Способ цементирования обсадных колонн и устройство для его осуществления

( ОЦиАРИСтичЕСкРЕСПЧВРИК 7 А с 53 л Е 21 В 33 ННОЕ ПАТЕНТСССР ГОСУДАРСТ ВЕДОМСТВ (ГОСПАТЕ Н ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ментии регуности цеменконтроля океспечением ввеличиныКОГО сиГналапредотвращвременного ончания ц ОЗМОЖНОС и длител окончания ения необх снижения надежности рования с об лирования гидравличес одимо темпа ирования и ТИ П РРЖДР(71) Томский научно-исследовательский ипроектный институт нефтяной промышленности(54) СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование; при цементированииобсадных колонн. Обеспечивает повышение эффективности за счет повышения надежности контроля окончанияцементирования с обеспечением возможности регулирования величины и длительности гидравлического сигнала окончанияцементирования и предотвращения необхоИзобретение относится к строительст скважин, в частности к процессу цементир вания обсадных колонн в скважине с прим нением пробок для разделени тампонажных жидкостей,Целью изобретения является и эффективности способа за счет идимости преждевременного снижения темпа закачки последних порций цементного раствора. Сущность изобретения: по способу во время цементирования пропускают нижнюю разделительную пробку. Нагнетают цементный раствор, Во время закачки его последних порций пускают дополнительную нижнюю разделительную пробку. После ее посадки вытесняют цементный раствор в заколонное пространство, Вытеснение осуществляют в режиме дросселирования потока. Пускают верхнюю разделительную пробку, Зэкачивают продавочную жидкость в полость обсадной колонны. Цементный раствор вытесняют в заколонное пространство. Эту операцию осуществляют до посадки нижней разделительной пробки, В это время получают гидравлический сигнал окончания цементирования, Устройство включает корпус с осевым каналом. На корпусе помещены манжеты. Осевой канал корпуса перекрывает диафрагма, Над ней в корпусе помещена вставка. Она выполнена с осевым каналом, Ее канал меньше осевого канала корпуса, При этом вставка выполнена в виде сменных штуцеров, Они выполнены с осевыми каналами разного диаметра, 2 с.и 1 з.п,ф-лы, 3 ил.закачки последних порций цементного раствора,Поставленная цель достигается тем, что перед пуском верхней разделительной пробки во время закачки последних порций цементного раствора пускают дополнительную нижнюю разделительную пробку, а после посадки дополнительной нижней разделительной пробки вытеснение последних порций цементного раствора в заколонное пространство осуществляют в режиме дросселирования его потока,Устройство для цементирования обсадных колонн, включающее корпус с осевым каналом, манжеты, размещенные на корпусе, диафрагму, перекрывающую осевой канал, снабжено вставкой с осевым каналом, меньшим осевого канала корпуса, при этом вставка помещена в осевом канале корпуса над диафрагмой и выполнена в виде сменных штуцеров с осевыми каналами разного диаметра.Сущность изобретения заключается в следующем.Наличие дополнительной нижней разделительной пробки (пробки-лидера) и контрольного объема цементного раствора между пробкой-лидером и верхней цементировочной пробкой в сочетании с сужением осевого канала в пробке-лидере определяют стабильность гидравлического сигнала о посадке на ограничитель движения и открытие осевого канала пробки-лидера, получаемого эа счет дополнительного гидравлического сопротивления, оказываемого сужающейся частью осевого канала, которое изменяет давление нагнетания рабочей жидкости в зависимости от диаметра сужения и дает возможность получать сигнал не мгновенным, а растянутым на определенный промежуток времени, в который включается время прохождения сигнала от забоя до устья скважины, время визирования и время остановки насосов,На фиг. 1 изображена схема процесса цементирования по данному изобретению; на фиг, 2 представлено схематически вертикальное сечение устройства для цементирования обсадных колонн (пробки-лидера); на фиг, 3 - график изменения давления закачки (расхода) рабочей жидкости при проведении процесса цементирования,На фиг. 1 схематически показаны обсадная колонна в процессе цементирования, когда нижняя цементировочная пробка 1 продавлена цементным раствором 2, стопорное кольцо 3, дополнительная нижняя разделительная пробка (пробка-лидер) 4, контрольный обьем цементного раствора 5, 45 50 55 Я = - ч (м), И Ргде О - произвоцительность закачки рабочей жидкости, м lс;,и - коэффициент расхода для обычных условий равен 0.92 - 0,99 и как правило принимается равным 0,95;р - плотность рабочей жидкости, кГ/м; Ь Р - перепад давления в сужении, Па, Рекомендуется принимать значение Ь Р в пределах 210 - 5 10 Па.В момент прохождения контрольногообьема цементного раствора б через осевой канал 11 пробки 4 давление нагнетания продавочной жидкости возрастает на величину этого дополнительного перепада давленияЬ Р, обуславливаемого сужением 13 вставки верхняя разделительная пробка б и продавочная жидкость 7,На фиг. 2 представлена пробка-лидер 4,которая состоит из корпуса 8, диафрагмы 9,5 манжет 10. укрепленных на корпусе 8. Вкорпусе 8 пробки 4 выполнен осевой канал11, в котором помещена вставка 12 с сужением 13,При осуществлении цементировэния по10 предлагаемому способу после пуска нижнейцементировочной пробки 1 и закачки необходимой порции цементного раствора 2, исключая контрольный объем, в колоннупускают пробку-лидер 4 и закачивают конт 15 рольный объем цементного раствора 5, затем пускают верхнюю пробку 6 изакачивают продавочную жидкость 7. Контрольный объем цементного раствора 5 задают исходя иэ необходимой длительности20 получаемого при посадке пробки-лидера 4гидравлического сигнала,Ч = 0 х (Тп + Тв + Тост ) .где О - производительность закачки (рас.ход) рабочей жидкости, м Ус,25 Тп - время прохождения гидравлического сигнала к устью скважины, с;Тв - время, необходимое для надежнойрегистрации сигнала, с;Тост. - время, необходимое для останов 30 ки насоса, с,Продавочной жидкостью комплекс"пробка-лидер и контрольный объем цементного раствора - верхняя пробка", продавливается до посадки пробки 4 на нижнюю35 пробку 1 или ограничитель движения, послечего контрольный объем 5 начинает вытесняться через осевой канал пробки 4, Площадь проходного сечения сужения 12осевого канала 11 определяют, исходя из40 величины необходимого перепада давления, и рассчитывают по известной формуле;12 до значения Рс фиг.З), Увеличение давления закачки продавочной жидкости регистрируется на измерительных приборах, например на манометре (на чертеже не показано), что служит сигналом о посадкепробки 4 на нижнюю пробку 1 или ограничитель движения 3. Регулирование времени ЬТ действия сигнала Рс и регулирование величины сигнала Р осуществляется изменением производительности закачки О продавочной жидкости,что ведет к изменению 10 высить качество контроля за процессом 45 закачки рабочих жидкостей, т,е, сделать способ более эффективным, технологичным, снизить количество брака и аварий и связанных с ними простоев. оборудования. Применение данных изобретений позволяет уже на стадии подготовки к цементирова-. нию задатЬ оптимальные параметры процесса цементирования и при этом иск 50 перепада давления на сужении 13 вставки12,На фиг, 3 показаны изменения давленияЛР и времени действия сигнала Т 1-Т 2 при 15различной производительности закачкипродавочной жидкости, Т 1 - момент посадки пробки 4 на ограничитель движения 3 иначала прохождения контрольного объемацементного раствора 5 через осевой канал 2011 пробки-лидера 4. Т 2 - момент окончаниядействия сигнала Р При уменьшении производительности закачки О продавочнойжидкости время действия сигнала Рс увеличивается (на фиг, 3 обозначено пунктирными линиями). При производительностизакачки О 1 имеем время Т - Т 2, при этомперепад давления уменьшается до значения ЛРф. Соответственно, при производительности закачки 02 имеем время действия 30сигнала Р равное Т 1-Т 2 .При изменении условий цементирования (изменение плотности и вязкости цементного раствора и т.п,) необходимыевеличины и длительности гидравлического 35сигнала получают путем применения сменных штуцеров, изменяя площадь сечения.сужения 13 вставки 12,Таким образом, применение данногоспособа и устройства для цементирования 40обсадных колонн позволяет получать четкофиксируемый сигнал о посадке пробки наограничитель движения, хорошо различимый на фоне помех, дает возможность полючить такую трудоемкую операцию, как замер откачиваемого обьема рабочей жидкости, т,к, при данном способе замеру подлежит только контрольный объем тампонажного раствора, который можно замерить с большой точностью, отказаться от преждевременного снижения темпа закачивания продавочной жидкости.Формула изобретения 1, Способ цементирования обсадных колонн, включающий пуск нижней разделительной пробки, нагнетание цементного раствора, пуск верхней разделительной пробки, закачивание продавочной жидкости в полость обсадной колонны с вытеснением цементного раствора в заколонное пространство до посадки нижней разделительной пробки и получения гидравлического сигнала окончания цементирования,о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет повышения надежности контроля окончания цементирования с обеспечением возможности регулирования величины и длительности гидравлического сигнала окончания цементирования и предотвращения необходимости преждевременного снижения темпа закачки последних порций цементного раствора, перед пуском верхней разделительной пробки и во время закачки последних порций цементного раствора пускают дополнительную нижнюю разделительную пробку, а после посадки дополнительной нижней разделительной пробки вытеснение последних порций цементного раствора в заколонное пространство осуществляют в режиме дросселирования его потока,.2. Устройство для цементирования обсадных колонн, включающее корпус с осе вым каналом, манжеты, размещенные на корпусе, диафрагму, перекрывающую осевой канал, о тл и ч а ю щ е е с я тем. что оно снабжено вставкой с осевым каналом, меньшим осевого канала корпуса, при этом вставка помещена в осевом канале корпуса над диафрагмой,3, Устройство по п,2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что вставка выполнена в виде сменных штуцеров с осевыми каналами разного диаметра..Кузнецова Техред М,Моргентал рректор О в ед каз 1711 Тираж Подписное В(-(ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьти 113035, Москва, )К, Рэушская наб,. 4/5