Устройство для цементирования скважин

Устройство для цементирования скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических. Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ

<и>876958 (61) Дополнительное к авт. саид-ву В 354116 (22) Заявлено 14.02 80 (21) 2883229/22-03

РЦМ Кл 3 с присоединением эаявки ¹â€” (23) Приоритет—

Е 21 В 33/12

Государствеииый комитет

СССР яо делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 301081, Бюллетень 89 40 (53) УДК 622.245.

° 42(088.8) Дата опубликования описания Зц1081

В.A.Ïðàñîëîâ, М.Н.Сафиуллин, С.И.Алчина, В.

И.К.Дениченко, A.В.Колотов, Ю.A.Ïîíîìàðÿóê, В.В.Трапезников и В.Ф.Щипачев (72) Авторы иэобретения (73) Заявитель

Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относитя к области бурения скважин, в частности к устройствам для их цементирования.

По основному авт.св. М 354116 известно устройство для цементирования скважин, включающее цилиндрический корпус и расположенный на нем фильтр, причем корпус выполнен с отвератиями, .в которые вставлены полые разрушаемые пальцы (1) .

Недостатком устройства является ограничение его,применения перепадами давления между изолируемыми пластами не более 20 МПа и изменением температуры в скважине не более 15

50о С.

Первый фактор обусловлен тем, что в условиях скважины вследствие малости кольцевого зазора, на фильтре образуется уплотнение с неравной по 20 длине плотностью. Наивысшая плотность отмечается на небольшом (20-30 см) участке против верхнего конца проницаемой оболочки, т.е. со стороны при-. тока к фильтру цементного раствора, причем размеры участка с наивысшей плотностью не зависят от длины фильтра.

В связи с тем, что на нижнем участке фильтра цементная смесь не до- 30 стигает необходимой плотности, длина фильтра в устройстве определена с учетом области повышенной в допусти.мых пределах плотности обезвоженного цемента и проката равной 1 м. Однако, цементная перемычка ограниченной длины, хотя и представлена высокопрочным материалом, способна выдерживать давление только до 20 МПа.

Кроме того установлено, что подвижка колонн, а следовательно, и разрушение контактных зон, при изменении температуры на 50о и более не- избежны. После подвижки колониы давление прорыва заканчйваемых объектов по контактным зонам цементного уплотнения на фильтре снижается по сравнению с давлением прорыва по ненарушенным контактным зонам с 20 до .

13, 3 МПа.

Путем увеличения длины цементного уплотнения возможно существенно повысить сопротивляемость ненарушенных контактных зон гидравлическому давлению. Так при длине уплотнения 1,5м контактные эоны после подвижки колонны выдерживают давление до 20 МПа, при 2 м 26,7 МПа, при 2,5 33,4 МПа.

Цель изобретения - повышение качества цементирования за счет обес3

876958 ф

Формула изобретения

d0 печения герметичности цементного уплотнения.

Поставленная цель достигается тем, что фильтр выполнен в виде набора сек ций, установленных раздельно на корпусе, а разрушаемые пальцы размещены в нижней секции.

На чертеже показан общий вид уст« ройства.

Устройство состоит иэ цилиндрического корпуса 1, полых разрушаемых пальцев 2, перекрывающих отверстия 3 в корпусе, и набора секций фильтра: первой 4,. длина которой 100-150 мм, и последующих более длинных секций

5 (200-250 мм), отстоящих от первой и друг от друга на расстояние 25100 мм (на чертеже показана одна из верхних секций 5).

Устройство работает следующим образом.

Как составной элемент обсадной колонны его устанавливают выше или ниже изолируемого пласта. При продавливании цементного раствора пробкой (не показано) разрушают пальцы 2, сообщая затрубное пространство с трубным. При снижении давления внутри обсадной колонны до гидростатического давления столба продавочной жидкости на фильтре создается перепад давления, равный разности давлений столбов жидкости в затрубном и трубном пространствах. Под влиянием этого перепада цементный раствор подвергается обезвоживанию (уплотнению), причем процесс обезвоживания протекает первоначально на нижней секции фильтра 4 с отверстиями в корпусе.

Толщина обезвоженных слоев цементного раствора над фильтром 4 возрас-. тает.

В радиальном направлении обезвоженная масса достигает стенок скважины, в осевом же направлении фильтрация продолжается. Со временем в процесс обезвоживания вовлекается цементиый раствор, расположенный над секцией фильтра 5.

Как во всяком частично обезвоженном слое поровое давление в растворе против этого- фильтра "снижается до значения Рд ., что и приводит к возПо никновению йерепада давления между верхними участками фильтра 5, испытывающих давление гидростатического столба цементного раствора Р„, и нижним участком, против кОТорого действует поровое давление P gp. Под действием перепада давления а Р, равного Р— Р1,0р, возбуждается фильтрация и уплотнение цементного раствора на фильтре 5. Фильтрат цементного раствора проникает под фильтр 5, затем цементное уплотнение между фильтрами 5 и 4 под фильтр 4 и в отверстие 3, давление в котором (Рт,p ) равно давлению гидростатического столба более легкой по сравнению с цецементным раствором продавочной жидкости, заполняющей внутреннюю полость обсадной колонны.

Однако экспериментально установлено, что несмотря на опережающую фильтрацию в нижних участках фильтра 5, по всей его длине также протекает медленная фильтрация цементного рас -твора, приводящая в конечном итоге --к перекрытию уплотнением всего кольцевого зазора и к снятию уплотняющей нагрузки. Оптимальная длина фильтра 5

Ф обеспечивающая высокую на всех участках плотность обезвоженного цементного раствора, равна 200-250 мм.

Для формирования цементного уплотнения большей длины над фильтром 5 в

25-100 мм устанавливается третья секция фильтра. Она включится в работу только после образования уплотнения над фильтром 5 с охватом нижнего кон20 ца третьей секции фильтра.

На фильтре под действием более высокого перепада давления формируется и более плотное и прочное цементное уплотнение. Следовательно, для повышения прочности перепад давления необходимо увеличивать, что достигается сокращением расстояния между фильтрами.

С другой стороны, цементное уплотнение между фильтрами на участке меж.ду стенками скважины и корпуса фильтра выполняет роль тампона, предупреждающего после затвердевания цемента фильтрацию жидкостей и газа вдоль оси скважины (жидкость и газ легко перемещаются вдоль оси по каналам этого фильтра). Чем больше длина участка между фильтрами, тем больший перепад давления способен воспринимать на себя цементный тампон.

40 C учетом первого и второго фактора определено оптимальное расстояние между фильтрами, равное 25-100 мм.

Длина каждой секции фильтра 200250 мм выбрана в расчете на создание

yg цементного уплотнения над фильтром с наивысшей для заданного перепада давления плотностью.

Использование предлагаемого устройства позволит повысить надежность крепления скважин, а также сократить материальные и трудовые затраты на восстановление герметичности затрубного пространства.

Ожидаемая годовая экономическая эффективность в расчете на 1 скважину составляет 1050 руб.

Устройство для цементирования скважин по авт.св. В 354116, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества цементированин за счет обеспечения герметичности цементного уплотнения фильтр

Ньэ "В

Составитель Е.Грншанов

Редактор Е.Лушникова Техред М.Голинка Корректор Г-Огар

Заказ 9543/44 Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, .Ул.Проектная,4 выполнен в виде набора секций установленных раздельно на корпусе, а отверстия, в которые вставлены полые разрушаемые пальцы выполнены в нижней секции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 354116, кл. Е 21 В 33/12, 1968 (прототип).