Способ предотвращения смятия обсадных колонн при обратном промерзании в зоне многолетнемерзлых пород

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 1)5 Е 21 В 36/00 ературнное ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Западно-Сибирский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт технологии глубокого разведочного бурения(72).Б.М. Блинов, Р.И. Медведский, Н.Е 01 ербич, Б.А. Баранов и,Д.М Баталов(56) Авторское свидетельство СССР У 899868, кл. Е 21 В 43/ОО, 1980. (54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАРЕНИЯ СМЯТИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН ПРИ ОБРАТНОМ ПРОМЕРЗАНИИ В ЗОНЕ МНОГОЛЕТНГМЕРЗЛЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-ти и м.б, исЪИзобретение относится к нефтегазодобывающей промьплгенности, можетбыть использовано для предотвращениясмятия обсадных колонн при обратномпромерзании в многолетнемерзлых породах (ММП) и является усовершенствованием способа по авт.св,. 9 899868,Цель изобретения - повышение надежности осуществления способа иэкономия материалов и трудозатрат,На чертеже показана схема осуществления способа,На период длительного простоя(консервация скважины) перед восстановлением отрицательных темпна стенках колонны внутрикбло пользовано для предоТвращения смятияобсадййх колонн при обратном промер-зании в многолетнемерзлых породах.Цель - повышение надежности осуществления способа. На период длительного простоя (консервация скважин) перед восстановлением отрицательныхтемператур на станках колонны внутриколонное пространство эксплуатацион,ной колонны на устье скважины и подошве многслетнемерзлых пород герметизируют путем установки цементныхмостов (ЦМ). Пространство между ЦМзаполняется замерзающей жидкостью.Замкнутая между ЦМ жидкость создаетпротиводавленпе на стенки колонны,что сохраняет ее целостность при возникновении опасных давлений в каве; -нах через колонны к цементчый камень ил,пространство эксплуатационной колонны 1 на устье скважины и подошве ММП 2 герметизируют путем установки це- ментных мостов 3 и 4, соответственно выдерживающих давление при замерзании водосодержащей жидкости 5 в кавернах 6. Пространство внутри колон- ны между цементными мостами 3 и 4 заполняется замерзающей жидкостью 7,Нижний цементный мост (пробка) 4 предотвра:;ает передачу давления жидкости через внутритрубное пространство на бсдее нижнюю часть колонны, что предохраняет ее целостность во всей глубине скважины в интервале пород 8 с положительной температурой, 162949 2ЮВерхний цементный мост 3 герметизирует устье скважины, что предотвращает сдвиг образующейся ледяной пробки в стволе скважины, который происходит во внутритрубном пространствескважины при возникновении давленияпри обратном промерзании в интервале ИМП.Замкнутая между двумя герметичными пробками (цементными мостами)жидкость создает противодавление настенки колонны 1, что сохраняет еецелостность при возникновении опасныхдавлений вкавернах через колонны 9и 1 и цементный камень 10,Установка цементных мостов небольшой высоты снижает расход тампонажного цемента и материалов, а также время на разбуривание цементногокамня. При расконсервации скважиныперед вводом ее в эксплуатацию илиосвоением разбуривание цементныхмостов и замерзшей жидкости междуними производится со скоростью,обеспечивающей одновременное растепление замерзших масс во внутриколонном и заколонном пространствах.Способ осуществляется следующимобразом.Скважина, пробуренная в интервале ММП (температура -50 С), обсаженадвумя колоннами диаметром 219 и146 мм, Необходимо сохранить целостность колонн в интервале ММП (мощность ММП 500 м) от смятия и обеспечить сохранность колонн до забояскважийы в период консервации догода,В колонне (внутренний диаметр126 мм) находится глинистый раствор,в заколонном пространстве в интервале каверн - замерзающая жидкость(вода), создающая сминающее для колонн давление.гПроведенные экспериментальныеисследования при температуре -5 С и -2 С по определению прочностныхохарактеристик ледяных пробок из различных материалов показывают, что пр очност ные характеристики пр об ок, сформированных при -5 ОС, в 2-3 раза превышают аналогичные характеристики образцов при -2 С. Причем сцепление цементных пробок значительно выше, чем ледяных, Ледяные пробки могут быть сдвинуты нри температуре,близкой к 0 С. Опыт показывает, что в вертикаль- .ной скважине (трубе) лед возникаетв виде отдельных дендритов от стенок,при этом объем жидкости увеличивается. При закрытом цементной пробкойустье давление во внутриколонномпространстве будет возрастать.Проведенный расчет показывает,что при -2 С давление в замкнутойополости (в колонном и заколонномпространствах) может достичь 24,9 МПа,при -5 С - до 59,8 МПа, а при -10 С -до 111,9 МПа. Это давление складывается с гидростатическим давлениемстолба жидкости в колонне и передается по всей глубине, Образование герметичных ледяных пробок внутри колонны, находящейся под давлением,невозможно. Если же изолировать низколонны от этих давлений, то произойдет разгерметизация резьбовых соединений колонны или ее разрыв. Приразрыве или разгерметизации колонныпротиводавление на трубы в интервалемерзлоты уменьшается, что ведет ксмятию трубы на этом участке.Поэтому замерзающая жидкость (глинистый раствор) размещается во внутриколонном пространстве между двумяцементными мостами (пробками).Установку цементных мостов осуществляют перед восстановлениемотрицательных температур на стенкахобсадной колонны. Расчеты.показыва ,юр, что для скважины глубиной1500 м,пробуренной за 30 сут, глионистым раствором с температурой 20 Св интервале пород с температуройа-5 С время восстановления отрицатель ной температуры на стенках обсаднойколонны составляет не менее 10 сут,Для обеспечения надежности герметизации низа обсадной колонны от давления, возникающего при замерзаниио 45 глинистого раствора при -5 С, рассчитывают высоту нижнего моста по формулеН .4 (7,цгде Р - максимальное давление, возникающее внутри трубы, ИПа;й - внутренний диаметр трубы, мбс- предел прочности сцепленияцементной пробки с металлом 55трубы, МПа.Экспериментальные данные показывают, что предел прочности сцепленияцементного камня с трубой в пределахбезопасного времени (до 10 сут) сос162949 Составитель В Родидактор В. Петраш Техред А.Кравчук Корректор М. Самборск 51 та;о и Ж, одписн Тираж комит Москв каз 418 НИИПИ Государственнрг 113035прн ГЕНТ ГС обретениям и открыти Раушская наб., д, 4/ мбинат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарин;, 101 твенно-издательский тавляет через 2 сут твердения при ОС (тещуературе у подошвы ИИП)(ром: :0,5 ИПа, через 7 сут с,1 т.1,5 ИПа. Тогда при Р=59,8 ИПа и 6=0,126 м высота цементного моста равна: НМт ВЗ. 77 муН ъ 1,25 м, так как цементйая пробкасЪысотой 2-4 м обеспечивает сцепле,ние с колонной и предохраняет от сдвига, Давление внутри колонны 1 О 59,8 ИПа препятствует передаче давления на нижнюю часть обсадной колонны.Затем рассчитывают высоту цементного моста на устье скважины. Экспериментальные исследования показыва ют, что после схватывания цементного раствора в трубе и последующего его замораживания до -2 С прочность сцепления достигает 0,95 МПа, до -5 С прочность сцепления 2,55 МПа. Подстав ляя эти значения в формулу, получают; при -2 С Н 0,87 м, при -5 С Н0,74 м. Для обеспечения надежности полученные результаты расчета высоты мостов умножают на коэффициент запаса, равный 10, Исходя из этих расчетов, в скважину на глубину 510 м (ниже подошвы ИИП) спускают заливочные трубы 2 би устанавливают цементный мост высотой 20 м известным способом. Затемтрубы приподнимают до глубины 10 мот устья и устанавливают верхнийцементный мост, размещая глинистыйраствор между этими мостами. Скважину консервируют на 1 год. При освоении разбуривают цементные мосты соскоростью, обеспечивающей растеплениеи снижение давлений, опасных для колонны. Колонны сохраняют целостностькак в интервале ИИП, так и ниже дозабоя. Расход тампонажного материалаЧ Д,785 ф 0,126(10+20) = 0,37 м,Формула изобретенияСпособ предотвращения смятия обсадных колонн при обратном промерзании в зоне многолетнемерзлых пород по авт.св, В 899868, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности осуществления способа, перед восстановлением отрицательных температур на стенках колонны внутриколонное пространство герме тизируют на устье скважины и у подошвы многолетнемерзлых пород путем установки цементных мостов.