Спосіб кріплення свердловини

Способ крепления скважины путем спуска в нее обсадной колонны, закачки в затрубное пространство цементного раствора, создания в об 28286 a - коэффициент линейного расширения, °С-1; Е - модель Юнга материала обсадных труб, Пa; F - площадь поперечного сечения труб, м 2. Учитывая, что изменение осевых усилий, приложенных к нижней части обсадной колонны, происходит в период ОЗЦ, т. е. когда формируется цементный камень, то это приводит к разрушению образующегося камня и ухудшению качества цементирования обсадной колонны. Названные недостатки обусловлены подвижностью нижнего конца обсадной колонны за счет изменения осевых усилий, приложенных к нему в период ОЗЦ. Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известного способа крепления скважины путем обеспечения неподвижности нижнего конца обсадной колонны в период OЗЦ за счет приложения растягивающей нагрузки к нижнему концу обсадной колонны, компенсирующей возникающие сжимающие нагрузки в этот период. Такая задача решается за счет того, что в известном способе крепления скважины путем спуска в нее обсадной колонны, закачки в затрубное пространство цементного раствора, создания в обсадной колонне избыточного давления и ожидания затвердевания цементного раствора (ОЗЦ), после посадки разделительной пробки на упорное кольцо и получения давления-стоп избыточное давление в обсадной колонне снижают до величины не меньше разности гидростатических давлений на забое скважины столбов цементного раствора и продавочной жидкости, и под избыточным давлением выдерживают период не меньше времени начала схватывания, но не более 2/3 периода схватывания цементного раствора. Такой способ крепления скважины обеспечивает неподвижность нижнего конца обсадной колонны весь период ОЗЦ, предотвращает возможность его движений весь период формирования цементного камня. А это сохраняет монолитность цементного кольца в затрубном пространстве, что является основой качественного крепления скважины. В основу способа положены следующие моменты: 1. После окончания цементирования обсадной колонны и закрытия обратного клапана, установленного в ее нижней части, обсадная колонна (в т. ч. и ее нижняя часть) превращается в закрытый сосуд, работающий под давлением. Естественно, что на стенки такого сосуда, в том числе и в торец нижней части обсадной колонны воздействует избыточное давление, равное разнице гидростатических давлений столбов жидкости, находящи хся внутри ее и снаружи, что можно записать в виде формулы: DР=0,1´Н´(gц -gпр. ж.), gпр. ж. - удельный вес продавочной жидкости, г/см 3. В зависимости от направления воздействия этого давления (на торец обсадной колонны) появляется или сжимающее или растягивающее усилие в ее нижней части. Общая величина этого усилия подсчитывается по следующей формуле: Qсж (раст)=DР×S, (5) где: S - площадь поперечного сечения канала обсадной колонны. Площадью воздействия этого давления является только свободное сечение ее. 2. Относительно выбора времени выдержки обсадной колонны под избыточным давлением руководствуемся особенностями цементного раствора в период его схватывания (при ОЗЦ). До начала схватывания цементного раствора в нем отсутствует свой "каркас". При сбрасывании давления в этот период сжимающее усилие, воздействующее на нижний конец обсадной колонны, изогнет ее. В результате не будет достигнут полезный эффект от этого мероприятия, при снижении избыточного давления в период схва тывания (т. е. после наступления начала схва тывания) сжимающее усилие на колонну еще продолжает действовать. Однако возможность подвижек нижнего конца уже исключена. Это объясняется следующим. В цементном растворе в этот период уже есть свой "каркас", который за счет сил сцепления с наружной поверхностью обсадных труб прочно удерживает обсадную колонну на месте неподвижно. Но так как в цементном растворе в этот момент еще есть жидкая фаза, то она заполнит кольцевой канал, образующийся после сбрасывания давления между эксплуатационной колонной и цементным кольцом. Экспериментально установлено, что по прошествии 2/3 периода схватывания в цементном растворе жидкой фазы остается незначительное количество, которого может не хва тить для заполнения кольцевого канала. Способ крепления скважины осуществляют следующим образом. С учетом данных по креплению скважины: глубина спуска и цементирования обсадной колонны, удельные веса цементного раствора и продавочной жидкости, температуры возможного прогрева цементного раствора на начало его схва тывания производят следующие расчеты: 1. Определяют перепад давлений от столбов цементного раствора и продавочной жидкости по формуле (4). 2. Определяют растягивающую нагр узку от температурного воздействия по формуле (3). 3. Растягивающую нагрузку в период схватывания цементного раствора за счет разницы давлений от столбов продавочной жидкости и жидкости затворения по формуле (2). 4. Растягивающую нагрузку от избыточного внутреннего давления по формуле (5). Эта нагрузка должна удовлетворять следующему условию: (4) где: DР - избыточное давление, воздействующее в нижний торец обсадной колонны, кгс/см 2; Н - глубина спуска и цементирования обсадной колонны, м; gц - удельный вес цементного раствора, г/см 3; 2 28286 4. Растягивающую нагр узку Q раст от избыточного внутреннего давления, определенного по формуле (4), определяем по формуле (5): Qраст ³ Qt +Qp = Dt × a× E × F + (6) p + 0,1× × d2 × (g пр. ж. + gв ) × Н. 4 Qраст=DP´S=0,1´0,785´12,62´(1,83-1,2)=15700 кгс. Если это неравенство не удовлетворяется, то избыточное давление следует несколько увеличить. Таких случаев в практике может быть крайне мало. Например, при температурных аномалиях (бурение в районе наличия гейзеров и т. д.). Сделав названные расчеты, в скважину спускают обсадную колонну и производят ее цементирование. После посадки разделительной пробки на упорное кольцо и получения давления-стоп избыточное давление снижают до величины не меньше разности гидростатических давлений столбов цементного раствора и продувочной жидкости DР в соответствии с формулами (4) и (6), и под избыточным давлением выдерживают период не меньше начала схватывания, но не больше 2/3 периода схватывания цементного раствора. Пример. Способ применяют при строительстве газовой скважины 2000 м. Данные по скважине: глубина спуска и цементирования эксплуатационной колонны Æ 146 мм 2000 м. Продавочная жидкость - глинистый раствор удельного веса 1,2 г/см 3. Цементирование производится чистым портланд-цементом. Цементный раствор удельного веса 1,83 г/см 3, начало схва тывания 1 час 40 минут, конец схватывания - 2 часа 30 минут. Толщина стенки обсадных труб - 10 мм. Обсадная колонна оборудуется обратным клапаном. До начала спуска обсадной колонны производим необходимые расчеты. 1. Перепад давлений от столбов цементного раствора и продавочной жидкости определяем в соответствии с формулой (4): Проверим выполнение условия (6). Qраст=Q+Qр. После подстановки получим Qраст=15700 кгс. Q+Qр=10760+4984=15744 кгс. Таким образом, названное выше условие не выполняется. Следует увеличить избыточное давление, например, на 10 кгс/см 2. Определим изменение величины нагрузки растяжения Qраст. После подстановки в формулу (5) получим Qраст=136´124,6=16945 кгс, что больше Q+Qр= 15744 кгс. После выбора величины избыточного давления, под которым будет выдерживаться обсадная колонна в период ОЗЦ определяемся со временем такой выдержки. 1. Определение времени выдержки под избыточным давлением. Это время определяем по следующей формуле (7): (7) Т=Тн. с хв.+2/3×(Тк. с хв.–Тн. с хв. где: Т - общее время выдержки под избыточным давлением, начиная от начала затворения цемента; Тн. с хв. - время начала схва тывания цементного раствора; Тк. схв. - время конца схватывания цементного раствора. Подставив все данные в формулу (7), получим 1 час 40 минут+2/3×(2 часа 30 минут-1 час 40 минут)=2 часа 13 минут. Учитывая возможность отклонений показателей цементного раствора от попадания в него продавочной жидкости и пр., принимаем Т=2 часа. После выполнения названных расчетов в скважину опустили и зацементировали эксплуатационную колонну, давление-стоп получили при 180 кгс/см 2. Давление снизили до 136 кгс/см 2 и это давление поддерживали 2 часа от момента затворения. Учитывая, что от затворения цемента прошло до получения давления-стоп 1 час 29 минут, то под избыточным давлением выдерживали всего 2 часа-1 час 29 минут=31 минута. В этот же период произвели опрессовку эксплуатационной колонны на давление 220 кгс/см 2. После выдержки эксплуатационной колонны под давлением в течение двух часов давление стравили до "нуля", оборудовали устье скважины. С помощью пакера произвели опрессовку установленного на устье оборудования и скважину ввели в эксплуатацию. Достоинства предложенного способа: 1. Предотвращается нагиб нижнего конца обсадной колонны и возможность его подвижек в процессе ОЗЦ. Это повышает качество крепления скважины в ее нижней части. Для эксплуатационной колонны это - наиболее ответственный участок (здесь находятся продуктивные отложения). DР=0,1´Н´(gц -gпр. ж.)=0,1´2000´0,63=126 кгс/см 2. 2. Растягивающая нагрузка от температурного воздействия на обсадную колонну во время ОЗЦ определяется по формуле (3). Предварительно определим площадь поперечного сечения обсадной колонны. S=0,785´(д2-d2)=0,785´(14,62-12,62)=42,7 cм 2. В соответствии с практическими данными повышение температуры нагрева нижней части обсадной колонны не превысит 10°С. Подставив все данные в формулу (3), получим: Qt=Dt×a×E×F=10×12×10-6×2,1×106×42,7=10760 кгс. 3. Растягивающую нагрузку Q p в период схватывания от изменения характера воздействия жидкой фазы цементного образования определяем по формуле (2): ( ) p 2 × d × H × g пр . ж . - g в = 4 =0,1×0,785×12.62×2000×(1,2-1)=4984 кгс. Q р = 0 ,1 × 3 28286 2. Простота способа. Для его осуществления не требуется ни дополнительной техники, ни времени. Все делается в период ОЗЦ. 3. Способ позволяет сократить время ОЗЦ. Так, в примере ОЗЦ равно 2 часа 30 минут. По предлагаемому способу ОЗЦ равно 2 часам и после этого можно проводить другие работы: оборудование устья и т. д. Способ принят для внедрения в нефтегазоразведочных экспедициях предприятия "Полтаванефтегазгеология". __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4