на слой редкоземельного вещества. Частоту импульсного напряжения принимают равной частоте собственных колебаний обсадной колонны. Частоту и величину импульсного напряжения принимают иэ условия обеспечения колебаний обсадной колонны с определенной амплитудой, Ее ограничивают амплитудой, при которой напряжения в массиве пород не превышают половины их разрушающих напряжений. Подачу импульсного напряжения начинают с нижних участков обсадной колонны. В редкоземельное вещество добавляют вяжущее в количестве
5 — 20 мас. $. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Ф
Известен также способ цементирования скважин, включающий спуск обсадной колонны в скважину, передачу на обсадную трубу колебаний, закачку цементного раствора в обсадную колонну и последующую его продавку в заколонное пространство.
Известный трудоемок, нетехнологичен, так как не позволяет "работать" в выбранном диапазоне частот и не использует резонансные свойства обсадных труб и тампонажного раствора и практически неприменим в наклонных скважинах.
Цель изобретения — повышение эффективности цементирования наклонных и горизонтальных скважин, релаксации напряжений в массиве горных пород и раз1776293
A=(db/d В), 35
40 (2) Wynp. = Супр. Купр.
55 рушения глинистой корки на стенках скважины, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу перед спуском наружную поверхность обсадной колонны покрывают слоем редкоземельного вещества с магнитострикционными свойствами толщиной
2 -15 см на длине 3 — 5 м и шагом 13-15 м, а передачу на обсадную колонну колебаний осуществляют путем подачи импульсного напряжения на слой редкоземельного вещества с частотой, равной частоте собственных колебаний обсадной колонны, и с величиной импульсного напряжения, обеспечивающими колебания обсадной колонны с амплитудой, вызывающей напряжения в массиве пород не более 0,5 от их разрушающих напряжений, при этом подачу импульсного напря>кения начинают с нижних участков обсадной колонны.
Редкоземельное вещества содержит вяжущее в количестве 5-20 мас.%.
На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 — горный массив, 2— скважина, 3 — обсадная колонна. 4 — нанесенный на обсадную колонну слой редкоземельного вещества, 5 — пробелы на колонне с шагом 13-15 м, 6 — тампонажный раствор, 7 — источник и лпульсного напряжения. 8— электроды, 9 — установка для нагнетания тампонажного раствора.
Способ осуществляют следующим образом.
Армируют обсадную трубу слоем р/з вещества, обладающего гигантской магнитострикцией, например, Р Ге2 — мГе2, ТьГе2, ДуГе2, НоГе2 и другие при следующем соотношении компонентов, %: р/з вещество 80-90
Вяжущее 5 — 20
Вода Остальное причем обсадную трубу 3 армируют секциями 4 по 3-5 м с шагом через 13-15 м, подводят к магнитному материалу 4 электроды 8 от импульсного источника 7 и возбуждают упругие колебания на частоте резонанса для обсадной трубы 3, причем, упругие колебания возбуждают последовательно начиная с самой нижней секции 4 и подают в заколонное пространство тампонажный раствор 6 от нагнетательной установки 9.
Амплитуду колебаний в знакопеременной волне возбуждают начиная с минимально возможного уровня с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления или гидроразрыва и постепенно ее поднимают до уровня, равного примерно 0,5 от величины разрушающих напряжений для пород, слагающих стенки скважины. Вначале возбуждают упругие колебания на частоте собственных колебаний обсадной трубы — это диапазон от 150 до 600 Гц и воздействуют мощными импульсами давления знакопеременной волны на стенки скважины и достигают с одной стороны разгрузки стенок скважины от напряжений, а с другой — разрушают глинистую корку на стенке скважины и лишь затем подают в скважину цементный. раствор. Этим добиваются с одной стороны более прочного сцепления раствора со стенкой скважины, а с другой стороны избегают возможных динамических проявлений горного давления и возможного гидроразрыва в процессе эксплуатации скважины за счет разгрузки горного массива в процессе вибровоздействий мощными импульсами давления на уровне 0,5 от величины разрушающих напряжений в породах, слагающих стенку скважины на данной глубине. Упругие колебания возбуждают воздействуя импульсным возбуждающим напряжением на р/з вещество которым армирована обсадная труба колонн, Возбуждающее напряжение от источника 7 вносит ангармонизм в р/з вещество обусловленный магнитоупругим взаимодействием, что проявляется в наличии мощного магнитострикционного эффекта в р/э веществе. Эффективность работы р/з вещества определяется параметром: где — магнитострикционное напряжение, создаваемое в р/з веществе под влиянием переменного магнитного поля;
 — магнитная индукция.
Для упругих волн дисперсионное соотношение можно представить в виде: где Супр. li Kynp. скорость P-волн и волновое число в р/з веществе;
Когда упругие и магнитные волны взаимодействуют, то есть когда
1Имагн, = ЧЧупр. и Kynp. = Кмагн. (3) это приводит к возмущению их спектров, В результате дисперсионные кривые упругих и магнитных волн, которые в отсутствие взаимодействия пересеклись бы, при наличии возбуждающего напряжения "расталкиваются", то есть имеет место переход магнитной энергии в упругую — до 50О/.
Сущность изобретения заключается в том, что вибровоздействия вызывают снижение вязкости цементного или другого раствора и способствуют более полному за1776293 полнению им пор и трещин в горном массиве вокруг обсадной колонны, причем, волны сжатия и растяжения порождаемые упругими колебаниями способствуют: — перераспределению поля упругих напряжений в горных породах окружающих скважину, то есть разгрузке горного массива от напряжений накопившихся в породах в результате проходки — бурения скважины; — дегазации горных пород эа счет приведения их в возбужденное состояние в диапазоне 60 — 1500 гц, то есть в этом случае имеет место истечение газов из пор, трещин и разломов горных пород вокруг скважин; — более полному заполнению пор и трещин при переходе на частоту собственных колебаний обсадной трубы и нагнетании тампонажного раствора в скважину начиная .с основания скважины, что повышает проницаемость горных пород и увеличивает степень проницаемости раствора в горные породы вокруг скважины.
Выбор диапазона частот для приведения горных пород в возбужденное состояние — 60 — 1500 Гц обусловлены структурными особенностями горных пород, а именно: известно, что размеры структурных неоднородностей, слагающих горные породы находятся в интервале от 2 до 50 м. При скорости P— - волн в горных породах равной 3000 м/с длины волн на частоте 60 Гц равна (3000 м/с) / (60 Гц) = 50 м
1500 Гц... = 2 м
Исходя из условий волнового подобия волна лишь тогда взаимодействует с неоднородностью, когда ее длина меньше или соизмерима с размером неоднородности, что и выполняется в данном случае для горных пород, слагающих массив вокруг скважины.
Использование заявляемого изобретения позволит расширить возможности метода за счет приведения массива вокруг скважины в неудароопасное состояние, а следовательно к экономии материалов и средств при эксплуатации скважины, повысить прочность сцепления раствора и сте5 нок за счет более качественного цементирования скважины и получения более высоких прочностных характеристик раствора в скважин и его дегазации в процессе затвердевания по сравнению с клас10 сическими способами цементирования скважин, Формула изобретения
1. Способ цементирования скважин, 15 включающий спуск обсадной колонны в скважину, передачу на обсадную колонну колебаний, закачку цементного раствора в обсадную колонну и последующую его продавку в заколонное пространство, о т л и20 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности цементирования наклонных и горизонтальных скважин, релаксации напряжений в массиве горных пород и разрушения глинистой корки на стенках
25 скважины, перед спуском наружную поверхность обсадной колонны покрывают слоем редкоземельного вещества с магнитострикционными свойствами толщиной 2 — 15 см на длине 3-5 м и с шагом 13 — 15.м, а передачу
30 на обсадную колонну колебаний осуществляют путем подачи импульсного напряжения на слой редкоземельного вещества с частотой, равной частоте собственных колебаний обсадной колонный, и с импульсным
35 напряжением, обеспечивающим колебания обсадной колонны с амплитудой, вызывающей напряжения в массиве пород не более
0,5 от их разрушающих напряжений, при этом подачу импульсного напряжения начи40 нают с нижних участков обсадной колонны, 2, Способ по п.1, отличающийся тем, что редкоземельное вещество содержит вяжущее в количестве 5-20 мас.,ь.
1776293
Составитель А.Бакулин
Техред М.Моргентал Корректор Н.Король
Редактор
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101
Заказ 4048 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5