Способ цементирования скважин

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 76293 А 9)55 Е 21 В 33/14 ЗОБ РЕ ТЕ Н РЯ ПИСАНИ ПАТЕНТУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1439210, кл. Е 21 В 33/14, 1986.Патент США М 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 тверрения тампонажного раствора.Известный способ трудоемок, нетехнологичен, длителен по времени и весьма энергоемок. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 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 импуль- Б сного напряжения начинают с нижних участков обсадной колонны. В редкоземельное вещество добавляют вяжущее в количестве 5 - 20 мас. О. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Известен также способ цементирова- ъния 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.ОдИзвестный трудоемок, нетехнологичен, так как не позволяет "работать" в выбранном диапазоне частот и не использует резо- ( ) нансные 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 раз 1776293(2) Мlупр, = Супр, Купр 50 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 напряжения начинают с нижних участков обсадной колонны.Редкоземельное вещество 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 илпульсного 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 Ге 2 - мГе 2, ТьГе 2, ДуГе 2, НоГе 2 и другие при следующем соотношении компонентов, %:р/з вещество 80-90 Вяжущее 5 - 20Вода 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 на-пряжений в породах, слагающих стенку скважины на данной глубине. Упругие колебания возбуждают воздействуя импульсным возбуждающим напряжением на р/3 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 работыр/з вещества определяется параметром: где 3 - магнитострикционное напряжение, создаваемое в р/з веществе под влиянием переменного магнитного поля;В - магнитная индукция.Для упругих волн дисперсионное соотношение можно представить в виде: где Супр. и Купр, скорость Р-волн и волновое число в р/з веществе;Когда упругие и магнитные волны взаимодействуют, то есть когда Юмагн, = ЧЧупр, и Купр. = Кмаг . (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 50 О.Сущность изобретения заключается в том, что вибровоздействия вызывают снижение вязкости цементного или другого раствора и способствуют более полному за 1776293полнению 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 Р - волн в горных породах равной 3000 м/с длины волн на частоте 60 Гц равна (3000 м/с) / (60 Гц) = 50 м1500 Гц, = 2 мИсходя 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 сте нок за счет более качественногоцементирования скважины и получения более высоких прочностных характеристик раствора в скважин и его дегазации в процессе затвердевания по сравнению с клас сическими способами цементированияскважин,Формула изобретения 1. Способ цементирования скважин, 15 включающий спуск обсадной колонны вскважину, передачу на обсадную колонну колебаний, закачку цементного раствора в обсадную колонну и последующую его продавку в заколонное пространство, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияэффективности 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 колебанийосуществляют путем подачи импульсного напряжения на слой редкоземельного вещества с частотой, равной частоте собственных колебаний обсадной колонный, и с импульсным 35 напряжением, обеспечивающим колебанияобсадной колонны с амплитудой, вызывающей напряжения в массиве пород не более 0,5 от их разрушающих напряжений, при этом подачу импульсного напряжения начи нают с нижних участков обсадной колонны,2, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что редкоземельное вещество содержит вяжущее в количестве 5-20 мас.,ь..Гагарина, 101,Заказ 4048 ВНИИПИ Гос Тиражтвенного комитета по и 113035, Москва, Ж,Подписное ретениям и открытиям при ГКНТ ССушская наб., 4/5