устройство для ступенчатого цементирования скважины

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИНЫ, включающее корпус с боковыми цементировочными отверстиями, кожух, установленный снаружи корпуса и образующий с последним против боковых цементировочных отверстий полость, и клапан с шаровым запорным элементом, помещенный между корпусом и кожухом, отличающееся тем, что клапан размещен в средней части полости и образует с корпусом и кожухом верхнюю камеру, сообщенную с внешним пространством, и нижнюю камеру, сообщенную с полостью корпуса, а его шаровой запорный элемент размещен в нижней камере и выполнен из упругодеформируемого материала с возможностью его продавливания в верхнюю камеру при давлении P = P₁ + (10 - 15), где P₁ - давление окончания цементирования первой ступени, МПа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для ступенчатого цементирования скважин, когда продуктивные горизонты представлены трещиноватыми или высокопроницаемыми коллекторами.

Известно устройство для ступенчатого цементирования скважины [1], содержащее корпус с цементировочными отверстиями и перекрывающими их элементами до и после цементирования.

Недостаток указанного устройства - сложность конструкции. Перекрывающий цементировочные отверстия после завершения ступенчатого цементирования механизм содержит две подвижные втулки, уплотнительные элементы, упорные и срезные штифты, пружинное кольцо, переводник, пружинный кольцевой фиксатор и т.д.

Известно устройство для ступенчатого цементирования скважины [2]. Оно содержит корпус с боковыми цементировочными отверстиями, кожух, установленный снаружи корпуса и образующий с последним против боковых цементировочных отверстий полость и клапан с шаровым запорным элементом, помещенный между корпусом и кожухом. Устройство наиболее близко по технической сущности к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Недостатком этого устройства является то, что клапанное устройство, помещенное между корпусом и кожухом, не позволяет прямое цементирование, как при цементировании первой ступени. Закачка второй порции цементного раствора по затрубью из-за большого трения цементного раствора о породу и гидросопротивления в клапанном устройстве создает дополнительное давление на поглощающие пласты вплоть до гидроразрыва пластов, что создает опасность ухода цементного раствора в поглощающие пласты. Отсюда большие затраты цементного раствора и низкое качество цементирования обсадной колонны, а также возможны и осложнения. Таким образом, попытка разгрузки продуктивного горизонта от веса столба цементного раствора II ступени делается в ущерб качества цементирования I ступени обсадной колонны.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей устройства, позволяющее предотвратить попадание фильтрата цементного раствора в коллектор продуктивного пласта, а также частично цементного раствора в наиболее проницаемые участки пласта и трещины.

Поставленная цель достигается устройством, включающим корпус с боковыми цементировочными отверстиями, кожух, установленный снаружи корпуса и образующий с последним против боковых цементировочных отверстий полость и клапан с шаровым запорным элементом, помещенный между корпусом и кожухом. Новым является то, что клапан помещен в средней части полости и образует с корпусом и кожухом верхнюю камеру, сообщенную с внешним пространством, и нижнюю камеру, сообщенную с полостью корпуса. Шаровой запорный элемент помещен в нижнюю камеру и выполнен из упругодеформируемого материала с возможностью его продавливания в верхнюю камеру при давлении, определяемом из выражения Р= Р₁+(10-15), где Р₁ - давление окончания цементирования первой ступени, МПа.

На фиг. 1 изображена скважина со спущенной обсадной колонной с устройством для ступенчатого цементирования после закачки первой порции цементного раствора; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 (устройство для ступенчатого цементирования скважины, разрез); на фиг. 3 - то же, после закачки через цементировочные отверстия цементного раствора второй порции; на фиг. 4 - скважина после завершения цементировочных работ обсадной колонны, разрез.

Устройство включает трубчатый корпус 1 с цементировочными боковыми отверстиями 2. Напротив отверстий с наружной стороны корпуса на сварке смонтирован кожух 3, образующий с ним полость против отверстий 2. В средней части полости между корпусом 1 и кожухом 3 помещен клапан с верхним 4 и нижним 5 седлами под шаровой запорный элемент 6 клапана и образует с корпусом 1 и кожухом верхнюю 7 и нижнюю 8 камеры. Верхняя камера 7 сообщена с внешним пространством через отверстие 9, выполненное в стенке кожуха 3. Нижняя камера 8 сообщена с полостью корпуса через цементировочные отверстия 2. Шаровой запорный элемент 6 помещен в нижней камере 8 и выполнен из упругодеформируемого материала с возможностью его продавливания в верхнюю камеру при давлении, определяемом из выражения Р=Р₁+(10-15), где Р₁ - давление окончания цементирования первой ступени, МПа. Ход запорного элемента 6 в камерах вверх и вниз ограничивается верхней 10 и нижней 11 сетками.

Устройство работает следующим образом. Его спускают в скважину 12 в составе обсадной колонны 13, присоединенной к ней с помощью муфт 14 и 15 так, чтобы корпус 1 устройства с боковыми цементировочными отверстиями 2 оказались на 2-3 м выше кровли продуктивного пласта 16. Низ обсадной колонны снабжен цементировочным клапаном 17 типа "ЦКОД". Затем по прямой системе циркуляции, т.е. закачиванием в полость обсадной колонны 13 цементировочными агрегатами первой порцией цементного раствора 18, заполняют затрубное пространство (фиг. 1) в интервале от башмака обсадной колонны до кровли продуктивного пласта. Продавку цементного раствора осуществляют с помощью разделительной пробки 19. Запорный элемент 6 клапана в камере занимает положение, изображенное на фиг. 2, закрывающее путь проходу цементного раствора через проходной канал 20 клапана, и в этом положении остается до тех пор, пока продавочная пробка 21 не сядет на цементировочный клапан 17 башмака обсадной колонны и давление не поднимется внутри колонны труб до 120-150 атм.

Небольшой объем цементного раствора, находящийся в интервале продуктивного пласта, не оказывает отрицательного влияния на коллекторские свойства продуктивного пласта, поскольку давление, оказываемое им на пласт, незначительно, что исключает попадание туда цементного раствора и фильтрата вглубь пласта.

Посадка продавочной пробки 21 на седло клапана 17 регистрируется манометром на устье скважины повышением давления. Не снижая процесса нагнетания продавочной жидкости во внутритрубном пространстве до 100-150 атм, при котором шар 6, деформируясь, через проходной канал 20 клапана проходит из нижней камеры 7 в верхнюю камеру 8 и задерживается сеткой 10, открывается доступ продавочной жидкости в затрубное пространство через цементировочные отверстия 2 и клапан камеры 8. Далее осуществляют промывку заколонного пространства от излишней части цементного раствора через клапанные устройства камеры, созданием круговой циркуляции продавочной жидкости, после чего скважину оставляют в покое до затвердевания цемента (ОЗЦ) первой порции. На этом цементирование первой ступени скважины завершается. По окончании ОЗЦ приступают к цементированию второй ступени скважины также по прямой системе циркуляции во избежание осложнений при цементировании (уход цементного раствора в пласт, гидроразрыв пласта и т.д.). Цементирование осуществляют аналогично цементированию первой ступени с использованием цементировочных агрегатов. Объем закачиваемой второй порции цементного раствора берут из расчета, чтобы он заполнял затрубное пространство оставшейся незацементированной части скважины до устья. Цементный раствор из полости обсадной колонны через цементировочные отверстия 2 попадает в нижнюю камеру 8 и далее через сетку 10, отверстие 9 верхней камеры в затрубное пространство. После закачки необходимого расчетного объема цементного раствора (с учетом оставления в стволе высотой 10-15 м его продавливают с использованием продавочной жидкости (например, глинистого раствора). После окончания процесса продавки давление сбрасывают, при этом запорный элемент 6 под действием собственного веса и давления столба цементного раствора спускается вниз и садится в верхнее седло 4, перекрывая путь проходу цементного раствора обратно в скважину (фиг. 3), обеспечивая герметичность. При этом он не может проталкиваться через проходной канал 20 клапана в нижнюю камеру 8 из-за недостаточного усилия давления со стороны затрубного пространства столба цементного раствора, поскольку большая часть его гасится противодавлением, оказываемым столбом продавочной жидкости со стороны внутритрубного пространства, тогда как условиям его проталкиваемости является давление, составляющее примерно 10,0-15,0 МПа.

Далее скважину оставляют в покое с оставлением излишнего цементного раствора внутри колонны для образования цементной пробки напротив цементировочных отверстий 2 с последующим разбуриванием его после ОЗЦ либо спускают с скважину (до цементирования второй ступени) колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 22 и промывают излишний цементный раствор. После ОЗЦ поднимают колонну НКТ и осуществляют вторичное вскрытие продуктивного пласта одним из известных способов (простреливание, гидропескоструйная перфорация и т.д.). После вызова притока скважину вводят в эксплуатацию.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем. Использование устройства для ступенчатого цементирования позволяет максимально разгрузить интервал продуктивного пласта от веса столба цементного раствора второй ступени и тем самым предотвратить попадание фильтрата, а также цементного раствора в пласт, следовательно, сохранить коллекторские свойства продуктивного пласта, что в конечном итоге позволит сократить затраты времени обработки пласта и вызова притока, повысить дебит скважины.

Значительно снижается опасность ухода цементного раствора в поглощающие пласты, исключаются также и другие виды осложнения, например, гидроразрыв пластов, образование новых путей поглощения цементного раствора за счет возможности цементирования второй ступени по прямой системе циркуляции тампонажного раствора. Устройство просто по конструкции и не приводит к сужению ствола скважины, поскольку оно устанавливается за колонной обсадных труб.