Способ центрирования преимущественно нефтяных и газовых скважин

, СОЮЗ СОВЕТСКИХаРЕСПУБЛИК М 59 Е.21 В 33 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 31БИЬЛИОТЕ.:4 одев иицатвъств Н АВТО М 28И Рубинштей но-исследовательсой прбмышпенности(71) Сибирский наукий институт нефтя53) 622.245.42(081561 1. Мищевич В.инженера по бурени1973, с,429-430.2. Шадрин Л,н.низация крепления.фнедра", 1975, с1(54) 57) СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВА 801 613 А ЖИН, включающий закачку в обсадную колонну цементного раствора с добавками эамедлителя схватывания и продаэливание цементного раствора в эаколонное пространство, о т л и ч а - . ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности цементирования скважин в случае аэрации цементного раствора, перед закачкой последнего определяют прирост температуры в скважине от сжатия воздушной фазы це" ментного раствора при,давлениях его. продавливания в заколонное пространство, а добавки замедлителя схваты" вания вводят в аэрированный цементный раствор с учетом полученного прироста температуры. В 1.Изобретение относится к строительству преимущестненно нефтяных к газовых скважин, а именна к способам цементкрованкя обсадных колонн.Известен .пасаб цементирования преимущественна нефтяных к газовых скважин путем закачки цементного раствора н колонное пространства к последующего прадавливанкя ега в эакОЛОНБае чрастранстнО 1 3.Однако прк цементировании темпера.турных скважин продавливание цементного раствора не всегда может быть осуществлено из-за преждевременного с.:"атынания цементного раствора.Наиболее близким к предлагаемому является способ цементиронанкя преимущественно нефтяных к газовых скважин, предусматривающий закачку н обсадную колонну ц ментнага раствора с добавками замерктеля схватывания и праданлквание цементнога раствора н закаланнае пространства Г 2,Однако известный способ недостаточно эффективен прн аэрации цементного раствора, Добавку замедлителя схватывания в цементный раствор рассчитывают, как правило, кз условия естественной температуры в скважлне,. определяемой геотермическим градиентам, к не учктынают состава цементнога раствора. Например, прк высокой степени аэрации цементнога раствора,. необходимой для эффективной борьбы с паглащеы 1 ем, кз за сжатия наздуш най Фазы н цементном растворепри праданкепраксходит значительный прирост температуры н скважине. Добавок замедлктеля схватывания, рассчитанных на естественные температурные условия, уже недостаточна. часта это является причиной непад,ема цементного раствора за Обсадной колонной вследствие ега преждевременнога загустевания к схватывания.Цель кэабретенкя - повышение эффективности цементкраванкя скважин при аэрацкк цементного раствораПоставленная цель дастчгается тем, чта согласна способу цементкранакия преимущественно нефтяных к газовых скважин, включающему закачку в обсадную колонну цементного раствора с добавками замедлктеля СХнатынания к прадавлкнание цементного раствора в заколаннае пространства перед закачкой цементного растнора Определяют прирост температуры в скважине ат сжатия всздушнОЙ Фазы цементнага раствора прл,оавлениях его праданлкванкя в закачанное пространство, а добавки замедлктеля схватывания вводят н аэркраванный цементный раствор с учетам получен.ного пркраста температуры, где К - показатель адкабаты для20воздуха,РзВТ=Т -Т:Т - -1г о р где Т - температура воздуха вовремя аэрации цементногораствора на поверхности,К;Т - температура воздуха после2сжатия, К;аТ - увеличение температуры воздуха от его сжатия;Р - атмосферное давление,Р=0,1 МПа;Р - давление на забое скважины3при цементировании на глубине 3000 м, Р =45,0 МПа.Тепло, выделенное 1 кг воздухом определяют по Формуле ЗО 40 ч,=С ат,Для воздуха чод давлением более30,0 Ипа С =0,234 ккал/кг,град.Весовое содержание воздуха н1 кгс цементного раствора определя 45 ют па формуле где о - плотность воздуха в норг50мальных условияху = 1,293 кг/мВ;р - плотность неаэрираванногоцементного раствора,кг/м;щ - степень аэрации.Количество тепла, образующегосяв 1 кгс цементного раствора, определяют по Формуле68 в= -й 60 1 кгПриращение температуры цементногораствора находят кз завкскяостк в(в) Р С Расчеты, выполненные для условияСевера-Варь-Еганскога месторождения,по методике ВНИИКрнефть, свидетельствуют, что температура цементногораствора вблизи башмака обсаднойколонны увеличивается с глубинойее спуска, причем на глубине 3000 мона достигает приблизительно 70 ОСЕсли цементный раствор, закачкваемыйв скважину, насыщен воздухам, можно 10 ожидать дополнительного нагревараствора от тепла, выделенкого сжимаемым воздухом. При оцечке приращения температуры считают, чта процесс сжатия воздуха происходитбез теплаобмена)адкабатически), тогда справедлива Формула/5: -61 г ошение се цеме еделяет(13) н (14) враженне.,%(ю) )1 Р 1 Р Плотнос оздушной фазы на гл бине известной формул находят по ,Рг У давление в ранстве в к Таким образ теля схватыван цементный раст температуры по дополнительный воздушной фазы ить качество атрубном простнце цементирова е Нине , МПа; Т рь 300 Величину мул поСН=уН; р = С % где Ср - теплоемкость цементногораствора.Величину С находят из зависимостиСц =О, 56 - 0,42(, ) цР -1 Р 45. (7) )Таким образом получают обобщенную формулу д 1 (8) 1 о ч оь-ог( -(фчР ф ( цр 1Подставив указанйые значения, получают, что приращение температуры для степени аэрации в=10 составляет 6 фс, для щ=20 - 12 ос, для ш=50 - 30 с 15 и так далее.На чертеже показан график изменения температуры азрированного цементного раствора вблизи башмака колонны для условий Северного-Варь О Егана для случая в=50.Из графика видно, что на глубине 3000 м при данной степени аэрации температура достигает 100 С.Известно, что температура раство- Я ра влияет на время его загустевания.Например, с повышением температуры до 100-140 ОС начало схватывания цементных растворов уменьшается примерно с 2 ч 30 мин до 0 ч 20 мин. Это объясняется тем, что с повышением температуры ускоряются химические реакции взаимодействия цемента С ВОДОЙ. м, введение замедли-я в аэрированныйор с учетом прироставалит нейтрализоватьего нагрев от сжатияи, тем самым, повнементирования. Способ цементирования преимущественно нефтяных и газовых скважиносуществляют следующим образом.Учитывая допустчмое давление назабой скважины(Р), задают степеньаэрации тампонажного раствора.Допускаемое давление вычисляют по формуле3(9)С - градиент давления гидроразрыва, МПа/и;Н - глубина скважины по вертикали, м.С другой стороны,Рз = р Н Мпа, (10) 5где р - плотность аэрировацного раствора на глубине , кг/мз;Н - глубина скважины, м;ускорение свободного падения,м/сПриравнивают выражения и полу 2 ают Плотность аэрированной жидкости Нна глубине -- определяют по формуле2ФЦ)--- (12)1 +ргде р, - плотность цементного раствора до аэрирования, кг/мЗ;р - плотность воздушной фазы на ь 2 где р, - плотность воздух ных условиях, д" Рп - степень аэрирова Подставляя Формулы(12 зависимость(11) получают в С Р Рг Р 1 -ния на глубатмосферное давление,Р=0,1 Мпа;температура воздуха из-подкомпрессора, То 300 К)температура воздушной фазыв скважине на глубинеф для глубины 1500 мРН Нна глубинеопреде2 ляют фор еНР=С2В качестве примера конереализации принимаются услСевер-Варь-Еганского местогде градиент давления гидрне превышает 0,015 МПа/м. гда Р = 0,0153000222 5 300с . ,1 293 = 2900,1 300еобходимая степень аэрнтного раствора при р=ормуле 13.-,емператуо 100 4,7 3,3 2 6 2 О 1 6 1,3 1 0 О 8 0,7 Время Таблица 2 Концентрация НТФ, Ъ к весу цемента рТа 1,лера урч г000 О,01 1 0,02 ) 0030,04 0,05 0,06 1,8 1,8 1,8 1,6 80 1,7 1,6 1,2 1,0 90 1,2 1,3 1,3 1,0 0,8 1,2 10 0 0,8 0,7 Далее по методике ВНИИКрнеФть и о формуле(81 определяют температуру тампонажного материала на забое скважины, она составит 104 С(против 70 С для н.:аэрированного цементного раствораБаиболее интенсивному температур:ому,воздействию подвергается последняя порция цементного раствора, закачиваемого в скважину. Опыт показывает, что ;ля предотврашения преждевременного загустевания цемент.О ;:сго раствора время, затрачиваемое ча его затворение и продавлкванне не должно превышать 75 от времени лз таб.",видно, что 3 сква;-:;ине,-,ацемент.:,-с;:.ннсй без аэрации гделн:амнческа: .;абойная температура70 С цеМентныйм.-и.-.т э.-(д 4 ктпльный запас по срокам.:д",ва гывания (0,6 ч) и, следовательно,преждевременного загустевания его 4 Оопасаться не следует В скважинах,;е антипов нных с азоацкей у;еъубины 2600 м, что соответствуетг,мпеоатуре 90",; т 1 ементри растворне удовлетворяет по срокам схвагыва" л 5тоебу,т ввода эамедлителя,Для тампонайного портландцементав качестве замедлителей схватывания до начала его схватыванкя. Такимобразом, для условий Северо-ВарьЕганского месторождения. где казатворение последней поаии(бездобавления глины)портла.;дцементазатрачивают 0,25 ч и на его продувку 0,5 ч(всего 0,75 ч)время до начала схватывания должно быть неменее 1,0 ч. В табл, 1 доказано изменение времени начала схватывания тампонажного портландцементного раствора (водоцемен,ный Фактор 0,5)в зависимости от тек:пературы. можно использовать ю игносульФонаты кальция,. карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоэу(КМГЗЦ), карбоксиметилцеллюлозу(КМЦ), сульФитспиртовую барду (ССВ), технический винный камень, вкннокаменную кислоту(ВК), гнпан, лесохимические полиФенолы, окисленную целлюлозу, тоннат натрия, декстрйй, пкрогалловую кислоту, нитринтркметилФосФоновую кислотуЙТФ).В табл. 2 показано влияние концентрации НТФ в зависимости от температуры на время начала схватывания цементного раствора с водоцементным Фактором, равным 0,5.1105613 Составитель В,ГришановРедактор Л.Алексеенко Техред М.Надь Корректор А.Тяско Заказ 5563/25 Тираж 565 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб;, д.4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Из табл, 2 видно, что для обеспечения необходимого времени начала схватывания аэрированного цементного раствора 11,0 ч 1 в условиях Северо- Варь-Еганского месторождения, внего необходимо ввести 0,03 НТФ.Опыты с декстрином показывайт, что для нейтрализации дополнительного нагрева при сжатии воздушной фазы аэрированного цементного раствора в него необходимо ввести 0,15 10 реагента.В общем случае для каждой конкретной скважины подбор реагента, его концентрацию необходимо проводить строго индивидуально. При этом необходимо учитывать естественнуютемпературу горного массива назабое скважины, степень аэрации цементного раствора, марку цемента.Замедлите"ьсхватывания нужно 20 вводить только в ту порцию цементного раствора, которая подвергаетсяопасному нагреву. Например, дляСеверо-Варь-Егана эта порция составит9 мз по объему, что соответствует11 т сухого цемента. Этот объемсоответствует объему трубного пространства с глубины 2600 до 3000 м. Обычно замедлитель схватывания вводят в цементный раствор с водой затворения. Для этого расчетное -количество предварительно подогретой воды воду подогревают для улучшения растворения реагентов) набирают в мерные емкости цементировочных агрегатов. Посредством насосов агрегата и приемного чанка обеспечивают замкнутую циркуляцию приготовляемого раствора. После достижения равномерности раствора по плотности его закачивают в скважину,