способ установки цементного моста

Формула изобретения

Способ установки цементного моста, включающий спуск гидромонитора на колонне труб в скважину, заполненную промывочной жидкостью, до нижней границы интервала установки цементного моста, продавливание промывочной жидкостью всей порции тампонажного раствора через гидромонитор с одновременным подъемом его на колонне труб к верхней границе интервала установки цементного моста в период замещения промывочной жидкости тампонажным раствором с последующим отмывом его излишков и ожиданием затвердевания, отличающийся тем, что формируют неразрывную струю тампонажного раствора в направлении от оси колонны труб между наружной поверхностью гидромонитора и стенкой скважины, причем направляют начальный участок неразрывной струи тампонажного раствора из гидромонитора под углом в сторону верхней границы интервала установки цементного моста относительной оси колонны труб, величину которого определяют неравенством



где A - коэффициент, характеризующий расширение неразрывной струи тампонажного раствора по ее течению;

d_o - наружный диаметр щелевой насадки гидромонитора, м;

V_o - начальная скорость истечения неразрывной струи тампонажного раствора при выходе из щелевой насадки, м/с;

D - диаметр ствола скважины, м;

Q - расход промывочной жидкости при продавливании тампонажного раствора через гидромонитор, м³/с;

V_кр - критическая скорость неразрывной струи тампонажного раствора при контакте со стенкой скважины, м/с;

- величина угла наклона начального участка неразрывной струи тампонажного раствора к оси колонны труб, град.,

а подъем гидромонитора на колонне труб осуществляют со скоростью, рассчитываемой с учетом неравенства



где V_п - скорость подъема гидромонитора на колонне труб, м/с;

k - коэффициент, зависящий от формы шламовой частицы;

d_ч - диаметр шламовой частицы, м;

_ч - плотность шламовых частиц, кг/м³;

_тр - плотность тампонажного раствора, кг/м³.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения и капитального ремонта скважин различного назначения и может быть использовано в случаях заполнения последних жидкостью.

Анализ существующего уровня показал следующее:

- известен способ установки цементного моста, включающий спуск гидромонитора на колонне труб в скважину, заполненную промывочной жидкостью, до верхней границы интервала установки цементного моста, обработку ствола скважины через боковую насадку гидромонитора тампонажным раствором при вращении и спуске гидромонитора до нижней границы интервала установки цементного моста (см. а.с.N 1698422 от 20.09.88 г. по кл. E 21 B 33/13, опубл. в ОБ N 46, 1991 г.).

Недостаток известного способа заключается в некачественной установке цементного моста. При реализации способа не обеспечивается полная очистка стенок скважины от фильтрационной корки в интервале установки цементного моста, очистка каверн от шлама и застойных масс промывочной жидкости, т.к. не достигается одновременное очищающее воздействие струи гидромонитора по периметру скважины при его перемещении. Часть загрязняющих частиц при движении гидромонитора вниз проваливается ниже струи, заполняя ствол скважины, и тем самым формирует шламовую пробку. Другая часть загрязняющих частиц поднимается с восходящим потоком вверх и вновь аккумулируется в уже очищенной каверне. Поднимающаяся по стволу скважины смесь тампонажного раствора, промывочной жидкости и загрязняющих частиц обусловливает вероятность прихвата спускаемой колонны труб и некачественный цементный камень после затвердевания:

- известен способ установки цементного моста, включающий спуск гидромонитора на колонне труб в скважину, заполненную промывочной жидкостью, до нижней границы интервала установки цементного моста, заполнение последнего тампонажным раствором, подъем гидромонитора на трубах к верхней границе интервала установки цементного моста с последующей его обработкой через боковые насадки гидромонитора тампонажным раствором при вращении и перемещении гидромонитора между границами (а.с. N 1803529 от 18.09.90 г. по кл. E 21 B 33/13, опубл в ОБ N 11, 1993 г.).

Недостаток известного способа заключается в некачественной установке цементного моста. При реализации способа не обеспечивается полная очистка стенок скважины от фильтрационной корки в интервале установки цементного моста, очистка каверн от шлама и застойных масс промывочной жидкости, т.к. не достигается одновременное очищающее воздействие струи гидромонитора по периметру скважины при его перемещении. Часть загрязняющих частиц при движении гидромонитора вниз проваливается ниже струи, заполняя ствол скважины, и тем самым формирует шламовую пробку. Другая часть загрязняющих частиц поднимается восходящим потоком вверх и вновь аккумулируется в уже очищенной каверне. Поднимающаяся по стволу скважины смесь тампонажного раствора, промывочной жидкости и загрязняющих частиц обусловливает вероятность прихвата колонны труб и некачественный цементный камень после затвердевания. Для реализации способа требуется повышенный расход тампонажного раствора по сравнению с традиционными методами;

- в качестве наиболее близкого аналога принят способ установки цементного моста, описанный в патенте "Устройство для установки цементного моста", N 2010950, ст. 5-7, включающий спуск гидромонитора на колонне труб в скважину, заполненную промывочной жидкостью, до нижней границы интервала установки цементного моста, продавливание промывочной жидкостью всей порции тампонажного раствора через гидромонитор с одновременным подъемом его на колонне труб к верхней границе интервала установки цементного моста в период замещения промывочной жидкости тампонажным раствором с последующим отмывом его излишков и ожиданием затвердевания (см. патент РФ N 2010950 от 18.12.91 г. по кл E 21 B 33/14, опубл. ОБ N 7, 1994 г.). Причем продавливание тампонажного раствора осуществляют через насадки, установленные под углом 90^o к оси колонны труб с одновременным вращением гидромонитора.

Недостаток известного способа заключается в некачественной установке цементного моста. При реализации способа не обеспечивается полная очистка стенок скважины от фильтрационной корки в интервале установки цементного моста, очистка каверн от шлама и застойных масс промывочной жидкости, т.к. не достигается одновременное очищающее воздействие струи гидромонитора по периметру скважины при его подъеме. Кроме того, не обеспечивается вынос дезагрегированных загрязняющих частиц из интервала установки цементного моста, особенно при наличии каверн, полное замещение промывочной жидкости на тампонажный раствор, что обусловит некачественный цементный камень после затвердевания. Указанные недостатки вызваны конструктивными особенностями гидромонитора, влекущими за собой формирование множественных струй тампонажного раствора, не перекрывающих в одном сечении площадь кольцевого пространства между наружной поверхностью гидромонитора и стенкой скважины. Кроме того, при подъеме гидромонитора с нерегламентируемой скоростью сформированные под прямым углом струи тампонажного раствора отклоняются к нижней границе интервала установки цементного моста за счет развития отрицательных гидродинамических давлений, что приведет к смыву дезагрегированных загрязняющих частиц в область ниже струи и дополнительному ухудшению качества цементного камня после затвердевания.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к следующему:

улучшается качество цементного моста за счет эффективной очистки интервала его установки и полной замены промывочной жидкости на тампонажный раствор.

Технический результат достигается с помощью известного способа, включающего спуск гидромонитора на колонне труб в скважину, заполненную промывочной жидкостью, до нижней границы интервала установки цементного моста, продавливание промывочной жидкостью всей порции тампонажного раствора через гидромонитор с одновременным подъемом его на колонне труб к верхней границе интервала установки цементного моста в период замещения промывочной жидкости тампонажным раствором с последующим отмывом его излишков и ожиданием затвердевания, в котором формируют неразрывную струю из всей порции тампонажного раствора в направлении от оси колонны труб между наружной поверхностью гидромонитора и стенкой скважины, причем направляют начальный участок неразрывной струи тампонажного раствора из гидромонитора под углом в сторону верхней границы интервала установки цементного моста относительно оси колонны труб, величину которого определяют неравенством



где A - коэффициент, характеризующий расширение неразрывной струи тампонажного раствора по ее течению; (табл. 1),

d₀ - наружный диаметр щелевой насадки гидромонитора, м;

V₀ - начальная скорость истечения неразрывной струи тампонажного раствора при выходе из щелевой насадки, м/сек;

D - диаметр ствола скважины, м;

Q - расход промывочной жидкости при продавливании тампонажного раствора через гидромонитор, м³/сек;

V_кр - критическая скорость неразрывной струи тампонажного раствора при контакте со стенкой скважины, м/сек;

- величина угла наклона начального участка неразрывной струи тампонажного раствора к оси колонны труб, град.,

а подъем гидромонитора на колонне труб осуществляют со скоростью, рассчитываемой с учетом неравенства



где V_п - скорость подъема гидромонитора на колонне труб, м/сек;

k - коэффициент, зависящий от формы шламовой частицы (табл. 2);

d_ч - диаметр шламовой частицы, м;

_ч - плотность шламовых частиц, кг/м³;

_тр - плотность тампонажного раствора, кг/м³.

Известно устройство для бурения скважин, имеющее насадки, формирующие струи промывочной жидкости рядами, причем струи нижнего ряда находятся под углом 90^o, а угол наклона струй верхнего ряда - 65-75 в направлении от долота (см. а. с. N 844761 от 23.05.79 г. по кл. E 21 B 21/00, опубл. в ОБ N 25, 1981 г. ). Технический результат: повышение эффективности промывки в процессе бурения с забойными гидравлическими двигателями за счет предотвращения влияния утечек из двигателя на восходящий поток промывочной жидкости. Известно устройство для очистки внутренней поверхности обсадной колонны, имеющее щелевую насадку, замкнутую по периметру поперечного сечения гидромонитора, посредством которой формируется непрерывная струя промывочной жидкости в направлении от оси колонны труб между наружной поверхностью гидромонитора и стенкой скважины, начальный участок которой направлен под острым углом к оси колонны труб в сторону нижней границы очищаемого интервала (см. а. с. N 470589 от 04.01.74 г. по кл. E 21 B 37/02, опубл. в ОБ N 18, 1971 г.). Его использование в технологии очистки внутренней поверхности обсадной колонны обеспечит надежную реализацию процесса. Однако направление струи вниз, перемещение гидромонитора также вниз не обеспечит эффективный вынос дезагрегированных загрязняющих частиц из интервала. Таким образом, заявленное изобретение обладает изобретательским уровнем.

Качество цементного моста, помимо правильного подбора рецептуры тампонажного раствора, определяется степенью подготовки ствола скважины в интервале установки моста, включающей очистку ее стенок от фильтрационной корки, а каверн от шлама и загустевших масс промывочной жидкости, и полнотой замещения в нем промывочной жидкости тампонажным раствором. Указанные работы должны производиться с минимальным временным разрывом, чтобы исключить повторное загрязнение.

Реализация заявляемого способа возможна только в скважинах, заполненных жидкостью. В этом случае при продавливании тампонажного раствора через замкнутую по периметру поперечного сечения гидромонитора щелевую насадку формируют затопленную неразрывную струю в направлении от оси колонны труб между наружной поверхностью гидромонитора и стенкой скважины. При этом поверхности градиентного разрыва струи будут сформированы в виде конических поверхностей усеченных круглых прямых конусов, высоты которых совмещены с осью колонны труб, а большие основания ориентированы в сторону верхней границы интервала установки цементного моста.

Такая струя при контакте с преградой в виде фильтрационной корки, загустевшей массы промывочной жидкости или шлама производит на нее одновременное по периметру ствола скважины силовое воздействие, в результате чего указанные скопления дезагрегируются на мелкие частицы. При этом интенсивности струи недостаточно для разрушения горной породы на обнажающихся стенках скважины, т.к. она не является круглой осевой.

Струя тампонажного раствора, отражаясь от стенки скважины, ограничивающей ее затухающее распространение в неограниченном пространстве, формирует тороидальное вихревое движение жидкости (смеси тампонажного раствора и промывочной жидкости) в части кольцевого пространства скважины, расположенного выше щелевой насадки гидромонитора. Дезагрегированные частицы вовлекаются токами вихря в область интенсивного движения жидкости. Здесь часть частиц минимального размера, достаточного для выноса потоком жидкости в рассматриваемом интервале кольцевого пространства, выбрасывается периферийными токами вихря в область над ним, где подхватывается сформировавшимся в кольцевом пространстве восходящим потоком и транспортируется вверх по стволу скважины. Частицы большего размера остаются захваченными токами вихря в области интенсивного движения, где они рециркулируют, не выпадая из области распространения тороидального вихря, ограниченной снизу интенсивным начальным участком струи.

При подъеме гидромонитора по ходу движения струи на всей площади поверхности указанного интервала ствола скважины происходит дезагрегирование загрязняющих его материалов, перевод их во взвешенное состояние и перенос тороидальным вихрем крупных частиц до участка кольцевого пространства, где возникают условия их гидротранспортирования на дневную поверхность. Одновременно с указанным процессом происходит замещение промывочной жидкости тампонажным раствором. При этом тороидальный вихрь выполняет функцию гидравлического экрана - разделителя между промывочной жидкостью и тампонажным раствором. То есть зона смешения располагается выше начального участка струи, и заполнение ствола осуществляется чистым тампонажным раствором. А силовой контакт струи тампонажного раствора с очищаемой ею же стенкой скважины обеспечивает прочное сцепление цементного камня с ней после его формирования.

Для реализации указанных процессов неразрывная струя тампонажного раствора не должна отклоняться от оси колонны труб (совпадающей с осью скважины) на величину, равную или более 90^o, что и определяет максимальную величину угла . При величине отклонения 90^o струя размывает застойные зоны со шламом в полостях каверн и фильтрационную корку на стенках скважины на уровне щелевой насадки неподвижного гидромонитора. При начале перемещения гидромонитора к верхней границе интервала установки цементного моста за счет перераспределения скоростей потока в струе фильтрационная корка и шлам будут сбиваться вниз и аккумулироваться в тампонажном растворе, ухудшая качество образующегося в последствии цементного камня. При величине отклонения более 90^o струя размывает загрязняющие скважину частицы ниже уровня щелевой насадки и сбивает их вниз, как при неподвижном, так и при поднимаемом гидромониторе.

Минимальная величина угла определена с учетом обеспечения критической скорости течения неразрывной струи тампонажного раствора у стенки скважины, достаточной для разрушения фильтрационной корки на стенке скважины и удержания в тороидальном вихре дезагрегированных частиц. Уменьшение скорости по ходу течения струи определено с учетом сохранения расхода тампонажного раствора в струе постоянным. При этом увеличение площади поперечного сечения струи принято прямо пропорциональным от начального сечения кольцевой щелевой насадки.

Формирование неразрывной струи тампонажного раствора под углом, меньшим указанной, не обеспечит достижения технического результата, так как не происходит очистка стенок скважины и вынос дезагрегированных частиц. В этом случае также снижается разделяющая способность струи.

Максимальная величина скорости подъема гидромонитора обусловлена делением струи у стенки скважины на две составляющие, одна из которых обеспечивает заполнение ствола скважины тампонажным раствором ниже области действия струи, а другая обеспечивает вынос дезагрегированных загрязняющих частиц. Превышение максимально допустимой скорости подъема гидромонитора не обеспечит своевременное заполнение ствола скважины, а следовательно его очистку и полное замещение промывочной жидкости на тампонажный раствор. Фактическая минимальная скорость подъема гидромонитора обусловлена техническими возможностями применяемого оборудования.

Более подробно сущность заявляемого способа описывается следующим примером.

Пример

Способ был испытан при капитальном ремонте вертикальной скважины Щелковского подземного хранилища газа (ПХГ). Ствол скважины до глубины 875,9 м обсажен эксплуатационной колонной диаметром 0,168 м (толщина стенки 0,008 м). В интервале 875,9-886,8 м необсаженной части ствола скважины залегает глинистая покрышка пласта-резервуара ПХГ. В интервале 886,8-889,5 м залегает пласт-резервуар ПХГ, представленный песчаником. Глубина скважины 892 м.

Для проведения капитального ремонта на скважине был смонтирован подъемный агрегат А-50У. Скважина была заполнена промывочной жидкостью - аммонизированным раствором нитрата кальция плотностью 1120 кг/м³, условной вязкостью 17 сек, статистическим напряжением сдвига через 10 мин - 1,68 дПа. Из скважины после демонтажа фонтанной арматуры были извлечены колонна насосно-компрессорных труб и комплект забойного оборудования. После осуществления комплекса работ по формированию искусственной призабойной зоны пласта и шаблонирования ствола скважины долотом диаметром 0,14 м при глубине текущего забоя 885 м была произведена кавернометрия. Прибор дошел до глубины 878 м, зафиксировав в интервале 875,9-878 м цилиндрическую каверну диаметром 0,5 м.

Для ликвидации кавернозности ствола скважины устанавливают цементный мост по предлагаемому способу со следующими технико-технологическими параметрами:

нижняя граница интервала установки цементного моста 878,0 м соответствует глубине дна каверны. При этом для предупреждения загрязнения искусственной призабойной зоны пласта цементом интервал 878-885 м блокируют засыпкой 0,1 м³ крупнозернистого песка;

верхняя граница интервала установки цементного моста 875,9 м соответствует глубине спуска эксплуатационной колонны, где обеспечиваются условия эффективного гидротранспорта загрязняющих скважину дезагрегированных частиц на поверхность.

По технологии используют гидромонитор, сконструированный и изготовленный в ОАО "СевКавНИПИгаз". Общий вид гидромонитора представлен на чертеже. Устройство имеет корпус 1 с проходным каналом. В верхней части корпуса 1 выполнена резьба для соосного присоединения гидромонитора к колонне труб. В данном случае используют колонну бурильных труб марки ПВ-73х9 с внутренним диаметром d = 0,073 - 2 0,009 = 0,055 м. Нижняя часть корпуса 1 резьбовым соединением связана со стволом 2, в котором также выполнен проходной канал с радиальными отверстиями. Снаружи нижняя часть корпуса 1 резьбовым соединением связана с юбкой 3, образующей полость между ней и стволом 2, сообщающуюся с проходным каналом устройства и бурильных труб. Снаружи ствола 2 размещена подвижная втулка 4 с ограничителем хода вверх в виде упорного кольца 5. По внутренней поверхности подвижная втулка 4 и ствол 2 уплотнены резиновыми кольцами 6. Нижняя часть подвижной втулки 4 подпружинена резиновым упругим элементом 7, упирающимся в башмак 8 (со сквозным промывочным отверстием), навинченный на резьбовое соединение в нижней части ствола 2. Наружная поверхность башмака 8 выполнена конической и вооружена лопастью 9, что позволяет внедрять устройство в шлам, лежащий на дне каверны. Резьбовое соединение юбки 3 и башмака 8 уплотнены лентой марки ФУМ. На сопрягаемых кромках юбки 3 и подвижной втулки 4 выполнены угловые расточки, образующие замкнутую по периметру поперечного сечения гидромонитора кольцевую щелевую насадку. При этом образующие щели, задающие угол наклона струи к оси колонны труб при неподвижном гидромониторе, составляют с осью колонны труб острый угол , отсчитываемый от направления к корпусу 1. Раскрытость щели может варьироваться установкой регулировочных колец между торцами резьбового соединения корпуса 1 и юбки 3.

При работе гидромонитора жидкость поступает из колонны труб в полость проходного канала корпуса 1 и ствола 2, откуда может выходить в кольцевое пространство двумя путями: через промывочное отверстие башмака 8 на забой, или при перекрытии промывочного отверстия башмака 8 бросовым шаром - через замкнутую по периметру поперечного сечения гидромонитора щелевую насадку.

В случае засорения кольцевой щели давление в проходном канале корпуса 1, ствола 2 и, следовательно, в полости между стволом 2, юбкой 3 и подвижной втулкой 4 увеличивается. Под действием образовавшегося перепада давления подвижная втулка 4 перемещается вниз, вызывая деформацию упругого резинового элемента 7. При этом раскрытость щели между юбкой 3 и подвижной втулкой 4 увеличивается и происходит ее очистка. Давление в полости устройства снижается и подвижная струя 4 под действием распрямляющегося упругого элемента 7 возвращается в исходное положение, ограниченное упорным кольцом 5. Таким образом, устройство автоматически возвращается на заданный технологический режим работы.

Наружный диаметр щелевой насадки гидромонитора d₀ = 0,116 м выбран из условия безопасного спуска гидромонитора в эксплуатационной колонне внутренним диаметром 0,168-20,008 = 0,152 м в соответствии с требованиями "Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности" РД 08-200-98.

Раскрытость щелевой насадки гидромонитора _o принимают равной 0,004 м из условия пропуска через нее частиц цемента диаметром до _o/3 = 0,004/30,001 м, остающихся в тампонажном растворе при ручном способе затворения без последующего использования фильтра.

Расход промывочной жидкости при продавливании тампонажного раствора через гидромонитор принимают Q = 17,410^-3 м³/сек, исходя из режима гидравлической загрузки имеющихся в наличии цементировочных агрегатов типа ЦА-320М. Указанный расход обеспечивается совместной работой двух агрегатов на третьей передаче при диаметре втулок насоса 0,127 м. Максимально развиваемое давление при этом составляет 10,7 МПа, что соответствует ожидаемым гидравлическим сопротивлениям при движении промывочной жидкости и тампонажного раствора по колонне бурильных труб, через гидромонитор и по кольцевому пространству, а также возникающему перепаду гидростатических давлений.

Начальную скорость истечения неразрывной струи тампонажного раствора при выходе из щелевой насадки гидромонитора определяют из выражения



Величину коэффициента A = 0,007 определяют по результатам экспериментальных замеров скоростных напоров в неразрывной струе при удалении от щелевой насадки гидромонитора.

Критическую скорость неразрывной струи тампонажного раствора при контакте со стенкой скважины V_кр = 2 м/сек определяют по результатам экспериментального исследования процесса на модели.

Минимальную запредельную величину угла наклона струи ^*_мин рассчитывают, пользуясь вышеприведенными данными:



Максимальная запредельная величина угла наклона струи составляет ^*_макс= 90.

В данном случае выбирают угол наклона неразрывной струи тампонажного раствора относительно оси колонны труб _ср= 75. В случае выбора наклона струи 62^o и менее технологический процесс не осуществляется, так как скорость струи при контакте со стенкой скважины становится менее критической и очистка стенок скважины не происходит. В случае выбора наклона струи 90^o и более технологический процесс не осуществляется, так как не обеспечивается вынос дезагрегированных частиц и замещение промывочной жидкости тампонажным раствором.

Для расчета максимальной скорости подъема гидромонитора по нормативно-справочной литературе принимают значение коэффициента k = 5, соответствующее шарообразной форме шламовой частицы (см. Элияшевский И.В., Сторонский М.Н., Орсуляк Я. М. Типовые задачи и расчеты в бурении. М.: Недра, 1982). Диаметр шламовой частицы, d_ч = 0,001 м, определяют по максимальному размеру фракций шлама, выносимых из скважины. Плотность шламовых частиц принимают равной средневзвешенной плотности горных пород по разрезу скважины _ч = 2300 кг/м³. Плотность тампонажного раствора принимают для раствора из портландцемента нормальной плотности _тр = 1800 кг/см³.

Рассчитывают максимальную скорость подъема гидромонитора



V_п 0,083 м/сек.

Указанная скорость может быть достигнута при работе агрегата А-50У на первой передаче при пониженной частоте вращения вала приводящего дизеля (режим "малого газа" - см. Амиров А.Д., Карапетов К.А., Лемберанский Ф.Д. и др. Справочная книга по текущему и капитальному ремонту скважин. М., Недра, 1979). При подъеме гидромонитора со скоростью, превышающей расчетный предел, технический результат не будет достигаться за счет неполного заполнения ствола скважины тампонажным раствором. Минимально допустимая скорость подъема гидромонитора в конкретном примере составляет 0,005 м/сек и обусловлена минимальной отбираемой мощностью дизеля А-50У.

При минимально допустимой величине угла наклона начального участка неразрывной струи тампонажного раствора = 63 максимальная скорость подъема гидромонитора



V_п 0,085 м/сек.

При максимально допустимой величине угла наклона начального участка неразрывной струи тампонажного раствора = 89 максимальная скорость подъема гидромонитора



V_п 0,082 м/сек.

Объем порции тампонажного раствора V₁, необходимый для установки цементного моста в интервале 875,9-878,0 м, определяют из выражения

V₁ = V₂ + V₃(0,02 + c₁ + c₂ + c₃),

где V₂ - объем тампонажного раствора, прокачиваемый через гидромонитор при его подъеме в интервале установки цементного моста, м³;

V₃ - внутренний объем колонны труб, м³;

c₁ - коэффициент потерь тампонажного раствора на внутренних стенках колонны труб;

c₂ и c₃ - коэффициенты потерь тампонажного раствора при его смешении с промывочной жидкостью, соответственно на нижней и верхней границах.

Объем тампонажного раствора, прокачиваемый через гидромонитор с расходом Q = 17,410^-3 м³/сек при его подъеме со скоростью V = 0,083 м/сек в интервале 875,9-878,0 м



Внутренний объем колонны бурильных труб ПВ-73Х9, спущенной с гидромонитором до глубины 878,0 м



Коэффициенты потерь тампонажного раствора при установке цементного моста через колонну бурильных труб без применения буферной жидкости по данным М.О. Ашрафьяна "Технология разобщения пластов в осложненных условиях", М., Недра, 1989 г.

c₁ = 0,03, c₂ = 0,04, c₃ = 0,03.

Тогда объем порции тампонажного раствора, необходимый для установки цементного моста в интервале 875,9-878,0 м.

V₁ = 0,44+2,08 (0,02+0,03+0,04+0,03) = 0,7 м³.

Так как забойная температура не превышала 50^oC, выбирают тампонажный портландцемент марки ПЦТ-Д20-50, потребное количество которого для затворения 0,7 м³ тампонажного раствора плотностью - 1800 кг/м³ при водоцементном отношении m = 0,5 составило



Объем воды, необходимый для затворения G = 880 кг тампонажного раствора

V₄ = 1,1 mG = 1,10,588010^-3 = 0,5 м³.

Объем продавочной жидкости, обеспечивающей доставку тампонажного раствора к гидромонитору с учетом потерь на внутренней поверхности бурильных труб в верхней зоне смешения

V₅ = V₃ - V₂ - V₃(с₁+с₃) = 2,08-0,44-2,08(0,03+0,03) = 1,50 м³.

На колонне бурильных труб спускают гидромонитор в скважину, заполненную аммонизированным раствором нитрата кальция (промывочной жидкостью). Центральное промывочное отверстие гидромонитора заглушают брошенным по колонне бурильных труб шаром диаметром 0,02 м. После этого колонну бурильных труб через ведущую трубу квадратного сечения 80х80 и вертлюг ВЭ-50 подвешивают на крюкоблоке талевой системы подъемного агрегата А-50У, обеспечивая спуск гидромонитора до нижней границы интервала установки цементного моста 878,0 м. Насосы двух цементировочных агрегатов ЦА-320М, оснащенные втулками диаметром 0,127 м, соединяют параллельно для закачки жидкости в колонну труб через рукав буровой оплеточный 38-25000 МРТУ 38-105537-73, вертлюг и ведущую трубу. Мерные емкости цементировочных агрегатов заполняют 12,8 м³ аммонизированного раствора нитрата кальция (объем продавочной жидкости, необходимый для продавки тампонажного раствора и начала вымыва его излишков).

Порцию тампонажного раствора объемом 0,7 м³, плотностью 1800 кг/м³, растекаемостью по конусу АзНИИ 0,018-0,020 м приготавливают в дополнительной емкости объемом 2,5 м³ ручным вводом 880 кг портландцемента ПЦТ-Д20-50 в 0,5 м³ воды при непрерывном перемешивании двумя цементировочными агрегатами по замкнутой схеме циркуляции.

Порцию тампонажного раствора объемом 0,7 м³ закачивают в колонну бурильных труб одним цементировочным агрегатом при работе на третьей передаче с подачей 8,710^-3 м³/сек. При этом вытесняемая из колонны бурильных труб промывочная жидкость выходит через щелевую насадку гидромонитора в кольцевое пространство и поднимается по нему на поверхность.

Порцию тампонажного раствора объемом 0,7 м³ продавливают по колонне бурильных труб к гидромонитору закачкой 1,5 м³ аммонизированного раствора нитрата кальция при работе одного цементировочного агрегата на третьей передаче с подачей 8,710^-3 м³/сек, обеспечивая тем самым выход нижней зоны смешения в кольцевое пространство.

После закачки продавочной жидкости в объеме 1,5 м³ увеличивают ее расход до Q = 17,410^-3 м³/сек и формируют неразрывную струю из всей порции тампонажного раствора от оси колонны труб между наружной поверхностью гидромонитора и стенкой скважины, что обеспечивается с помощью конструктивных особенностей гидромонитора, а именно замкнутой по периметру его поперечного сечения щелевой насадкой с _o= 0,004 м. Далее направляют начальный участок неразрывной струи тампонажного раствора под углом = 75 в сторону верхней границы интервала установки цементного моста относительно оси колонны бурильных труб, что обеспечивается наклоном образующих поверхностей щелевой насадки гидромонитора.

Одновременно начинают поднимать колонну бурильных труб с гидромонитором со скоростью V_п = 0,083 м/сек при работе подъемного агрегата А-50У на первой передаче.

При достижении гидромонитором верхней границы интервала установки цементного моста 875,9 м подъем колонны бурильных труб прекращают и при непрерывной подаче промывочной жидкости двумя цементировочными агрегатами с расходом Q₀ = 17,410^-3 м³/сек вымывают излишки тампонажного раствора со шламом на поверхность прокачкой 14,2 м³ аммонизированного раствора нитрата кальция (соответствует объему скважины со спущенной колонной бурильных труб).

Поднимают гидромонитор на колонне бурильных труб до глубины 822 м (на безопасное расстояние от верхней границы интервала установки цементного моста).

Скважину оставляют на период ожидания затвердевания тампонажного раствора 48 часов.

По окончании указанного срока колонну бурильных труб подняли из скважины, гидромонитор из компоновки исключили. В скважину на колонне бурильных труб спустили долото III 139,7 С-ЦВ, которым обнаружили кровлю цементного моста на глубине 875,9 м.

Прочность и несущая способность цементного моста была подтверждена его нагружением колонной бурильных труб до 3 кН. При этом "провал" не наблюдался. Герметичность цементного моста была подтверждена опрессовкой ствола скважины до избыточного давления на устье 12 МПа. Указанные факты свидетельствуют о качественной технологии установки цементного моста. После производства перечисленных работ цементный и песчаный мосты разбурили, скважину оборудовали гравийно-намывным фильтром и ввели в эксплуатацию.