способ восстановления герметичности заколонного пространства
Классы МПК: | E21B33/13 способы или устройства для цементирования щелей или подбурочных скважин, трещин или тп |
Автор(ы): | Колотов А.В., Огороднова А.Б. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество открытого типа "Сибирский научно- исследовательский институт нефтяной промышленности" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-12-01 публикация патента:
10.04.1998 |
Использование: при ремонтно-изоляционных работах. Обеспечивает повышение эффективноси способа. Сущность изобретения: по способу осуществляют увеличение диаметра колонны в интервале изоляции. Диаметр колонны увеличивают за счет увеличивающейся в объеме при твердении невзрывчатой разрушающей смеси (НРС). Ее закачивают в колонну и создают мост в интервале изоляции. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Способ восстановления герметичности заколонного пространства путем увеличения диаметра колонны в интервале изоляции, отличающийся тем, что диаметр колонны увеличивают за счет увеличивающейся в обойме при твердении невзрывчатой разрушающей смеси (НРС), которую закачивают в колонну, и создают мост в интервале изоляции. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве НРС используют смесь известковую для горных и буровых работ (СИГБ).Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к ремонтно-изоляционным работам (РИР), а именно к способам восстановления герметичности заколонного пространства. Известен способ восстановления герметичности заколонного пространства путем создания избыточного давления внутри обсадной колонны по отношению к заколонному пространству (нагнетание жидкости или взрыванием заряда). Происходит надувание обсадной колонны и ликвидации зазора между колонной и цементным камнем [1]. Недостатки аналога заключаются в том, что, во-первых, создание избыточного давления путем нагнетания жидкости вызывает разрушение колонны не только в интервале, в котором в кольцевом пространстве имеется цемент, но и в интервалах, где цемента нет. Это опасно для целостности обсадной колонны. Во-вторых, взрывание заряда процесс малоконтролируемый, что может привести к нарушению колонны и цементного камня. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ устранения заколонных перетоков путем увеличения диаметра колонны за пределы упругих деформаций в интервале изоляции [2]. Увеличение диаметра колонны производят путем гидравлического воздействия на колонну на участке изоляции. Недостаток известного способа заключается в большой трудоемкости работ за счет необходимости применения паркетного оборудования, которое, как правило, не отличается высокой надежностью. Задача заключается в повышении эффективности ремонтно-изоляционных работ и в снижении трудозатрат. Поставленная задача достигается тем, что в способе восстановления герметичности заколонного пространства путем увеличения диаметра колонны в интервале изоляции диаметр колонны увеличивают за счет увеличивающейся в объеме при твердении невзрывчатой разрушающей смеси (НРС) [3], которую закачивают в колонну и создают мост в интервале изоляции. При этом в качестве НРС используют смесь известковую для горных и буровых работ (СИГБ). Успешность ремонтно-изоляционных работ по исправлению негерметичности цементного кольца не превышает 50%. Это объясняется тем, что применяемые изоляционные материалы (в основном цементный раствор и растворы смол) обладают общим недостатком - усадочностью. В процессе эксплуатации скважины герметичность заколонного пространства снижается. Это происходит под воздействием нагрузок на обсадную колонну и цементный камень. Например, установлено, что при снижении давления в скважине прочность сцепления цементного камня с колонной уменьшается. Все виды перфорации также приводят к ухудшению состояния цементного кольца. В то же время, замечено, что непосредственно в интервалах перфорации сцепление /контакт/ цементного камня с колонной улучшается. Последний факт объясняют увеличением силы прижатия колонны к цементу в результате ее деформации. После опрессовки обсадной колонны также, как правило, наблюдается нарушение ее контакта с цементом. При этом наибольшие нарушения контакта отмечены в интервалах пластов с высокой проницаемостью и кавернам. В пластах с подвешенной водой нарушения контакта после опрессовки чаще всего отмечаются в зоне водонефтяного контакта /ВНК/[1]. Оценим расчетами пропускную способность для подошвенной воды кольцевого микрозазора между обсадной колонной и цементным камнем. Формулу Дарси-Вейсбаха можно написать следующим образом [4].где - D-внутренний диаметр цементного кольца, м;
d-внешний диаметр обсадной колонны, м;
p-переппад давления, Па;
-коэффициент гидравлических сопротивлений;
H-длина микрозазора, м;
Q-расход воды, м3/сут
Введем обозначения D-d= ; P/H = grad P,
где - зазор между колонной и цементным камнем, м;
grad P -градиент давления, Па/м. Тогда формула /1/ будет иметь вид:
Для определения коэффициента гидравлических сопротивлений необходимо вычислить критерий Рейнольдса
где - кинематическая вязкость воды / при 70oC. = 0,510-6 v2/c). При турбулентном режиме коэффициент сопротивления определяют по формуле:
Зададимся числовыми значениями: = 0,510-6м2/с; d = 0,168 м; = 0,1 мм = 10-4 м; grad P = 4106 Па/м. Система уравнений /2-4/ решается методом подбора. Таким образом, через зазор 0,1 м при градиенте давления 4 МПа/м к интервалу перфорации может поступать около 22 м3 воды в сутки. Повышение давления в обсадной колонне приводит к увеличению ее диаметра. Расчеты показывают на сколько нужно повысить давление в колонне, чтобы ее внешний радиус увеличился на 0,1 мм для перекрытия микрозазора. Формула для радиальных перемещений наружной стенки трубы по задаче Ляме имеет вид /5/
-коэффициент Пуассона, = 0,25;
E -модуль упругости для стали, E = 2.1.105МПа;
P1 -внутреннее давление, МПа;
P2 -внешнее давление, МПа;
r1 -внутренний радиус трубы, м;
r2 -внешний радиус трубы, м, r2=d/r. Пусть P1 = P2+Pизб или P1-P2=Pизб. где
Pизб = избыточное давление в колонне по сравнению с наружным давлением. Тогда формула /5/ будет выглядеть
отсюда
При = 10-4м; P2 = 20 МПа; r1 = 0,075 м; r2 = 0,084 м.
pизб. = 33,7 МПа. Расчеты показывают, что если между обсадной колонной и цементным кольцом существует зазор величиной 0,1 мм, то достаточно в колонне создать давление 33,7 МПа и зазор будет перекрыт за счет увеличения внешнего диаметра колонны. Такое давление и даже большее можно создать путем размещения в колонне моста из невзрывчатой разрушающей смеси /НРС/ и в частности смеси известковой для горных и боровых работ /СИГБ/ [6]. НРС применяют, главным образом при разрушении прочных хрупких материалов (скальные породы), бетонных и железобетонных изделий, каменных кладок, для добычи природного камня. НРС чаще всего представляют собой порошкообразные негорючие и невзрывоопасные материалы, дающие с водой щелочную реакцию (pH=12). При смешивании порошка НРС с водой образуется суспензия (рабочая смесь), которая, будучи залитая в шпур, сделанный в объекте, подлежащем разрушению, с течением времени схватывается, твердеет, одновременно увеличиваясь в объеме. Увеличение объема - следствие гидратации компонентов, входящих в состав НРС, приводит к развитию в шпуре гидратационного давления (более 40 МПа). Под действием гидратационного давления в теле объекта развиваются напряжения, приводящие к его разрушению [7]. Предлагаемый способ изоляции заколонного пространства осуществляют следующим образом. В скважину спускают колонну НКТ с таким расчетом, чтобы нижний конец находился на 10-20 м ниже интервала перфорации продуктивного пласта. Возбуждают циркуляцию и промывают скважину водой, охлажденной до 0-10oC. Затворяют НРС на воде с температурой 0-10oC. При открытом затрубном пространстве в НКТ закачивают суспензию НРС в объеме, необходимом для заполнения обсадной колонны в интервале 10-20 м. Продавливают суспензию НРС до выравнивания ее уровней в НКТ в затрубном пространстве. Приподнимают НКТ до глубины расположения нижних перфорационных отверстий и при необходимости промывают скважину, вымывая избыточный объем НРС. Поднимают НКТ выше интервала перфорации, герметизируют затрубное пространство на время, необходимое для расширения и отверждения НРС. Осваивают скважину. Преимуществом предлагаемого способа является то, что перекрытие каналов для поступления воды к интервалу перфорации происходит не за счет гидравлического воздействия на колонну, а за счет создания в обсадной колонне моста из расширяющегося материала. Это, во-первых, снимает необходимость установки пакера; во-вторых, уменьшает временные затраты на проведение РИР.
Класс E21B33/13 способы или устройства для цементирования щелей или подбурочных скважин, трещин или тп