Способ опрессовки обсадных колонн

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскмк Социалистических Республик(51)М. Кл.Е 21 В 33/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 25. 10. 80(72) Авторы изобретения Б.И.Кирпиченко, Ю.А,Гуторов и А.Ф.Косолапов Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт геофизических исследованийгеологоразведочных скважин(54) СПОСОБ ОПРЕССОВКИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН Изобретение относится к области ,бурения и геофизических исследований нефтяных и газовых скважин и направлено на повышение эффективности работ по заканчиванию скважин.Известен способ опрессовки обсадных колонн, включающий повышение гидравлического давления в обсадной колонне до определенной величины 111.Однако гидравлическая опрессовка по данному способу вызывает существенные по величине радиальные деформации обсадных колонн, приводящие в некоторых случаях к нарушениям сплошности цементного кольца и ослаблению контактов его с колонной. Это может являться одной иэ причин обводнения скважин при освоении или в период пробной эксплуатации.Известен способ опрессовки обсадных колони в нефтяных и газовых скважинах, включающий повышение гидравлического давления в обсадной колонне после ожидания затвердения цемента (ОЭЦ) и последукщий сброс его 21.Так как при определенных условиях в скважине возможен контакт цементного кольца с колонной череэтонкий слой (пленку) жидкости, топри опрессовке обсадной колонны цементное кольцо может испытывать эна5 чительные гидравлические нагрузкидинамического характера со сторонаколонны через жидкостный слой в кольцевом зазоре между колонной и цементным кольцом. Эти нагрузки нахо 10 дятся в тесной связи со скоростьюопрессовки, фильтрационными и реологическими свойствами цемента. Врезультате, степень напряженностицементного кольца будет определять 15 ся перепадом гидравлического давления на его толщине, зависящим отскорости повышения или сброса опрессовочного давления.Случай прямого контакта цемент 29 ного кольца с колонной и через рыхлую глинистую корку со стенкой скважины наиболее опасен, так как радиальные деформации цементного кольца будут близки к упругим радиаль 25 ным деформациям колонна, возникающим при ее опрессовке.ФПри Этом возникает опасность появления значительных остаточных деформаций цементного кольца и его 30 разрушения.Цель изобретения - уменьшение остаточных деформаций цементного кольца и предотвращение его разрывных нарушений.Цель достигается тем, что повышение гидравлического давления в колонне и последующий сброс его про изводят ступенчато, причем величину каждой ступени поддерживают в соответствии с соотношением:аР от 56 ь ЖььР бк Фк / цк где аР - величина ступени опрессоквочного давления, кгс/см,О - предел прочнопен пененнеана растяжение кгс/сЕ и Е - динамические модули Юнгаматериала колонны и цемента;д и дв . наружные диаметры обсадной колонны и цементногокольца, см;6 и 6- толщина колрнны и цементкного кольца, см,причем каждую последующую ступеньдавления, задают после окончания релаксаций, возникающих в цементномкольце напряжений, для чего непрерывно производят измерение амплитудпродольных волн по колонне, а время окончания релаксации определяютпо моменту стабилизации амплитудна предыдущей ступени.На чертеже показана схема выбора и контроля оптимального режимаопрессовки обсадных колонн.В основу предлагаемого способаопрессовки положено представлениео механизме передачи нагрузки нацементное кольцо со стороны колонны,учитывающее реологические и фильтрационные свойства цемента при наличии и в случаях отсутствия прямогоконтакта цемента с колонной или состенкой скважины.Деформация цементного кольца приопрессовке колонны, превышающая повеличине упругую почти на порядок,возможна без его разрушения лишьза счет вязкопластической деформации (ползучести) цемента. Скоростьэтих неупругих деформаций и обуславливает, в основном, скорость релаксации опасных напряжений в цементном кольце. При этом, чтобы устранить остаточные деформации цементного кольца, необходимо, чтобы скорость изменения опрессовочного давления в колонне равнялась (либобыла меньше) скорости релаксацииопасных напряжений в цементном кольце.Сущность предлагаемого способазаключается в том, что повышениеи сброс опрессовочного давления производят ступенчато, на величину, прикоторой радиальные деформации колонны не превышают предельных деформаций цементного кольца. Каждую следукщую ступень давления задают не ранее, чем релаксировало напряжение в цементном коль-.це от предыдущей ступени. Контрольпроцесса релаксации напряжений вцементном кольце осуществляется спомощью акустического цементомерапо амплитудам продольных волн А покколонне, изменяющихся гри повышении или сбросе давления внутри колонны, а время релаксации на каждойступени определяется временем стабилизации этих амплитуд, т.е. временем уменьшения градиента ьА/ Ь 1до нуля.Известно, что величина амплитудА определяется в основном (при неизменности остальных условий: плотность и т.п.) плотностью контактацемента с колонной,.зависящей, всвою очередь, от напряженного сос тояния последнего. Процесс релаксации напряжений сопровождается изменением (уменьшением) напряженногосостояния цементного камня. во времени, что непосредственно отража Я ется на величине амплитуд акустического сигнала по колонне - А . Вкрезультате, средняя оптимальная скорость опрессовки колонны определяется отношением необходимого опрессовочного давления .к суммарному времени выдержек (времен релаксации)на всех ступенях повышения или сброса давления.Рекомендуемая последовательностьопераций при осуществлении способа:цементомер АКЦ устанавливаютв наиболее интересуемом интервале(обычно против перемычки между водоносным и продуктивным пластом);устье скважины уплотняют стан дартным сальникомповышают гидравлическое давление внутри обсадной колонны на величину допустимой ступени ЬР и накблюдают эа прессом изменения амплитуд продольных волн по колоннеА во времени;- определяют время релаксации напряжений в цементном кольце по стабилизации амплитуд Ак и повышаютдавление на следующую ступень и т.д.до достижения заданного давленияопрессовки;выдерживают это давление в течение установленного времени (обычно 30 мин);- сброс давления производят, сохраняя также на каждой ступени времена выдержек (релаксаций), установленные в процессе его подъема,Следует отметить, что времена релаксации при повышении и сбросе давления из-за неполной симметрии этих процессов могут быть различными.Таким образом; при использовании способа уменьшаются динамические нагрузки на цементное кольцо, и опре".771325 формула изобретения ЙР= 0,256 -ь- яе. ь-,Составитель В.Родинаедактор Т.Кузнецова Техред Н.Граб Корректор М.Коста Тираж 626 Подписноедарственного комитета СССРзобретений и открытийква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 53 44 ВНИИПИ Госу по делам и 113035, Мос к лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1 совка обсадной колонны осуществляется беэ разрушения цементного кольца при любой его прочности и пластичности. Способ опрессовки обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах, основанный на временном повышении гидравлического давления в обсадной колонне после ОЗЦ, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения остаточных деформаций цементного кольца и предотвращения разрывных нарушений его, повышение гидравлического давления в колонне и последующий сброс его производят ступенями, причем, величину каждой ступени поддерживают в соответствии с соотношением: где дР - величина ступени опрессоквочного давления, кгс/см 6 - предел прочности цементаРна растяжение кгс/см,Е и Е - динамические модули Юнгак мкматериала кольца и цемента;д и д - наружные диаметры обсадной колонны и цементногокольца, см;6 и о- толщина колонны и цементного кольца, см,а каждую последующую ступень давле"ния задают после окончания релаксаций, возникающих в цементном кольце напряжений, для чего непрерывно производят измерение амплитудпродольных волн по колонне, а вре 15 мя окончания релаксации определяютпо моменту стабилизации амплитудна предыдущей ступени.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе