Способ ступенчатого цементирования обсадных колонн в скважинах

акачивание с 79, с. 215. ьство СССР 33/14, 1980 ины,то 9876,4) СПОСОБ СТУПЕН Я ОБСАДНЫХ КОЛОН ТОГО ЦЕМЕНТИРОВАВ СКВАЖИНАХ ие э тивности цемент вания кой о че бст пускают поглоще обсадно ее сече сади Цеме он ее странстбл. колонно ощения. зоны п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЭО ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к буре скважин, Цель изобретения - повьпп прощения технологичобсадных колонн,колонну ниже зоныируют нижнюю частьы через ее внутрен с подъемом цементного раствора вну поглощенияЗатем проводят гид разрыв с подъемом давления в течение времени ,определяемого из выражения где м - расчетный коэффициент, определяемый из соотношения плотностей водоцементного отношения в исходном цементном растворе, цементном уплотнении в скважине и пр. (6 = 0,15 0,68), Р - диаметр скважины, м; й диаметр обсадной колонны, м; Ч скорость движения фильтрата, м/с; Р и Р, - давление гидроразрыва на глубийе 2, и 2 соответственно МПа,- плотность жидкости в скважине, кг/м; 8 - ускорение силы тяжести, кгм/с, , и ( - термоупругость горной породы на глубинах 2, и 2, соответственно, МПа/град, ЬсцЦ и ь с - нагрев цементного раст 4 гвора на глубинах 2, и 2, град, Ь и с, и Ь Ьс - скорость восстановления т-ры горных пород, град/ч. При этом цементируют верхнюю часть ко10 15 20 щ м --мокспри этом сь (П -1 )02 30 1 13467Изобретение относится к бурению скважин, в частности к способам ступенчатого цементирования обсадных колонн.,Целью изобретения является повьш)е - ние эффективности цементирования об,садных колонн эа счет упрощения их технологической оснастки. Способ осуществляют следующим образом.Обсадную колонну, спущенную ниже зоны поглощения, цементируют в нижней части через ее внутреннее сечение. Затем осуществляют гидрораэрыв и производят цементирование верхней части обсадной колонны через ее заколонное пространство выше зоны поглощения,При этом цементирование нижней части колонны осуществляют с подъемом цементного раствора в зону поглощения, а гидрораэрыв осуществляют с подъемом давления в течение времениопределяемого из выражения: Ъ Ре +ЯЕ(2 2)+ ьс -ь сььг - 4 ь ь с где сЬ - расчетный коэффициент, определяемый иэ соотношения плотностей водоцементного отношения в исходном цементном растворе, цементном уплотнении в скважине и пр, ( М = О, 15- 0,68), О - диаметр скважины, м, д диаметр обсадной колонны, м; 1, - 40 скорость движения фильтрата, м/с; Р, и Р - давление гидроразрыва на глубине 2, и 2 соответственно, МПа, р - плотность жидкости в скважине, кг/м, 8 - ускорение силы тя жести, кг м/с; (, и- термоупругость горной породы на глубинах 2, и 2 соответственно, МПа/гРаД, Ьг.Ч4 и ЬГЧ - нагРев Цементного РаствоРа на глубинах 2, и 2 соответственно, град, Ь ь с, и ьь с, - скорос ть восстановления температуры горных пород на глубинах 2и 2соответственно, град/ч.С подъемом цементного раствора в зону поглощения создают условия обезвоживания первой партии цементного раствора и его загущения. В этом случае создаются условия для подъе 67 2ма давления, необходимого для создания гидроразрыва.Чтобы предотвратить гидроразрывв интервале нижней части обсаднойколонны давление гидрораэрыва необходимо создавать в течение определенного времени (не менее некой величины), эа которое избыточная водаиэ цементного раствора должна отфильтроваться в пласт,После этого образующееся цементное уплотнение предотвращает передачу давления на нижнюю часть скважины.При этом время создания давления гидроразрыва не должно превышать время/ ма(, за которое создается воэможность неиспользования теплового поля,формирующегося в приствольной зоне вгорных породах вследствие переносатепла с глубины циркулирующей прицементировании жидкостью, При определенном термонапряженном состоянии породы увеличивается возможность гидроразрыва пород. Величина термоупругихнапряжений больше там, где выше термоупругость пород и выше разностьтемпературы, наведенной от циркуляции жидкостей и естественной температуры пород, Эта разность температурможет быть обеспечена на выбраннойглубине, с использованием этого эффекта еще более повышается надежностьгидроразрыва на заданной глубине, вданном случае в нижней части второйступени цементирования. Задача заключается в том, чтобы своевременно воспользоваться эффектом, так как послеокончания циркуляции температурноеполе вокруг ствола скважины восстанавливается и через некоторое время гидрораэрыв в запланированном интервалеуже маловероятен.П р и м е р. Лля того, чтобы создать перепад давления в цементномрастворе вблизи верхней границы первой ступени и пласте (особенно в случае, если давление в пласте не меньшегидростатического), на устье, в затрубном пространстве, создают избыточное давление, которое по мере отфильтровывания воды из цементного раствора и роста структурной прочностицементного уплотнения в районе высокопроницаемого пласта повышают до давления гидрораэрыва пласта, залегающего в нижней части второй ступени,Вычислим, в течение какого временинеобходимо повышать давление в за 1346767трубном пространстве, с тем, чтобы не вызвать гидрораэрыва пластов внизу первой ступени,Водоотдача цементного раствора в реальной скважине (через глинистую корку, кольматационный слой) не превышает водоотдачу исходного бурового раствора. Поскольку это так, то можно определить скорость фильтрата раствора в стенку ствола реальной скважины. Приравняв скорость фильтрата бурового раствора скорости фильтрата цементного раствора, получаем где Ч, раство с,=2- скорость Фильтрата буровогора при комнатной температурео0 С и перепаде давлений ьР,0,1 МПа; Ч - скорость фильтратацементного раствора в забойных (наглубине примерно 800-1000 м) условиях, где с = 30 С, ЬР = 4 МПа (средний между нулем и предполагаемым давлением гидроразрыва); в, и , - вязкость фильтрата соответственно бурового раствора при т, = 20 С и цементного раствора при г = 30 С, О,1,005 МПа с, р, = 0,8007 МПа с,Примем, что Ч, = 2,810 м/с (соответствует водоотдаче глинистого раствора в 10 см до 0,5 ч), тогда поформуле (1) Ч = 24,4 10 м/сОбъем тампонажного раствора в эатрубном пространстве- -(кв-а ) нР 41(2) е К - коэффициент ка среднем К = 1, Р - номинальный ди скважины (П ерзности2); метр ствол 1,59 см),й колонны диаметр обсадн (й = 14,6 см); высота проница вим равенство + реч, р ого пласт Со(3) Ре ЧеШр,ч,где рЧи Ч- ппорошка и его оби Ч - плотностобъеме Чраствора ( рводоцементный фаИз формул (3)ш РЧе р ( ентногоре объем вотн ть це объем и е ментного плоти1830ктор.и (4) ть /м лучаеЧе = - - - х(КП 2-Д) Н (6) 1,25 ре 4 Площадь фильтрующей поверхности в скважине определяется зависимостью 8 ,ПКПН (7) Тогда время, за которое избыточна вода отфильтровывается в пласт, опре деляется выражением=0 05 -- . --- . ( ЯЧРе К 0 Ч я, пол -тавив числовые зна 607 с - 10 мин,образом, минимальное врем е которого можно давление затрубном пространстве под нуля, до давления гидрораэ ет 10 мин,теч 25 сть ять до оставл ие в замин, а бо надежность давленене 10од, тоого упл Есл трубно лее длувеличивать пространств ыйцем е тел прочност тнения будет бл сти проницаемого плас Однако большой разрыв ше.межд времен вания перокончанием цементи тупени и проведение может привести к то 5 вой роразрыв что г пласта произоидет не в нижвторой ступени, а в верх- башмаком предыдущей колонуктора). Причина - снижение давления жидкости с глубиоздании избыточного давления роразрывней частиней (подны - кондградиентаной при сна устье,Задача состоит в том, чтобы повысить давление гидроразрыва пластовв верхней части скважины. Это достигается тем, что гццроразрыв пластовпри цементировании верхней частискважины производится с минимальнымразрывом во времени. При этом используется напряженное состояние горныхпород в приствольной эоне, сформированное в результате переноса тепла 5 из глубинных слоев земли к верхнимциркулирующей жидкостью и возникновения термоупругих напряжений рВ таблице приведена термоупругаяхарактеристика горных пород. Для того, чтобы в кольцевом пространстве получилось прочное цементное уплотнение иэ цементного раствора необходимо отобрать 507 имеющейся в нем воды, т.е если в нормальных условиях ш = 0,5, то должен стать ш =0,25. Тогда по формулам (2) и (5)(, и( 5 13467Из таблицы видно, что наиболее чувствительны к изменению температуры гипсы и ангидриды, наименее чувствительны песчаники и сланцы. Напри 5 мер, глинистый сланец при изменении его температуры на 1 С изменяет свое напряженное состояние на 0,36 МПа.Для того, чтобы гщроразрыв пластов под башмаком кондуктора не проис ходил, давление гидроразрыва там необходимо повысить на 5,0 МПа. Поскольку верхняя часть разреза представлена преимущественно глинистыми отложениями, то делением циАры 5,0 5 на 0,36 получаем на сколько необходимо нагреть горные породы, чтобы давление гидроразрыва повысилось на 5,0 МПа. Получаем ьс = 14 С.Естественная температура горных пород на глубине 400 м примерно равОна 0 С. В процессе циркуляции жидкостей во время цементирования верхняя часть разреза прогревается за счет тепла, принесенного жидкостью снизу. 25 Наблюдения показали, что на выходе температура в зависимости от глубины нефтяной скважины колеблется в пределах 24-57 С. Этой температуры вполине достаточно, чтобы повысить давление гидроразрыва до необходимой величины, Необходимо своевременно воспользоваться этой температурой, так как сразу после окончания циркуляции температурное поле вокруг ствола скважины восстанавливается. Причем темп восстановления мало зависит от теплопроводности горных пород и составляетО3-5 С в час. Отсюда видно, что через несколько часов ОЗЦ температура почти 40 полностью восстановится и желаемого эФАекта не получится.Принимая во внимание наибольшийотемп охлаждения (5 С в час), минимальный нагрев (24 С) и необходимый наогрев (дс = 14 С), находим, что время повьппения давления на устье в затрубном пространстве перед гидроразрывом пластов и цементированием второй степени не должно превышать 50 120 мин,67вчающий спуск обсадной колонны ниже зоны поглощения, цементирование нижней части обсадной колонны через ее внутреннее сечение, гидроразрыв и цементирование верхней части обсадной, колонны через ее заколенное пространство вьппе зоны поглощения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения эд 4 ективности цементирования эа счет упрощения технологической оснастки обсадных колонн, цементирование нижней части обсадной колонны осуществляют с подъемом цементного раствора в зону поглощения, а гидро- разрыв осуществляют с подъемом давления в течение времени о , определяемого из выражения/мин МОКСпри этом расчетный коэФФициент, определяемый из соотношения плотностей водоцементного отношения в исходном цементном растворе, цементном уплотнении вскважине и пр. ( к = О, 150,68);диаметр скважины, м;диаметр обсадной колонны, м;скорость движения Аильтрата,м/с; давление гидроразрыва на глубине 7., и Е 2 соответственно,МПа,плотность жидкости в скважине, кг/м,ускорение силы тяжести;кгм/с 2;- термоупругость горной породы на глубинах Е, и 2соответственно, МПа/град,пси ч - нагрев цементного раствора на глубинах 7., и Е 2 соответственно, град;ььс,и пдву,Формула изобретения Способ ступенчатого цементирования обсадных колонн в скважинах,вклю скорость восстановления температуры горных пород на глубинах 7., и Е 2 соответственно, град/ч,713467678Е 10, МПа р, МПа с МПа/град и,10, 1/град Породы 2,35 0,25 1,0 0,31 Песчаник 7,48 0,27 0,8 Известняк 0,82 8,00 0,25 0,7 о т 0,75 3,80 0,30 1,9 1,03 Гипс 3,80 0,30 1,9 1,03 Ангидрид Глинистыйсланец 3,60 0,40 0,6 0,36 Составитель В. ГришановТехред М. Ходанич Корректор С.Черни Редактор Н.Лазаренко 3 ак аз 5 103/3 1 Тирам 532 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5