Способ крепления скважин

(5 Ц 5 Е ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН бретение о. н ия нефтяных и ся к способамвых скважин. епл пления скважин, ной колонны, завора с устья сказ- . у и продавку его тами в затрубное с фиксацией момпонажного Расения давления на естен способ кре щий спуск обсад мпонажного раст обсадную колонн ировочными агрега нство скважины онца продавки та о характеру увелич включаю качку та жины в цемент простра мента к твора и устье. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 21) 4672527/03(53) 622,245,42(088.8)56) Соловьев Е, М. Закачивание скважин, - М.: Недра, 1979, с. 211-213.Патент СШАМ 3576211, кл. 166-290, опублик. 1970, (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИН (57) Изобретение используется при цемен-: тировании осадных колонн. Цель - сокраще- ние времени на крепление скважин, а также обеспечение цементирования при наличии в скважине предыдущей обсадной колонны. Способ включает спуск обсадной колонны до забоя на эаливочных трубах, длйну которых определяют из следующего выражения: 1 з= 4 Чт.р. / л К Осев - Л и, где Ь,т. - длина эаливочных труб,м, Чт,р. - расчетное. количество тампонажного раствора для цементирования обсадной колонны из условия заполнения обьема кольцевого пространства между цементируемой обсадной колонной и стенкой скважины, м, Оскв - диаметр скважины, м, К - коэффициент кавернозности ствола скважины, Ли - дополнительная глубина погружения обсадной колонны в тампонажный раствор после его закачки и извлечения заливочных труб, м. Тампонажный раствор закачивают в скважину через заливочные трубы и нижнюю часть обсадной колонны, после чего с одновременным извлечением заливочных труб приподнимают нижнюю часть обсадной колонны, В дальнейщем обсадную колонну наращивают и опускают на конечную глубину. При наличии в скважине предыдущей обсадной колонны длину эаливочных труб увеличивают на 4 Чт.р. I л Оен,пр, где ЧТ.р. - расчетное количество тампонажного раствора для цементирования обсадной колонны иэ условия заполнения объема кольцевого пространства между цементируемой и предыдущей ЯзГ обсадными колоннами, м, О вн.пр. - внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны, м. 1 з,п. ф-лы, 4 ил. Недостатком этого способа является сложность замещения бурового раствора тампонажным, Более высокая степень замещения, а с ней и качественное цементирование достигается только при высоких скоростях движения тампонажного раствора, что в свою очередь приводит к увеличению гидродинамической составляющей давления на пластьи к их гидроразрыву. Кроме того, в искривленных скважинах часто происходит одностороннее вытеснение бурового раствора тампонажным в зксцент 1717794ричном кольцевом пространстве скважин, что влечет за собой образование на отдельных участках прерывистого цементного кольца,Известен способ крепления скважин, 5 по которому обсадную колонну спускают на первоначальную глубину, через нее до забоя спускают заливочнце трубы и эакачивают расчетное количество тампоиажного раствора и после чего извлекают эаливоч ные трубы иэ скважины и производят дальнейший спуск обсадной колонны,Недостатком такого способа является то, что с выходом заливочных труб изтампонажного раствора и до полного извлечения 15 их из обсадной колонны, спущенной.на первоначальную глубину, тампонажный раствор находится в неподвижном состоянии продолжительное время. В это время происходит седиментация и уплотнение ниж них слоев тампонажного раствора, отфильтровывание жидкости затворения и продуктов гидратации, что приводит к его . преждевременному. загустеванию, Такое состояние тампонажного раствора затруд няет вытеснение и подъема его в затрубное пространство при дальнейшем спуске обсадной колонны, Кроме того, удлиняется время процесса крепления скважины,Целью изобретения является сокраще ние времени на крепление скважин.Поставленная цель достигается тем, что установку обсадной колонны. производят путем спуска ее нижней части до забоя на заливочнцх трубах, длина которых опреде ляется из следующего выражения;( 3 с О скВ ) где Ь.т. - длина заливочных труб, м.;Чт,р, - расчетное количество тампонаж ного раствора для цементирования обсадной колонны из условия заполнения объема кольцевого пространства между цементируемой обсадной колонной и стенкой скважины,м; Оскв - диаметр скважины,м;К- коэффициент кавернозности ствола скважины;Лп - дополнительная глубина погружения башмака обсадной колонны в тампонажнцй раствор после его извлечения заливочных труб, м,закачивают тампонажный раствор через заливочные трубы и нижнюю часть обсадной колонны, после чего с одновременным извлечением. эаливочных труб приподнимают нижнюю часть обсадной колонны с последующим наращиванием последней и спуском ее на конечную(Юскв)2 вн и рКритерием выбора зависимости (1) является время достижения допустимой консистенции. (ЗОП) тампонажного раствора.Если это время больше или равно суммарному времени извлечения заливочных труб после закачки тампонажного раствора и времени спуска обсадной колонны до забоя скважины, когда в ней находится тампонажный раствор, т.е. выполняется условиеХэо - Хзак Хизв +Хс,п. (3)то следует принять Ь Ь = 0 и длина заливочных труб определяется только расчетным количеством тампонажного раствора для цементирования скважины,В ВЫРажЕНИИ (3) Хзо - ВРЕМЯ ДОСтИжЕ- ния допустимой консистенции (ЗОП) тампонажного раствора, ч;Хаак - ВрЕМя ЗаКаЧКИ таМПОНажНОГО раствора, ч;Хизв. - время извлечения заливочных труб после закачки тампонажного раствора, ч;х с.п, - время спуска обсадной колонны до забоя после извлечения заливочных труб, ч 1 з,т. Хизв= е Хсб,В со где 1 св-длинаодной свечи залиых труб,Хсв- ВрЕМя На ИЗВЛЕЧЕНИЕ ОдНОй СВЕЧИзаливочных труб, ч, Время спуска обсадной колонны до забоя после извлечения заливочных труб(5)где .в.ч.- длина верхней части обсадной колонны, которую спускают в скважину послизвлечения заливочных труб, поэтому5 - длина одной обсадной труб, м; глубину. При наличии в скважине предыдущей обсадной колонны длина заливочных труб увеличивается на величину4 ,жО.вн,пргде Чт,р, - расчетное количество тампонажного раствора для цементирования обсадной колонны из условия заполнения объема кольцевого пространства между цементируемой обсадной колознной и предыдущей обсадной колонной, м;Ови,пр, - внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны, м,Таким образом, зависимость для определения длины заливочным труб в общем случае будет иметь следующий видт- .нормативное время на спуск одной обсадной трубы, ч.После определения всех составляющих выражения (3) прверяют условия его выполнения и если это условие не выполняется, 5 т.е.Тзо Т ззкХизвл+ с,п,.возникает опасность недопуска обсадной колонны до забоя ввиду. загустевания 10 тампонажного раствора. В этом случаетампонажный раствор достигает допуетимой консистенции (ЗОП) раньше, чем обсадная колонна будет спущена до забоя, после извлечения заливочных труб. В этом случае 15 необходимо, определить дополнительную глубину Ьи погружения башмака обсадной колонны в тампонажный раствор; находящийся в скважине.Дополнительная глубина погружения 20 башмака обсадной колонны в тампоиажный раствор, есть разница между высотой столба тампонажного раствора, необходимого для цементирования скважины при условии, отсутствия в ней эаливочных труб и длиной 25 интервала спуска обсадных труб до того времени, когда тампонажный раствор достигнет предельной консистенции т сп 1(6) 30 где й - расчетная высота столба тампонажного раствора, которую он занимает в скважине из условия отсутствия в ней обсадной колонны35 й - ( в .- + в + ) . (7)0 вн.пр. (О скб )Так как необходимо соблюдение условия (3), то справедливо выражение(б) вместе г с,л, ПОДСтаВИтЬ зо - Тзак - Тизвл И ПОЛУЧЭЮТ 40 окончательную формулу для определения Гзо - базак - Тизвлх45После нахождения .величины Ь) ее значение подставляют в формулу (1 или 2) и определяют окончательную длину заливочнйх труб.На фиг. 1 изображена технологическая 50 схема, реализующая предлагаемый способ, нижнюю часть обсадной колонны 1, котоия оснащена башмаком 2 и обратным клапаном 3 спускают до забоя до заливочных.трубах 4 длиной Ь,т, и осуществляют закачку 55 тампонажного раствора 5. После этого сбрасывают верхнюю продавочную пробку 6 и продавливают тампонажный раствор. (Фиг. 1 а). Продавочная пробка б при выходе из заливочных труб сходится с продавйчной пробкой 7 и по окончании продавки цементного раствора обе пробки садятся на стоп- кольцо 8 (фиг. 1 б). После этого немедленно приступают к извлечению заливочных труб 4. После извлечения заливочных труб (фиг.1 в) объем участка скважины длиной и от башмака обсадной колонны до забоя представляет собой объем заколонного пространства на конечном этапе цементирования, когда обсадная колонна полностью спущена до забоя,Далее производят спуск втооой секции обсадной колонны в скважину, наполненную тампонажным раствором на интервале и. При этом длина верхней части обсадной колонны определяется объемом участка скважины длиной й. Спуск обсадной колон.ны в скважину, наполненную тампонажным раствором, обеспечивает равномерное заполнение тампонажным раствором эатрубного пространства скважины (фиг, 1 г). Обратный клапан 3 предотвращает попадание тампонажного состава в обсадную колонну при спуске до забоя. Процесс цементирования заканчивают спуском обсадной колонны до забоя и появлением на устье скважины тампонажного раствора,На, фиг, 2 изображена технологическая схема, реализующая предлагаемый способ крепления скважин при наличии предыдущей колонны 9. Нижнюю часть обсадной колонны 1, которая оснащена башмаком 2 и обратным клапаном 3, спускают до забоя на заливочных трубках 4 длиной .з.т, и осуществляют закачку тампонажного раствора 5. После этого сбрасывают верхнюю продавочную пробку 6 и продавливают тампонажный раствор (фиг.2 а).Продавочная пробка 6 при выходе из заливочных труб сходится с продавочной пробкой 7 и по окончании продавки цементного раствора обе пробки сходятся на стоп- кольцо 8 (фиг. 2 б). После этого немедленно приступают к извлечению заливочных труб 4, После извлечения заливочных труб 4 (фиг, 2 в) обьем участка скважины длиной Ь от башмака обсадной колонны до забоя представляет собой объем заколонного пространства на конечном. этапе цементироеания, когда обсадная колонна полностью спущена до забоя. Далее производят спуск верхней части обсадной. колонны в скважину, наполненную тампонажным раствором на интервале и, При этом длина верхней части обсадной колонны определяется объемом участка скважины длиной Ь. Спуск обсадной колонны в скважину, наполненную тампонажным раствором, обеспечивает равномерное . заполнение тампонажным раствором затрубного пространства скважины между обсадной колонной 1 и стенками скважины и промежуточной колонной 9 (фиг, 2 г), Обратный клапан 3предотвращает попадание тампонэжногораствора в обсадную колонну при спуске еедо забоя. Процесс цементирования заканчивают спуском обсадной колонны до забояи появлением на устье скважины тампонэжного раствора.На фиг. 3 представлена схема, реализующая способ, при наличии промежуточной 10колонны для случая, когда время извлечения эаливочных труб и спуска обсадной ко-.лонны до забоя больше, чем времядостижения допустимой консистенции ЗОП(условие 3 не выполняется), В данном случае 15длина заливочных труб определяется с учетом дополнительной глубины нагружениябашмака обсадной колонны в тампонажныйраствор Ьп. Первоначально опускаетсянижняя часть обсадной колонны на заливочных трубах длиной, определенной по формуле 1 (фиг. За). Далее эакачиваетсярасчетное количество тампонажного раствора (фиг. 4 б). Потом приступают к извлечению заливочных труб, таким образом, 25чтобы башмак обсадной колонны был нижена величийу. Ьи, расчетной высоты столбатампонажного раствора, которую он занимает в скважине при условии отсутствия вней обсадной колонны (фиг. Зв). Расстояние 30п 1 соответствует интервалу спуска обсад,ных труб до того времени, когда тампонажный раствор, достигает предельнойконсистенции,Спуск обсадной колонны в скважину, 35заполненную тампонажным раствором,обеспечивает равномерное заполнениетампонажным раствором затрубного .прЬстранства скважины между обсадной колонной и стенками скважины промежуточной 40колонной (фиг, Зг).На фиг. 4 показана схема, реализующаяпредлагаемый способ крепления для случая, когда время извлечения заливочных .труб и спуска обсадной колонны до забоя 45больше, чем время достижения допустимойконсистенции ЗОП (условия 3 - не выполняется), При этом определяется дополнительная глубина погруЖения башмака обсаднойколонны в тампонэжный раствор Ьп. Первоначально опускается нижняя часть обсадной колонны на заливочных трубах длиной,определенной по формуле 1 (фиг. 4 а). Далеезаканчивается расчетное количество тампонажного раствора (фиг. 4 б). Потом приступают к извлечению заливочных труб, такимобразом, чтобы башмак обсадной колонныбыл ниже на величину Ь и уровня расчетнойвысоты столба тампонэжного раствора, которую он занимает в скважине при условии отсутствия в ней обсадной колонны (фиг. 4 в), Расстояние Соответствует интервалу спуска .обсадных труб до того времени, когда тампонэжный раствор достигнет предельной консистенции. Спуск обсадной колонны в скважину, наполненную тампонажным раствором, .обеспечивает равномерное заполнение тампонажным раствором затрубного пространства скважины (фиг. 4 г),П р и м е р 1. Глубина скважины О.скВ) 900 м; высота подъема тампонажного раствора в заколонном пространстве (Нт,р.) 900 м; диаметр скважины (Оскб) 0,2159 м; коэффициент кавернозности (К) 1,1; время закачки тампонажного раствора ( гзвк) 0,5 ч; время достижения допустимой консистенции (ЗОП) тампонажным раствором, (по лабораторным исследованиям) ( тз 0) 6,25 ч; нормативное. время подъема одной свечи заливочных труб, ч ( т св) 0,05 ч; длина одной свечи заливочных труб, ч (1 св) 24 м; нормативное время одной обсадной трубы ( т ) 0,1 ч; длина одной обсадной трубы (1) 10 м; диаметр Обсадной колонны (б) 0,168 м,Определяют расчетное количество тампонажного раствора для заполнения заколонного пространства скважины на конечной стадии цементирования Ч = - с Оскб) - б1-скв =20 м Л 4 Определяют длину заливочных труб из условия заполнения скважины расчетным объемом тампонажного раствора при отсутствии в ней обсадной колонны. Ь - -- . - 450 4 Чт(кО скВ)Вычисляют время извлечения заливочных труб1 тизв= т - -хсв =0,94 ч .з.т.1 сВОпределяютвремя спуска верхней части обсадной колонны Тсп= -г 1=45 ч . 3. Вл.с Проверяют выполнения условия (3) 6,25 - 0,54,5 + 0,94; 5,755,44, Условие(3) выполнено. Следовательно в формуле (1) Ь й = 0 и принимает длину заливочных труб равной 450 м..Производят спуск нижней части обсадной колонны, длина которой равна разности между глубиной скважины и длиной заливочных труб Ен.ч. = 900 - 450 = 450 м,После спуска скважины 450 м обсадйой колонны ее продолжают спускать до забоя на зэливочных трубах, длина которых равна 450 мОсуществляют закачку расчетного колизчества тампонажного раствора Чт.р. -20 м .,:Извлекают 450 м заливочных труб, приподнимая при этом нижнюю часть обсадныхтруб над забоем. 5Свинчивают .обсадные трубы верхнейсекции с нижней частью обсадной колонныи производят при этом полный спуск обсадной колонны до забоя,П р и м е р 2.Глубина скважины фкв) 101000 м; высота подьема тампонажного раствора в заколонном пространстве (Нт,р,)1000 м; диаметр скважины (ОсВ) 0,2159.мкоэффициент кавернозности (К) 1,1; времязакачки тампонажного раствора ( юмк) 0;5 15ч; время достижения допустимой койсистенции (3 ОП) тампонажнйм раствором (по.лабораторным исследов) ( газо) 6 25 ч; нормативное время подъема одной свечи заливочных труб( хсв) 0,05 ч; длина однойсвечи .20заливочных труб Дв) 24 м; нормативное время спуска одной обсадной трубы ( т ф 0,1 ч;длина одной обсадной трубы (я) 10 и; дйаметр обсадной колонны (б) 0,168 м.Определяют расчетное количество там-. 25понажного раствора для заполнения зако-:лонного. пространства скважины на.конечной стадии цементированияр 4( с")сВ30К 2 2 ., 32. Определяют длину заливочных трубиз условия заполнения скважины расчетным объемом тампонажного раствора при:отсутствии в ней обсадйой колонны(КосВ)23. Вычисляют время извлечения заливочных труб1Т изв . -Т сВ = 1,05 ч .з,т.40ВсВ4. Определяют время спуска верхней,части обсадной колонны.1 В.ч,Тсп, = -г =5,02 ч.5. Проверяют выполнения условия (3)6,25 - 0,55,02. + 1,05; 5,75ба,таким образом условие(3) не выполнено.,поэтому определяют по формуле (8), Ь йГво-"зон - и в. - 32 мГ у6. Окончательно вычисляют по форму. ле (1) длину заливочных труб с учетом дости.жения допустимой консистенции (ЗОП)тампонажным раствором(К О,В) 7. После этого производят спуск нижнейчасти обсадной колонны, длина которойравна разности между глубиной скважины идлиной заливочных труб.Ььч. = ЬВ - 1-з.т. = 530 м,8. После спуска в скважину 530 м обсадной колонны ее продолжают спускать дозабоя на заливочных трубах; длина которыхравна 470 м (пункт 6).9, Производят закачку расчетного количества тампонажного раствора обьемом 22з10. Производят извлечения заливочныхтруб длиной 470 м, при этом нижнюю частьобсадной кОлонны приподнимают над забоем на высоту равной длине заливочных труб.11. После этого осуществляют свинчивание обсадных труб верхней секции обсадной колонны с нижней частью и производятпри этом полный спуск обсадной колонныдо. забоя.П р и м е р 3. Глубина скважины (ЕсВ)1200 м; высота подъемного тампонажногораствора в заколонном пространстве (Нт,р,)1200 м; глубина спуска предыдущей обсадной колонны ( пр) 1000 м; внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны(Овн,пр,) 0,225 м; диаметр. скважины (ОсВ)0,2159 м; коэффициент кавернозности (К)1,1; время закачки тампонажного раствора .(тзвк) 0,5 ч; время достижения допустимойконсистенции (ЗОП) тампонажным раствором (по лабораторным исследованиям) газо6,25 ч; нормативное. время подьема однойсвечи заливочных труб ( тсв) 0,05 ч; длинаодной свечи заливочных труб (%в) 24 м; нормативное время спуска одной обсадной трубы ( Г с.п.) 0,1 ч; длина одной обсадной трубыф) 10 м; диаметр обсадной колонны (б) 0.1681. Определяют расчетное количествотампонажного раствора для заполнения за-.колонного пространства скважины на конечной стадии цементированияЧ = Чт.р, + Ч т,р - (О вн.пр О ) 41 р+Л 2 24- КОскВ - б)(1.сЬ.пр) 22 м .ф 2 з42. Определяют длину заливочных трубиз условия заполнения скважины расчетным обьемом тампонажного раствора приотсутствии в ней обсадной колонныЖ.е + "Р ) азиззт ",О вн.пр (О скВ )3. Вычисляют время извлечения заливочных труб1- з.т,Т извл. =-к -- сб =1,13 ч.сЬ4, Определяют время спуска верхнейчасти обсадной колонны. Ь,ч.г сп, =т 1 = 5,43 ч .5. Проверяют выполнения условия (3)Тзо- Тзаказизе. + Тс.п.6,25 - 0,5 с 1,13 + 5,43;5,75 с 6,56таким образом условие(3) не выполненопоэтому определяют по формуле (8) (ВС30 Заи иэвл , фУт, Р Чт,Рг. . Э в.аР т "Эскв)зо азах- узел.Ф6, Окойчательно вычисляют длину заливочных труб по формуле (2) с учетом достижения допустимой консистенции (ЗОП)тампонажным раствором1.з.т,/ен,по Ж)скв)7. После этого производят спуск нижнейчасти обсадной колонны, длина которойравна разности между глубиной скважиныи длиной заливочных труб1.н.ч. = 1 скб - 1 з.т. = 738.8. После спуска в скважину 738 м обсадной колонны ее продолжают спускать дозабоя на заливочных трубах, длина которыхравна 462 м (пунк 6),9, Производят закачку расчетного количества тампонажного раствора объемом 22м (пункт 1).10, Производят извлечение заливочныхтруб длиной 462 м, при этом нижнюю частьобсадной колонны приподнимают надзабоем на высоту равной длине заливочныхтруб,11, После этого осуществляют свинчивание обсадных труб верхней секции обсадной колонны с нижней частью и производятпри этом полный спуск обсадной колонныдо забоя.П р и м е р 4. Глубина скважины (1 скб)1000 м; высота подъемного тампонажногораствора в заколонном пространстве (Нт,р.)1000 м; диаметр скважины (Оскб) 0,2159 м;время закачки тампонажного раствора.(т ззк) 0,5 ч; диаметр обсадной колонны (б)0,168 м; глубина спуска промежуточной колонны (Нпр) 850 м; время достижения допустимой консистенции тампонажногораствора по данным лабораторных исследований ( газо) 6,25 ч; нормальное время спуска одной обсадной трубы ( т ) 0,1 ч; длинаодной обсадной трубы (6) 10 м; нормативноевремя подъема одной свечи заливочныхтруб ( ю св) 0,05 ч; коэффициент кавернозности К 1,1; внутренний диаметр предыдущейобсадной колонны, м (Опр) 0,225 м,1. Определяют расчетное количествотампонажного раствора для заполнения заколонного пространства скважины на конечной стадии цементирования Ги г 5 т , Й "фскв) с )Рскв Нла)=. 8,2 бм2. Определяют. длину заливочных труб иэ условия заполнения скважины расчетным объемом тампонажного раствора, при отсутствии в ней обсадной колонны,;-( --- ) 450 .10 4 Ч т ЧтО йр ( сО скб )3, Определяют время извлечения заливочных труб из скважины.1 зл. 15 Тизвл, =Тсб =094 чтсб Формула изобретения 1. Способ крепления скважин, включающий спуск заливочных труб на фиксированную глубину, закачку расчетного количества тампонажного раствора, подъем заливочных труб и вытеснение тампонажного раствора в заколонное пространство скважины путем установки обсадной колонны на забой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью сокращения времени на крепления скважин, установку обсадной колонны производят путем спуска нижней части обсадной колонны до забоя на заливочных трубах, длина которых определяется из следующего выражения: где .з.т. - длина заливочных труб, м;Чт.р. - расчетное количество тампонажного раствора для цементирования обсадной колонны из условия заполнения объема кольцевого пространства между цементируемой обсадной колонной и стенкой скважиз, ны,м Оскв - диаметр скважин, м;К - коэффициент кавернозности ствола скважины;ЛЬ - дополнительная глубина погру жения обсадной колонны в тампонажный раствор после его закачки и извлечения заливочных труб, м,закачивают тампонажный раствор че. рез заливочные трубы и нижнюю часть об садной колонны, после чего с одновременным извлечением заливочных труб приподнимают нижнюю часть обсадной колонны с последующим наращиванием последней и спуском ее на конечную глубину,2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й сятем, что, с целью обеспечения цементирования при наличии в скважине предыдущей обсадной колонны, длину заливочных труб увеличивают на величину13 1717794 14 2 Фиг Составитель Н.Чеп Техред М.Моргента Редактор В.Бугренк рректор О.Ципл ж - Подписное комитета по изобретениям и открытиям Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 аказ 861 ВНИИПИ Гос КНТ ССС твенн 1130 Га издательский омбинат "Патент", г. Ужгор П дст,4/ж) ( Ч тр/О еп.дР. )где Ч т,р, - расчетное количество тампонаж-.ного раствора для цементирования обсад- .ной колонны из условия заполнения объема кольцевого пространства между цементируемой обсадной колонной и предыдущей обсадной колонной; м; Овп,пр. - внутреннийз,диаметр предыдущей обсадной колонны, м.