Способ установки цементного моста

 

Изобретение относится к бурению и капитальному ремонту скважин различного назначения и может быть использовано в случаях заполнения последних жидкостью. Обеспечивает улучшение качества цементного моста. Сущность изобретения: на колонке труб спускают в скважину, заполненную промывочной жидкостью, гидромонитор до нижней границы интервала установки цементного моста. Продавливают промывочной жидкостью всю порцию тампонажного раствора через гидромонитор. Одновременно гидромонитор поднимают на колонне труб к верхней границе интервала установки моста в период замещения промывочной жидкости тампонажным раствором. Формируют неразрывную струю из всей порции тампонажного раствора в направлении от оси колонны труб между наружной поверхностью гидромонитора и стенкой скважины. Направляют начальный участок неразрывной струи тампонажного раствора из неподвижного гидромонитора под углом в сторону верхней границы интервала установки моста относительно оси колонны труб, величину которого определяют математическим неравенством. Используют гидромонитор с щелевой насадкой, имеющей раскрытость, определяемую математическим неравенством, подъем гидромонитора на колонне труб осуществляют со скоростью, которую определяют тоже математическим неравенством. Затем отмывают излишки тампонажного раствора и ожидают затвердевания цементного моста.

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 (см. 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 прототипа взят способ установки цементного моста, описанный в патенте "Устройство для установки цементного моста", N 2010950, с. 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. в 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 неподвижного гидромонитора под углом в сторону верхней границы интервала установки цементного моста относительно оси колонны труб, величину которого определяют неравенством: где d - внутренний диаметр колонны труб, м; d₀ - наружный диаметр щелевой насадки гидромонитора, м; D - диаметр ствола скважины, м; ₁ - величина угла наклона начального участка неразрывной струи к оси колонны труб при неподвижном гидромониторе, град., и формируют его замкнутой по периметру поперечного сечения гидромонитора щелевой насадкой с раскрытостью, определяемой неравенством
где ₀ - раскрытость щелевой насадки гидромонитора, м,
а подъем гидромонитора на колонне труб осуществляют со скоростью, рассчитываемой с учетом неравенства

где V - скорость подъема гидромонитора на колонне труб, м/с;
Q₀ - расход промывочной жидкости при продавливании тампонажного раствора через гидромонитор, м³/с;
₂ - величина угла наклона начального участка неразрывной струи к оси колонны труб при перемещаемом гидромониторе, град., определяемая из выражения

Известно устройство для кольматации стенки скважины, содержащее корпус с центральными и боковыми каналами с гидромониторными насадками, которые при работе устройства формируют струи промывочной жидкости, геометрические оси которых пересекаются друг с другом под углом 60^o, при этом, направление струй противоположно (см. а.с. N 1750281 от 15.05.89 г. по кл. E 21 B 21/00, ДСП). Работа устройства по технологическому процессу обеспечивает повышение степени кольматации при бурении проницаемых пород и повышение показателей работы долота. Известно устройство для сооружения скважины, имеющее насадки, формирующие струи в одной плоскости навстречу друг другу под углом 45^o к оси центрального канала с целью повышения эффективности кольматации за счет создания периодического давления на стенки скважины (см. а.с. N 1440121 от 20.03.86 г. по кл. E 21 B 37/02, ДСП; а.с. N 1679818 от 11.05.88 г. по кл. E 21 B 37/02, ДСП). 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^o 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.). Цель изобретения: 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, 1975 г.). По мнению авторов этого устройства, его использование в технологии очистки внутренней поверхности обсадной колонны обеспечит надежную реализацию процесса. Однако, по нашему мнению, направление струи вниз, перемещение гидромонитора также вниз не обеспечит эффективный вынос дезагрегированных загрязняющих частиц из интервала.

Таким образом, заявляемый способ установки цементного моста обладает изобретательским уровнем, т.к. по имеющимся источникам известности не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого способа, выполняющими аналогичную функцию.

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 поверхность градиентного разрыва струи, обращенная к нижней границе интервала установки цементного моста, не должна отклоняться от оси колонны труб (совпадающей с осью скважины) более чем на 90^o. При большей величине отклонения струя, хотя и размывает застойные зоны со шламом в полостях каверн и фильтрационную корку на стенках скважины, но формирование тороидального вихря происходит ниже щелевой насадки гидромонитора. В этом случае интенсивность, удерживающая и разделяющая способности вихря значительно ниже за счет разрушения компактного участка образующей его струи формирующимся в рассматриваемой зоне восходящим потоком.

При перемещении работающего гидромонитора от нижней границы интервала установки цементного моста в верхней угол наклона начального участка неразрывной струи к оси колонны труб будет расти. Увеличение указанного угла возникает вследствие перепада давления, действующего от верхней границы интервала установки цементного моста к нижней, обусловленного дефицитом промывочной жидкости ниже струи, образующимся при извлечении из скважины объема колонны труб. Это приведет к уменьшению длины струи и перераспределению расхода жидкости (смеси тампонажного раствора и промывочной жидкости) в ней:

Средняя скорость течения струи по мере удаления от насадки:

где l - расстояние от щелевой насадки гидромонитора до рассматриваемого сечения струи, м.

Начальный расход жидкости в струе при выходе из щелевой насадки гидромонитора:
Q₀ = U₀₀d₀, (4)
где d₀ - наружный диаметр щелевой насадки гидромонитора, м.

Расход жидкости в струе при удалении от щелевой насадки гидромонитора:
Q = U(d₀+2l)(₀+Al), (5)
Из выражений (2) - (5) коэффициент, характеризующий расширение струи по ее течению:

где - половина угла расширения струи в плоскости ее сечения, в которой лежит ось колонны труб, град.

Длина струи от щелевой насадки гидромонитора до стенки скважины при неподвижном и перемещаемом гидромониторе соответственно:

где Q₀ - расход промывочной жидкости при продавливании тампонажного раствора через гидромонитор, соответствующий подаче промывочной жидкости насосом и начальному расходу тампонажного раствора в струе при выходе из щелевой насадки гидромонитора, м³/с;
A - коэффициент, характеризующий расширение струи по ее течению;
l₁ и l₂ - длина струи от щелевой насадки гидромонитора до стенки скважины, соответственно при неподвижном и перемещаемом гидромониторе, м;
₀ - раскрытость щелевой насадки гидромонитора, м;
V - скорость подъема гидромонитора на колонне труб, м/с;
F₁ - площадь сечения гидромонитора, м².

Коэффициент, характеризующий расширение струи, выходящей из замкнутой по периметру поперечного сечения гидромонитора щелевой насадки, определяется законом сохранения количества движения в струе:
U₀Q₀t = UQt, (2)
где - плотность жидкости в струе, кг/м³;
U₀ и U - средняя скорость течения струи при выходе из щелевой насадки и на удалении от нее, м/с;
t - время, с;
Q - расход жидкости в струе при удалении от щелевой насадки, м³/с.

где D - диаметр ствола скважины, м;
₁ и ₂ - величина угла наклона начального участка неразрывной струи к оси колонны труб при неподвижном и перемещаемом гидромониторе, град.

Максимальная величина угла ₂ определяется условием наибольшего отклонения от оси колонны труб поверхности градиентного разрыва струи, обращенной к нижней границе интервала установки цементного моста:

При величине угла ₂ менее рассчитанной максимальной величины, но, соответственно, более величины ₁ технологический процесс осуществим. При величине угла ₂ более рассчитанной максимальной величины компактный участок струи разрушается тороидальным вихрем, формирующимся ниже щелевой насадки гидромонитора. Следовательно, вынос загрязняющих частиц из интервала установки цементного моста не происходит.

Площадь сечения гидромонитора:

Из выражений (1), (7), (8), (10) максимально допустимая скорость подъема гидромонитора на колонне труб:

Превышение максимально допустимой скорости подъема гидромонитора не обеспечит очистку ствола скважины. Фактическая скорость подъема гидромонитора, меньшая максимально допустимой, обусловлена техническими возможностями применяемого оборудования.

Для качественной установки цементного моста в интервале необходимо при подъеме гидромонитора полностью заменить в нем объем промывочной жидкости на тампонажный раствор. То есть минимальный расход промывочной жидкости при продавливании тампонажного раствора через гидромонитор должен составлять:
Q₀ = VF₂, (12)
где F₂ - площадь поперечного сечения ствола скважины, м²:

Из выражений (9), (11) - (13) минимальная раскрытость щелевой насадки гидромонитора:

Использование на практике величины щелевой насадки гидромонитора по размерам менее рассчитанной по формуле минимальной величины нецелесообразно, т. к. произойдет отклонение поверхности градиентного разрыва струи, обращенной к нижней границе интервала установки цементного моста, более чем на 90^o, что не обеспечит полную очистку интервала и замещение промывочной жидкости на тампонажный раствор.

Максимальная величина раскрытости щелевой насадки гидромонитора и минимальная величина угла наклона начального участка неразрывной струи к оси колонны труб при неподвижном гидромониторе определяется условием сжатия потока тампонажного раствора при его прохождении из полости колонны труб через щелевую насадку гидромонитора:
F₃ < F₄, (15)
где F₃ - начальная площадь сечения струи при выходе из щелевой насадки гидромонитора, равная площади последней, м²;
F₄ - площадь поперечного сечения канала колонны труб, м²:
F₃ = ₀d₀, (16)

где d - внутренний диаметр колонны труб, м.

Из выражений (15)-(17) максимальная величина ₀ составляет:

Использование на практике величины раскрытости щелевой насадки гидромонитора по размерам более рассчитанной по формуле максимальной величины возможно, но нецелесообразно, т.к. потребуется дополнительная гидравлическая мощность для формирования струи.

Из выражений (14)-(17) минимальная величина угла ₁ составляет:

Формирование струи промывочной жидкости под углом, меньшим указанной минимальной величины, нецелесообразно, т.к. при проходе через щелевую насадку поток тампонажного раствора только меняет свое направление, не образуя струю и не очищая кольцевое пространство скважины. В этом случае также не обеспечивается полное замещение промывочной жидкости на тампонажный раствор.

Максимальная величина угла ₁ определяется с учетом его последующего увеличения до величины угла ₂ при перемещении работающего гидромонитора от нижней границы очищаемого к верхней, исходя из физического смысла выражений (11) и (14):

Формирование струи тампонажного раствора под углом, большим указанной максимальной величины, нецелесообразно, т.к. при подъеме работающего гидромонитора не обеспечивается удаление дезагрегированных загрязняющих частиц и полное замещение промывочной жидкости на тампонажный раствор.

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 с, статическим 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 0,325 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 ³ 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.

Для установки цементного моста используют монитор скважинный гидравлический МГС-168 (см. Совершенствование технологии заканчивания скважин. Материалы научно-технического совета ОАО "Газпром". Ставрополь, сентябрь 1998 г. , М.: ИРЦ Газпром, 1998 г., стр.28). В верхней части гидромонитора выполнена резьба для его соосного присоединения к колонне труб. В данном случае используют колонну бурильных труб марки ПК 73х9 с внутренним диаметром d = 0,073 - 2 0,009 = 0,055 м.

Наружный диаметр щелевой насадки гидромонитора d₀ = 0,116 м выбран из условия безопасного спуска гидромонитора в эксплуатационной колонне внутренним диаметром 0,168 - 2 0,008 = 0,152 м в соответствии с требованиями "Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности" РД 08-200-98.

Угол наклона струи, _1/ , должен находиться в рассчитываемых пределах:


В данном случае выбирают угол наклона струи тампонажного раствора относительно оси колонны бурильных труб при неподвижном гидромониторе ₁ , равный 69^o. В случае выбора угла наклона струи 68,8^o технологический процесс невозможен, т.к. площадь сечения щелевой насадки начинает превышать площадь сечения канала колонны бурильных труб, т.е. струя не образуется. В случае выбора угла наклона 69,1^o технологический процесс невозможен, т.к. при подъеме работающего гидромонитора поверхность градиентного разрыва струи, обращенная к нижней границе интервала установки цементного моста, отклонится от оси колонны труб более чем на 90^o.

Рассчитывают пределы раскрытости щелевой насадки гидромонитора:


В данном случае принимают раскрытость щелевой насадки гидромонитора ₀ = 0,006 м, как обеспечивающую прохождение через нее частиц размером менее 0,006/3 = 0,002 м, остающихся в тампонажном растворе после затворения методом механического перемешивания. При выборе раскрытости щелевой насадки гидромонитора 0,0065 м технологический процесс невозможен, т.к. площадь сечения щелевой насадки начинает превышать площадь сечения канала колонны бурильных труб, т.е. струя не образуется. При выборе раскрытости щелевой насадки гидромонитора 0,0034 м технологический процесс невозможен, т.к. при подъеме работающего гидромонитора поверхность градиентного разрыва струи, обращенная к нижней границе интервала установки цементного моста, отклонится от оси колонны труб более чем на 90^o.

Для расчета скорости подъема гидромонитора на колонне бурильных труб определяют площадь поперечного сечения ствола скважины в интервале установки цементного моста:

Наименьшую подачу тампонажного раствора через гидромонитор, поднимаемый с минимальной скоростью 0,181 м/с, соответствующую работе агрегата А-50У на первой передаче, необходимую для заполнения ствола тампонажным раствором, определяют по выражению
Q = 0,181 0,0829 = 15 10^-3 м³/с.

Подачу насоса, обеспечивающую расход промывочной жидкости при продавливании тампонажного раствора, принимают в соответствии с технической характеристикой цементировочных агрегатов ЦА-320М, Q₀ = 15,8 10^-3 м³/с. Эта подача может быть обеспечена совместной работой двух цементировочных агрегатов ЦА-320М на третьей передаче при диаметре втулок насоса 0,115 м и допустимом давлении нагнетания 11,7 МПа.

Определяют величину угла ₂ :

Рассчитывают максимальную скорость подъема гидромонитора

V 0,188 м/с.

Принимают скорость подъема гидромонитора равной 0,181 м/с, что соответствует работе агрегата А-50У на первой передаче. При подъеме гидромонитора со скоростью, превышающей расчетный предел, например, начиная со второй передачи, наклон струи тампонажного раствора будет ориентирован в сторону нижней границы интервала установки цементного моста, что не обеспечит технического результата.

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 Q₀ = 15,8 10^-3 м³/с при его подъеме со скоростью V = 0,181 м/с 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 = 0,18 + 2,08(0,02 + 0,03 + 0,04 +0,03) 0,5 м³.

Так как забойная температура не превышала 50^oC, выбирают тампонажный портландцемент марки ПЦТ-Д20-50, потребное количество которого для затворения 0,5 м³ тампонажного раствора плотностью = 1820 кг/м³ при водоцементном отношении m = 0,5 составило:

Объем воды, необходимый для затворения 640 кг тампонажного раствора:
V₄ = 1,1mG = 1,1 0,5 640 10^-3 = 0,4 м³.

Объем продавочной жидкости, обеспечивающий доставку тампонажного раствора к гидромонитору с учетом потерь на внутренней поверхности бурильных труб и в верхней зоне смешения:
V₅ = V₃ - V₂ - V₃(с₁ + c₃) = 2,08 - 0,18- 2,08(0,03 + 0,03) 1,80 м³.

На колонне бурильных труб спускают гидромонитор в скважину, заполненную аммонизированным раствором нитрата кальция (промывочной жидкостью). 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 0,115 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 0,5 м³, плотностью 1820 кг/м³, растекаемостью по конусу АзНИИ 0,018 - 0,020 м приготавливают в дополнительной емкости объемом 2,5 м³ ручным вводом 640 кг портландцемента ПЦТ-Д20-50 в 0,4 м³ воды при непрерывном перемешивании двумя цементировочными агрегатами по замкнутой схеме циркуляции.

Порцию тампонажного раствора объемом 0,5 м³ закачивают в колонну бурильных труб одним цементировочным агрегатом при работе на третьей передаче с подачей 7 10^-3 м³/с. 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 0,5 м³ продавливают по колонне бурильных труб к гидромонитору закачкой 1,8 м³ аммонизированного раствора нитрата кальция при работе одного цементировочного агрегата на третьей передаче с подачей 7 10^-3 м³/с, обеспечивая тем самым выход нижней зоны смешения в кольцевое пространство.

После закачки продавочной жидкости в объеме 1,8 м³ увеличивают ее расход до Q₀ = 15,8 10^-3 м³/с 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 ₀ = 0,006 м. Далее направляют начальный участок неразрывной струи тампонажного раствора при неподвижном гидромониторе под углом ₁ = 69^o 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 = 0,181 м/с при работе подъемного агрегата А-50У на первой передаче.

Фактический наклон струи тампонажного раствора, _факт,, при подъеме гидромонитора составляет

При достижении гидромонитором верхней границы интервала установки цементного моста 875,9 м подъем колонны бурильных труб прекращают и при непрерывной подаче промывочной жидкости двумя цементированными агрегатами с расходом Q₀ = 15,8 10^-3 м³/с 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.

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 неподвижного гидромонитора под углом в сторону верхней границы интервала установки цементного моста относительно оси колонны труб, величину которого определяют неравенством

где d - внутренний диаметр колонны труб, м;
d₀ - наружный диаметр щелевой насадки гидромонитора, м;
D - диаметр ствола скважины, м;
₁ - величина угла наклона начального участка неразрывной струи к оси колонны труб при неподвижном гидромониторе, ^o,
и формируют его замкнутой по периметру поперечного сечения гидромонитора щелевой насадкой с раскрытостью, определяемой неравенством

где _o - раскрытость щелевой насадки гидромонитора, м,
а подъем гидромонитора на колонне труб осуществляют со скоростью, рассчитываемой с учетом неравенства

где V - скорость подъема гидромонитора на колонне труб, м/сек;
Q₀ - расход промывочной жидкости при продавливании тампонажного раствора через гидромонитор, м³/с;
₂ - величина угла наклона начального участка неразрывной струи к оси колонны труб при перемещаемом гидромониторе, град., определяемая из выражения
+