Спосіб манжетного цементування затрубного простору свердловини

Реферат: Спосіб манжетного цементування затрубного простору свердловини включає установлювання на зовнішній поверхні колони пакера з еластичною манжетою, що складається з 4-6 секторів, й захисними пластинами, з перекриттям доступу цементного розчину в підпакерну частину. При цьому суміжні сектори еластичної манжети зміщують відносно один одного до сполучення верхніх крайок секторів на величину, рівну 0,6-0,7 довжини верхньої крайки сектора, і у процесі спуску втримують захисними пластинами. При подачі цементного розчину усередину обсадної колони здійснюється розкриття манжети до сполучення верхніх крайок на величину, рівну 0,30,4 довжини верхньої крайки сектора, для поділу затрубного простору на надпакерну й підпакерну частини. Забезпечується можливість більш надійного перекриття затрубного простору свердловини з різною геометрією її поперечного перерізу, у зонах кавернозності стінок свердловини й при різних кутах нахилу осі свердловини. UA 100106 C2 (12) UA 100106 C2 UA 100106 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до області спорудження свердловин, а саме до способів манжетного цементування затрубного простору обсадної колони, й може бути використаний при спорудженні нафтових, газових, дегазаційних і водозабірних свердловин. Відомий спосіб манжетного цементування затрубного простору свердловини (Справочник инженера по бурению. - Т. 1 /Под ред. Мищевича В.И. и Сидорова И.А. - М.: Недра, 1973. - С. 395-396, рис. XI.2), що включає буріння свердловини до проектної глибини, підготовку обсадної колони до спуску шляхом установлювання усередині її зворотного клапана, що пропускає цементний розчин зверху, й діафрагми, що пропускає рідину знизу, а на зовнішній поверхні вище перфораційних отворів або фільтра - пакера з еластичною манжетою із захисними пластинами, спуск обсадної колони, поділ затрубного простору свердловини еластичною манжетою пакера на підпакерну й надпакерну частини, цементування надпакерної частини затрубного простору й звільнення внутрішнього простору обсадної колони для видачі корисної копалини. При такому способі цементування еластична манжета пакера залишається розкритою в процесі спуску обсадної колони, що приводить до можливого її руйнування в результаті тертя об стінки свердловини. А для пропуску рідини з підпакерної частини передбачений зворотний клапан, який необхідно розбурювати після закінчення цементування, що приводить до додаткових матеріальних витрат. Відомий також спосіб манжетного цементування затрубного простору свердловини (RU 2009311 С1, Е21В 33/132, 15.03.1994), що включає буріння свердловини до зони цементування, спуск у свердловину в зону, що підлягає цементуванню, тампонажного пристрою, заповненого цементним розчином, з пакером, оснащеним еластичною манжетою, цементування затрубного простору свердловини шляхом подачі з поверхні рідини, що створює тиск на цементний розчин, перекриття еластичною манжетою пакера свердловини за рахунок притиснення манжети до стінок свердловини, видавлювання цементного розчину з тампонажного пристрою в затрубний простір вище еластичної манжети пакера, наступний східчастий підйом тампонажного пристрою з одночасним імпульсним нагнітанням тампонажного розчину в свердловину. Недоліком способу є ненадійне перекриття затрубного простору свердловини еластичною манжетою пакера в зашламових або скривлених і кавернозних свердловинах. Це обумовлено тим, що для звільнення еластичної манжети пакера, що забезпечує її розкриття, необхідно здійснити в процесі подачі цементного розчину одночасне переміщення елементів пакера, що втримують еластичну манжету в закритому стані. При можливому заклинюванні шламом або при притисненні до однієї зі стінок скривленої свердловини хоча б одного із цих елементів пакера, звільнення еластичної манжети не представляється можливим і, як наслідок, затрубний простір не перекриється, тобто цементація стає неможливою. Крім того, щільне притиснення еластичної манжети пакера до стінок свердловини, а значить і перекриття її затрубного простору, ускладнено, оскільки еластична манжета притискається до стінок свердловини тільки за рахунок пружних її сил, а не тиском цементного розчину. При наявності в одній зі стінок свердловини зон кавернозності, еластична манжета повинна була б набути форми профілю каверни, а тільки за рахунок пружних сил, які мають незначну величину, виконати це неможливо й цементний розчин буде йти в підпакерну зону, що викликає значні втрати цементного розчину, збільшуючи матеріальні витрати. Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, є спосіб манжетного цементування затрубного простору свердловини, реалізований відомим пристроєм (RU 33973 U1, Е21В 33/13, Е21В 33/134, Е21В 33/136, 20.11.2003), що включає буріння свердловини до проектної глибини, підготовку обсадної колони до спуску шляхом установлювання усередині її зворотного клапана, що пропускає цементний розчин зверху й діафрагми, що не пропускає рідину знизу, а на зовнішній поверхні колони вище перфораційних отворів або фільтра - пакера з еластичною манжетою й захисними пластинами, установлених із зазором щодо зовнішньої поверхні обсадної колони, спуск обсадної колони, подачу цементного розчину усередину обсадної колони, розкриття манжети тиском цементного розчину для поділу затрубного простору на надпакерну й підпакерну частини, цементування надпакерної частини затрубного простору й звільнення внутрішнього простору обсадної колони для видачі корисної копалини. Відомий спосіб не забезпечує досягнення необхідного технічного результату по наступних причинах. Підготовка обсадної колони до спуску з установлюванням корпуса еластичної манжети пакера із зазором приводить до того, що в процесі цементування цементний розчин попадає одночасно в підпакерну частину свердловини через зазор між внутрішньою поверхнею манжети і її корпусом і в затрубний простір між зовнішньою поверхнею манжети й стінками свердловини, 1 UA 100106 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 створюючи практично рівний тиск на внутрішню й зовнішню поверхні манжети, запобігаючи її розкриттю. Крім того при спуску обсадної колони в свердловину верхня частина еластичної манжети, що виконана більше м'якою, не захищена від контакту зі стінками свердловини й може зруйнуватися, виключаючи можливість надійного перекриття свердловини для цементування саме надпакерної частини затрубного простору, особливо в при наявності в стінках свердловини зон кавернозності. Реалізація відомого способу можлива тільки в строго вертикальних свердловинах. У похилих свердловинах після спуску обсадної колони, вона під дією власної ваги притиснеться до однієї зі стінок свердловини, відбудеться заглиблення центруючих виступів пакера в цю стінку свердловини й при подачі цементного розчину пакер з манжетою не опустяться донизу. Таким чином, перекриття зазору між корпусом манжети й обсадною колоною не відбудеться, і цементний розчин буде надходити в свердловину нижче манжети в підпакерну частину, не створюючи тиску на внутрішню частину манжети, що виключить її розкриття, а значить і надійне притиснення її до стінок свердловини, особливо при наявності зон кавернозності в стінках свердловини. При цьому, не представляється можливим здійснити цементацію саме надпакерної частини свердловини, а відхід цементного розчину в підпакерну частину свердловини приводить до значних матеріальних витрат. Крім того, при використанні відомого способу необхідно бурити свердловину збільшеного діаметра, оскільки для закріплення манжети на корпусі за допомогою подвійної різьби потрібно забезпечити збільшений радіальний зазор між обсадною колоною й стінками свердловини, що приводить до підвищення матеріальних витрат. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу манжетного цементування затрубного простору свердловини, у якому за рахунок технологічних особливостей забезпечується можливість більш надійного перекриття затрубного простору свердловини еластичною манжетою пакера при цементуванні надпакерної частини свердловини з різною геометрією її поперечного перерізу, у зонах кавернозності стінок свердловини й при різних кутах нахилу осі свердловини, що приводить до скорочення втрат цементного розчину, забезпечуючи зниження матеріальних і енергетичних витрат при скороченні строку уведення свердловини в експлуатацію. Поставлена задача вирішується тим, що в способі манжетного цементування затрубного простору свердловини, що включає буріння свердловини до проектної глибини, підготовку обсадної колони до спуску шляхом установлювання на зовнішній поверхні колони вище перфораційних отворів або фільтра пакера з еластичною манжетою й захисними пластинами, спуск обсадної колони, подачу цементного розчину усередину обсадної колони, розкриття манжети тиском цементного розчину для поділу затрубного простору на надпакерну й підпакерну частини, цементування надпакерної частини затрубного простору й звільнення внутрішнього простору обсадної колони для видачі корисної копалини, згідно з винаходом, пакер з еластичною манжетою, що складається з 4-6 секторів, установлюють на зовнішню поверхню обсадної колони з перекриттям доступу цементного розчину в підпакерну частину, при цьому суміжні сектори еластичної манжети зміщають відносно один одного до сполучення верхніх крайок секторів на величину, рівну 0,6-0,7 довжини верхньої крайки сектора, у процесі спуску обсадної колони сектори еластичної манжети втримують захисними пластинами по всій її довжині у вихідному положенні, а розкриття манжети ведуть до сполучення верхніх крайок на величину, рівну 0,3-0,4 довжини верхньої крайки сектора. Суть пропонованого способу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показана схема розміщення пакера в свердловині до початку цементування; на фіг. 2 - схема розміщення пакера в свердловині в процесі цементування затрубного простору надпакерної частини свердловини; на фіг. 3 - поперечний розріз свердловини після розкриття еластичної манжети пакера. На кресленнях показані: свердловина 1; обсадна колона 2; верхній обмежник 3; зворотний клапан 4; захисні пластини 5; сектори 6 еластичної манжети пакера; пробка 7; ущільнення 8; нижній обмежник 9; перфораційні отвори 10 обсадної колони; рідина 11; цементний розчин 12; надпакерна частина 13 затрубного простору; канал 14 для проходу цементного розчину; підпакерна частина 15 затрубного простору. Спосіб здійснюють так. Виконують буріння свердловини 1 будь-яким способом до проектної глибини. Потім здійснюють підготовку обсадної колони 2 до спуску в свердловину 1. Для цього на зовнішню поверхню обсадної колони 2 вище перфораційних отворів 10 установлюють пакер з 2 UA 100106 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 еластичною манжетою, що складається з 4-6 секторів і захисних пластин 5, забезпечуючи перекриття доступу цементного розчину в підпакерну частину 15. Суміжні сектори 6 еластичної манжети зміщають відносно один одного до сполучення верхніх крайок секторів на величину, рівну 0,6-0,7 довжини верхньої крайки сектора. Це дозволяє секторам 6 щільно охопити обсадну колону, що забезпечує максимальне збільшення зазору між зовнішньою поверхнею пакера й стінками свердловини 1 для проходу рідини 11 у процесі спуску колони 2. Потім здійснюють спуск обсадної колони 2 у свердловину 1, у процесі якого ізолюють сектори 6 еластичної манжети пакера від взаємодії зі стінками свердловини 1. Для цього сектори 6 утримують у вихідному положенні по всій довжині еластичної манжети захисними пластинами 5, виконаними із пружинної сталі, які щільно притиснуті до зовнішньої поверхні обсадної колони 2 і їхня зовнішня поверхня по всій довжині ізольована від контакту зі стінками свердловини 1. Це запобігає їхньому ушкодженню при спуску в свердловину й тому є можливість у процесі цементації надійно перекрити свердловину, особливо при наявності кавернозних зон у стінках свердловини. Причому кількість захисних пластин 5 повинна у вихідному положенні забезпечити перекриття секторів 6 манжети по всьому їхньому периметру й довжині. У процесі спуску колони 2 можливо її підклинювання бічними породами, тому спуск колони виконують із періодичним її ходінням, при цьому пакер утримують від поздовжнього переміщення для запобігання ушкодженню секторів 6 еластичної манжети. Для обмеження поздовжнього переміщення пакера при ходінні колони 2 на її зовнішній поверхні встановлюють верхній і нижній обмежники 3 і 9. Крім того, для виключення ушкодження верхніх кінців секторів 6 манжети пакера стінками свердловини 1 при ходінні колони 2 у процесі її спуску верхні торці захисних пластин 5 виконують вигнутими у бік зовнішньої поверхні колони 2, що не дозволяє секторам 6 манжети пакера виходити за межі верхніх торців захисних пластин 5. У процесі спуску колона 2, діючи як поршень на рідину 11, що перебуває в свердловині, видавлює її зі свердловини в затрубний простір через зазор між зовнішньою поверхнею пакера й стінками свердловини 1. Після спуску колони 2 приступають до цементування затрубного простору свердловини 1. Для цього з поверхні усередину обсадної колони 2 насосом високого тиску здійснюють подачу цементного розчину 12, який, витікаючи із внутрішньої порожнини обсадної колони по каналу 14, надходить у внутрішню порожнину, утворену секторами 6 манжети пакера, де змінює напрямок і надходить тільки нагору, тобто в надпакерну частину 13. Доступ цементного розчину 12 у підпакерну частину 15 через нижню частину секторів 6 манжети пакера виключається ущільненням 8, цементування затрубного простору здійснюють тільки в надпакерній зоні. Цементний розчин, впливаючи на внутрішню поверхню секторів 6 еластичної манжети пакера, відхиляє їх разом із захисними пластинами 5 у бік стінок свердловини 1, тобто здійснюється розкриття секторів 6 манжети пакера, а значить поділ затрубного простору на надпакерну й підпакерну частини 13 і 15. Причому розкриття секторів ведуть до сполучення їхніх верхніх крайок на величину, рівну 0,3-0,4 довжини верхньої крайки сектора, що виключає проникнення цементного розчину 12 в підпакерну частину 15, а отже його втрату через сектори 6 манжети пакера. При розкритті секторів 6 манжети верхні торці захисних пластин 5, утримуючи сектори 6, відхиляються незалежно одна від одної, впираючись у стінки свердловини. Причому величина відхилення кожної окремої пластини 5 залежить від відстані від її верхнього торця до стінки свердловини. Незалежне відхилення пластин 5 дозволяє надійно перекрити стінки свердловини незалежно від профілю її перерізу й при притисненні колони під дією власної ваги до однієї зі стінок у похилих свердловинах. При повністю розкритих секторах захисні пластини 5 утримують сектори 6 від прогину при впливі на них тиску цементного розчину, тому доцільно, щоб їхня кількість перевищувала кількість секторів в 3-4 рази. Це забезпечує надійне перекриття стовбура свердловини незалежно від форми її перерізу, набутої в процесі буріння або у випадку виникнення зон кавернозності в стінках свердловини, а також від нахилу осі свердловини. У процесі цементування пробка 7 перешкоджає проникненню цементного розчину 13 у зону перфораційних отворів 10 колони 2, а зворотний клапан 4 виключає вихід цементного розчину 12 з надпакерної частини 13 затрубного простору у внутрішню порожнину колони 2 під дією ваги стовпа цементного розчину 12 у надпакерній частині 13. Після затвердіння цементного розчину 12, внутрішній простір обсадної колони 2 очищають для безперешкодного проходу усередину колони 2 корисної копалини, що добувається. 3 UA 100106 C2 5 Таким чином використання винаходу забезпечує можливість більш надійного перекриття затрубного простору свердловини еластичною манжетою пакера при цементуванні надпакерної частини свердловини з різною геометрією її поперечного перерізу, у зонах кавернозності стінок свердловини й при різних кутах нахилу осі свердловини, що приводить до скорочення втрат цементного розчину, забезпечуючи зниження матеріальних і енергетичних витрат при скороченні строку уведення свердловини в експлуатацію. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 Спосіб манжетного цементування затрубного простору свердловини, що включає буріння свердловини до проектної глибини, підготовку обсадної колони до спуску шляхом установлювання на зовнішній поверхні колони вище перфораційних отворів або фільтра пакера з еластичною манжетою й захисними пластинами, спуск обсадної колони, подачу цементного розчину усередину обсадної колони, розкриття манжети тиском цементного розчину для поділу затрубного простору на надпакерну й підпакерну частини, цементування надпакерної частини затрубного простору й звільнення внутрішнього простору обсадної колони для видачі корисної копалини, який відрізняється тим, що пакер з еластичною манжетою, що складається з 4-6 секторів, установлюють на зовнішню поверхню обсадної колони з перекриттям доступу цементного розчину в підпакерну частину, при цьому суміжні сектори еластичної манжети зміщають відносно один одного до сполучення верхніх крайок секторів на величину, рівну 0,60,7 довжини верхньої крайки сектора, у процесі спуску обсадної колони сектори еластичної манжети втримують захисними пластинами по всій її довжині у вихідному положенні, а розкриття манжети ведуть до сполучення верхніх крайок на величину, рівну 0,3-0,4 довжини верхньої крайки сектора. 4 UA 100106 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5