Результат интеллектуальной деятельности: Способ обратного цементирования обсадной колонны

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способу для цементирования обсадной колонны в стволе скважины с обратной циркуляцией тампонажного раствора.

Известен способ обратного цементирования обсадной колонны в скважине (патент RU № 2086752, МПК Е21В 33/14, опубл. 10.08.1997 в бюл. № 22), включающий подготовку скважины, спуск в нее обсадной колонны с управляемым подпружиненным обратным клапаном тарельчатого типа в ее нижней части, выполненным с возможностью его открытия от воздействия вертикального осевого усилия сверху вниз, например от воздействия колонны промывочных труб, спуск последних в скважину, оборудование их на устье выкидной линией, заполнение межтрубного пространства в обсадной колонне и колонны промывочных труб жидкостью, опускание колонны промывочных труб на обратный клапан до его полного открытия, закачку тампонажного раствора в затрубье скважины и установление момента его окончания. Для открытия обратного клапана свободный нижний конец колонны промывочных труб вставляют в отверстие "стоп-кольца", которым оборудуют обсадную колонну над обратным клапаном. При открытом обратном клапане осуществляют закачку в затрубье скважины первой буферной жидкости, затем бурового раствора и второго буфера в объеме, равном внутреннему объему колонны промывочных труб, после чего производят закачку тампонажного раствора, момент окончания которой устанавливают по окончанию выхода на устье скважины первой буферной жидкости, после чего колонну промывочных труб приподнимают, обратный клапан закрывается.

Недостатком способа является низкое качество цементирования обсадной колонны, так как тампонажный раствор при движении в затрубном пространстве скважины идет вниз по наименьшему сопротивлению, т. е. «языками», тем самым, не полностью замещая буровой раствор, находящийся в затрубном пространстве, что в конечном итоге приводит к низкой эффективности способа, так как происходит некачественное одностороннее крепление обсадной колонны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ цементирования обсадной колонны при строительстве скважин (патент RU № 2614833, МПК Е21В 33/14, опубл. 29.03.2017 в бюл. № 10), включающий спуск в ствол скважины обсадной колонны труб, установку на обсадную колонну труб последовательно цементировочную головку с поворотным краном и ведущую бурильную трубу, закачку тампонажного раствора в пространство между обсадной колонной и стволом скважины в объеме, равному объему пространства между стволом скважины и обсадной колонной. Дополнительно последовательно присоединяют к цементировочной головке до поворотного крана манометр, расходомер. Полностью открывают поворотный кран. Отслеживают расход воздуха в верхней части обсадной колонны с помощью расходомера, при превышении объема воздуха, вытесненного тампонажным раствором, объема пространства между стволом скважины и кондуктором закрывают поворотный кран наполовину. Отслеживают давление в верхней части обсадной колонны с помощью манометра, при превышении давления на манометре предварительно заданной величины полностью закрывают поворотный кран. Доливают тампонажный раствор при необходимости.

Недостатками способа являются низкая эффективность и надежность за счет низкого качества цементирования обсадной колонны, так как тампонажный раствор при движении в затрубном пространстве скважины идет вниз по наименьшему сопротивлению, т. е. «языками», тем самым, не полностью замещая буровой раствор, находящийся в затрубном пространстве, так как происходит некачественное одностороннее крепление обсадной колонны.

Техническими задачами являются повышение эффективности и надежности способа обратного цементирования обсадной колонны за счет более полного замещения бурового раствора тампонажным раствором за обсадной колонной, повышения качества цементирования обсадной колонны, получение сплошного и герметичного цементного кольца по всей длине обсадной колонны.

Технические задачи решаются способом обратного цементирования обсадной колонны, включающим спуск в ствол скважины обсадной колонны труб, установку на обсадную колонну труб последовательно цементировочную головку с поворотным краном и ведущую бурильную трубу, закачку тампонажного раствора в пространство между обсадной колонной и стволом скважины в объеме, равному объему пространства между стволом скважины и обсадной колонной.

Новым является то, что после спуска в ствол скважины обсадной колонны труб внутрь обсадной колонны труб закачивают техническую жидкость в количестве, равном объему внутреннего пространства обсадной колонны труб, дополнительно устанавливают шаровый кран между цементировочной головкой и ведущей бурильной трубой, в качестве цементировочной головки используют вращающуюся цементировочную головку, в процессе закачки тампонажного раствора с постоянным вращением обсадной колонны производят ее расхаживание на высоту 1–1,5 м со скоростью не более 1 м/с раз до окончания процесса цементирования, осуществляют постоянное вращение обсадной колонны труб по часовой стрелке со скоростью 10–12 об/мин с помощью ротора буровой установки или верхнего силового привода, вращением обсадной колонны создают вихревое движение потока тампонажного раствора, контролируют обратную циркуляцию скважинной жидкости через поворотный кран цементировочной головки.

На фигуре показана схема реализации способа обратного цементирования обсадной колонны.

Способ цементирования обсадной колонны осуществляют в следующей последовательности.

После бурения скважины до проектной глубины спускают в ствол скважины обсадную колонну 1, спускают оборудование для прямой промывки и производят прямую циркуляцию бурового раствора на забое в объеме 2-х циклов.

Далее внутрь обсадной колонны 1 закачивают техническую жидкостью через ведущую бурильную трубу 5 в количестве равном объему внутреннего пространства обсадной колонны 1. В качестве технологической жидкости используют пресную или минерализованную воду. Потом отворачивают ведущую бурильную трубу и оставляют обсадную колонну на элеваторе.

Оборудуют устье скважины герметичным коробом 2. Герметичный короб представляет из себя деревянный короб размером 1х1х0,5 м, обшитый полиэтиленовой пленкой для предотвращения растекания тампонажного раствора. Применяют полиэтиленовую пленку, выработанную из полиэтилена высокой плотности с добавлением термо-светостабилизаторов по ГОСТ 10354-82.

Последовательно на последнюю трубу обсадной колонны 1 наворачивают вращающуюся цементировочную головку 3 с боковым отводом, шаровый кран 4 в положении «открыто», ведущую бурильную трубу 5.

Вращающаяся цементировочная головка 3 позволяет производить закачку тампонажных растворов с одновременным вращением обсадной колонны 1 через верхний силовой привод или ротор буровой установки, тем самым равномерно распределяя тампонажный раствор в затрубном пространстве скважины и эффективно замещая, вытесняя буровой раствор из затрубного пространства скважины.

Шаровый кран 4 применяют для отсечения скажинной жидкости на устье скважины.

Последней трубой в обсадной колонне 1 является труба, мера которой позволяет доспустить колонну обсадных труб до пробуренного забоя скважины.

На боковой отвод вращающейся цементировочной головки 3 наворачивают поворотный кран 6 для закрытия линии выхода обратной циркуляции скважинной жидкости во время ожидания затвердевания тампонажного раствора.

Закачивают тампонажный раствор в пространство между обсадной колонной 1 и стволом скважины. Тампонажный раствор подают через герметичный короб 2. Объем тампонажного раствора равен предварительно вычисленному объему пространства между стволом скважины и обсадной колонной 1. Под действием силы тяжести тампонажный раствор поступает в затрубное пространство скважины.

В процессе закачки тампонажного раствора осуществляют вращение обсадной колонны 1 по часовой стрелке с постоянной скоростью 10–12 об/мин, с помощью вращающейся цементировочной головки 3, соединенной с ведущей бурильной трубой 5 и шаровым краном 4 посредством вращения стола ротора буровой установки или верхнего силового привода.

В процессе закачки тампонажного раствора с постоянным вращением обсадной колонны 1 производят расхаживание обсадной колонны на высоту 1–1,5 м со скоростью не более 1 м/сек раз.

Расхаживание обсадной колонны – последовательно приподнимают и опускают обсадную колонну труб, обвязанную с цементировочной головкой.

Вращение обсадной колонны по часовой стрелке со скоростью 10–12 об/мин и расхаживание обсадной колонны на высоту 1–1,5 м при цементировании обсадной колонны с обратной циркуляцией тампонажного раствора способствует полноценному распределению потока тампонажного раствора по всему кольцевому межтрубному пространству от устья до забоя скважины, а также повышает степень замещения бурового раствора тампонажным. Вращение обсадной колонны создает вихревое движение потоку тампонажного раствора. Благодаря вращению обсадной колонны во время цементирования создается сплошное и герметичное цементное кольцо по всей длине обсадной колонны.

При этом контролируют обратную циркуляцию (выход) скважинной жидкости из бокового отвода через поворотный кран 6 вращающейся цементировочной головки 3 до окончания цементирования.

Окончание цементирования обсадной колонны 1 определяют по достижению тампонажного раствора в затрубном пространстве забоя скважины, что определяют по расчетному количеству закаченного тампонажного раствора в затрубное пространство. Процесс вращения и расхаживания обсадной колонны 1 останавливают после закачки последних кубов тампонажного раствора.

Закрывают поворотный кран 6 на вращающейся цементировочной головке 3 и шаровый кран 4.

Скважину оставляют на время ожидания затвердевания тампонажного раствора.

Пример выполнения способа

Бурят скважину до глубины 300 м диаметром долота 295,3 мм. Предварительно спускают в скважину и зацементируют предыдущую обсадную колонну диаметром 324 мм на глубину 50 м. В скважину спускают обсадную колонну 1 диаметром 244,5 мм на глубину 300 м. Далее заполняют обсадную колонну 1 технической водой в расчетном объеме 12,48 м³. На устье скважины монтируют герметичный короб 2. Далее последовательно на последнюю трубу обсадной колонны 1 наворачивают вращающуюся цементировочную головку 3 ГЦВ-245, шаровый кран 4 КШЗ-86Р1, выпускаемый по ТУ 3661-001-79560377-2009 в положении «открыто», ведущую бурильную трубу 5 ТВКП-140 по ТУ 14-3755-78. Для цементирования обсадной колонной 1 диаметра 244,5 мм с учетом каверн необходимо тампонажного раствора 42,1 л на 1 погонный м. Объем тампонажного раствора равен 12,6 м³. При закачке тампонажного раствора производят вращение со скоростью 10–12 об/мин обсадной колонны 1 через навернутый на вращающуюся цементировочную головку 3 ведущую бурильную трубу 5 и расхаживание на 1–1,5 м. При этом возникает обратная циркуляция и наблюдается выход технической воды из бокового отвода вращающейся цементировочной головки 3. После закачки расчетного объема тампонажного раствора закрывают поворотный кран 6 на вращающейся цементировочной головке 3 и шаровый кран 4. Скважину оставляют на время ожидания затвердевания тампонажного раствора.

Предлагаемый способ повышает эффективность и надежность за счет более полного замещения бурового раствора тампонажным раствором за обсадной колонной, повышает качество цементирования обсадной колонны, создает сплошное и герметичное цементное кольцо по всей длине обсадной колонны.