Патент на изобретение №2157881

(54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительству скважины и предназначено для крепления скважин, пробуренных на нефть, газ и воду. Обеспечивает повышение качества крепления скважин за счет тепловой обработки цементного раствора, сокращения срока схватывания и набора прочности с формированием цементного камня с пониженной проницаемостью и повышенной прочностью. Сущность изобретения: по способу при креплении скважин затворяют цемент. Заливают в заколонное пространство тампонажный раствор. Обрабатывают его давлением и температурой. Ожидают затвердение цемента. При этом в условиях низких температур воздуха и цемента производят подогрев жидкости затворения с использованием парогенераторов. В качестве продавочной жидкости используют буровой раствор, вытесняемый при закачке тампонажного раствора. При температуре бурового раствора не ниже 40^oC его подогревают до температуры не ниже 50^oC. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к строительству скважины и предназначается для крепления скважин, пробуренных на нефть, газ и воду.

Известен способ крепления скважин (патент РФ N 2083802, МКИ 6 E 21 B 33/14, 1997 г. ), включающий спуск обсадной колонны в скважину, закачку тампонажного раствора в обсадную колонну, продавку его в заколонное пространство до появления на устье с последующим созданием непрерывной круговой циркуляцией до начала загустевания, через осреднительную емкость, установленную на устье. В процессе циркуляции вышедший тампонажный раствор подогревают в емкости до 17^oC.

Однако этот способ не обеспечивает необходимого качестве крепления скважины, т.к. подогрев тампонажного раствора ведет к его преждевременному загустеванию, схватыванию, повышению давления в трубах и аварийным ситуациям.

Температура, равная 17^oC, при низких градиентах температур горных пород и а мерзлоте, не достаточна для формирования с повышенной прочностью, сцеплением и пониженной проницаемостью цементного камня, а также для обеспечения ограничения седиментации и контрактации.

Кроме того, этот способ требует затрат на приготовление дополнительного объема цементного раствора, превышающего объем требуемого тампонажного раствора, а также затраты во времени для создания круговой циркуляции, что может привести к преждевременному загустеванию и схватыванию цементного раствора.

Наиболее близким техническим решением является способ предотвращения газонефтеводопроявлений и межпластовых перетоков в заколонном пространстве скважины (патент РФ N 2061169, МКИ 6 E 21 B 33/13, 1996 г.), включающий закачку в заколонное пространство тампонажного раствора, его обработку пульсирующим давлением и температурой. Нагревание тампонажного раствора осуществляют при условии превышения фоновых значений температур для данных глубин на 30 – 60^oC. Для этого после закачки тампонажного раствора в заколонное пространство, до начала его твердения, в заданных интервалах скважины сжигают опущенные на каратажном кабеле специальные пороховые заряды.

Однако данный способ может привести к опасным ситуациям персонала и аварийным ситуациям с обсадными колоннами. Пороховые взрывы деформируют обсадную колонну и ухудшают качество сцепления цемента с колонной.

Целью изобретения является повышение качества крепления скважины за счет тепловой обработки цементного раствора, сокращение сроков схватывания и набора прочности с формированием цементного камня с пониженной проницаемостью и повышенной прочностью.

Поставленная цель достигается тем, что производят подогрев жидкости затворения с использованием парогенераторов и закачку подогретой продавочной жидкости с температурой, не ниже 50^oC, кроме того, для выравнивания температур продавочной жидкости в период затвердения цемента в обсадную колонну через лубрикатор цементировочной головки опускают электронагреватель с электротермометром и по результатам термометрии определяют интервалы для подогрева.

Отличительными признаками заявленного изобретения являются:
– Подогрев жидкости затворения с использованием парогенератора для предупреждения замерзания цементного раствора.

– Подогрев продавочной жидкости на поверхности с температурой не ниже 50^oC.

– В период ожидания затвердевания цемента для выравнивания температур в скважине опускают и производят нагрев продавочной жидкости электронагревателя с электротермометром.

Отличительные признаки нам были неизвестны из патентов и научно-технической информации, и в связи с этим мы считаем, что заявленное нами техническое решение является новым.

Заявленная совокупность существенных отличительных признаков является неизвестной в данной отрасли, что позволяет сделать вывод, что техническое решение имеет изобретательский уровень
Заявленное техническое решение легко может быть осуществлено и изготовлено на специализированном предприятии, что соответствует критерию промышленной применимости.

Свойства тампонажного раствора, в частности его температуры в зимних условиях, предупреждение замерзания, зависят от температуры жидкости затворения, определяемой по формуле

где t_ц.р. – температура цементного раствора, ^oC;
t₁ – температура жидкости затворения, ^oC;
C₁ – теплоемкость жидкости затворения, ккал/кг^oC;
m₁ – масса жидкости затворения, кг;
t₂ – температура цементного порошка, ^oC, которая в зимнее время в арктических условиях достигает минус 50^oC;
C₂ – теплоемкость цементного порошка, ккал/кг ^oC;
m₂ – масса цементного порошка, кг
Затворение цемента осуществляют на жидкости с температурой, предупреждающей замерзание в условиях низких температур воздуха и цемента путем ее подогрева в емкостях открытым паром с погружением шлангов в раствор при непрерывной работе перемешивателей. Осуществляют контроль за температурой раствора максимальными жидкостными термометрами.

Затворение цемента осуществляют на технической воде. При закачке цементного раствора вытесняемый буровой раствор, используемый в качестве продавочной жидкости, с температурой ниже 40^oC подвергается нагреву.

Подогрев продавочной жидкости производят до температуры не ниже 50^oC.

Температуру продавочной жидкости можно принять равной температуре на наружной стенке обсадной трубы (t_п.ж.=t_т), т.к. толщина стенки трубы мала по сравнению с наружным диаметром обсадной трубы (d_н) и величиной теплопотерь через стенку трубы можно пренебречь.

Для потока тепла, идущего от стенки трубы к стенке скважины, температура продавочной жидкости равна

где _ц – коэффициент теплопередачи цемента;
t_т – температура наружной стенки обсадной трубы;
d_н – наружный диаметр обсадной трубы;
d_скв – диаметр скважины;
Q – количество тепла, ккал/м³;
l – длина рассматриваемого участка, м
Количество тепла для подогрева продавочной жидкости рассчитывают по формуле
Q = C_пm_пt,
где C_п – удельная теплоемкость продавочной жидкости (0,5 ккал/кг^oC);
m_п – масса продавочной жидкости, кг;
m_п= 0,785d²_кпh;
d_к – внутренний диаметр обсадной трубы, м;
_п – плотность продавочной жидкости, кг/м³;
h – длина интервала ствола скважины с температурой цементного раствора после продавки менее 40^oC, м;
t = t_т-t,
где t_т=50^oC – требуемая температура нагрева продавочной жидкости;
t=15^oC – температура продавочной жидкости до продавки.

При создании температуры тампонажного раствора в затрубном пространстве выше минимально необходимой – соответствующей температуре в скважине при ее эксплуатации, но не ниже 50^oC, для выравнивания температуры продавочной жидкости в период ожидания затвердения цемента в обсадную колонну через лубрикатор цементировочной головки опускают электронагреватель с электротермометром на расстоянии не менее 3-х метров от электронагревателя. По результатам термометрии определяют интервалы с температурой ниже 50^oC и осуществляют подогрев.

Кроме того, несмотря на ограниченную мощность (8 кВт) электронагревателя при движении кабеля происходит перемешивание жидкости, улучшается теплообмен и теплоперенос, создается возможность управляемого теплового воздействия, в т.ч. в интервалах пониженных температур.

Пример.

Принципы теплового воздействия были использованы при креплении разведочной скважины на Листвиничной площади.

Например, при крепления первой промежуточной колонны, 3-ей секции длиною 900 м, до подогрева продавочной жидкости до температуры, равной 60^oC, средняя температура цементного раствора в затрубном пространстве была равна 13,3^oC. После подогрева продавочной жидкости объемом 65,9 м³ в течении 1,36 часа температура цементного раствора стала равна 50^oC. Требуемое количество тепла для такого подогрева равно 1303172,5 ккал.

Подогрев продавочной жидкости производят открытым паром с погружением шлангов в раствор при непрерывной работе перемешивателей. Осуществляют контроль за температурой раствора максимальными жидкостными термометрами. Подогретую продавочную жидкость подают в емкость цементировочного агрегата (ЦА) перед продавкой. Для выравнивания температуры продавочной жидкости в период ожидания затвердения цемента в обсадную колонну через лубрикатор цементировочной головки опускают электронагреватель ГЭМ-8 (мощность 8 кВт) с электротермометром на расстоянии 10 метров от электронагревателя.

После подключения подъемника к электрической сети, рассчитанной на эти нагрузки, осуществляют нагрев и регистрацию изменения температуры. В летнее время для подогрева производят запуск одного или двух парокотельных установок ПКМ-2С, при ремонте обоих используют паропередвижные установки ППУ или электрические нагреватели, мощностью 6…8 кВт.

Контроль качества показал хорошее сцепление и полное заполнение затвердевшим цементным камнем затрубного пространства за счет ускорения реакции гидротации, ограничения седиментации и контрактации цемента.

Источники информации
1. RU 2083802 C1, 10.07.1997.

2. RU 2061169 C1, 27.05.1996 .

Формула изобретения

1. Способ крепления скважины, включающий затворение цемента, закачку в заколонное пространство тампонажного раствора, обработку его давлением и температурой, ожидание затвердения цемента, отличающийся тем, что в условиях низких температур воздуха и цемента, производят подогрев жидкости затворения с использованием парогенераторов, а в качестве продавочной жидкости используют буровой раствор, вытесняемый при закачке тампонажного раствора, при этом при температуре бурового раствора ниже 40^oC его подогревают до температуры не ниже 50^oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для выравнивания температур продавочной жидкости в период ожидания затворения цемента в обсадную колонну через лубрикатор цементировочной головки опускают электронагреватель с электротермометром и по результатам термометрии определяют интервалы для подогрева.