УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫТЕСНЕНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ТЕКУЩИХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ЦЕМЕНТИРОВАНИИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике для определения степени вытеснения в каверне последовательно текущих жидкостей при креплении скважин (бурового раствора тампонажным, буферной жидкости цементным раствором, промывочной жидкости буферной жидкостью) и может использоваться в нефтегазовой промышленности, особенно при цементировании скважин на месторождениях с большим коэффициентом кавернозности.
Известна экспериментальная установка для оценки степени замещения промывочной жидкости тампонажным раствором, включающая трубу, по которой последовательно движутся вытесняемая и вытесняющая жидкости [Howard G.C., Clark J.B. Factors to be consedered in obtaiting proper cementing of casing // Oil and Gas J. - 1948. - 11/11. - Vol. 46, №46]. Недостатком указанной установки является отсутствие кольцевого пространства между стенкой скважины и обсадной колонной.
Наиболее близким к заявляемому объекту, т.е. прототипом, является установка для исследования вытесняющей способности вязкоупругого состава, включающая стеклянную трубу, имеющую модель местных сопротивлений, таких как: резкое сужение, спираль, устройство для подачи вытесняемой и вытесняющей жидкостей и приборы для замера давления и регулирования расхода [Н.М. Шерстнев и др. Предупреждение и ликвидация осложнений в бурении/Москва, Недра, 1979. С. 258-260].
Недостатком данной установки является невозможность определения вытеснения одной жидкости другой в кольцевом пространстве «скважина - обсадная колонна», а также вытеснение жидкостей при наличии каверн в скважине в вертикальных и наклонных участках скважины.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков и разработка модельной установки, позволяющей определить степень вытеснения последовательно текущих жидкостей в каверне в кольцевом пространстве.
Поставленная задача достигается тем, что в установке для исследования процесса вытеснения последовательно текущих жидкостей при цементировании обсадных колонн, включающей модель скважины в виде прозрачной трубы, устройства для последовательной закачки вытесняемой и вытесняющей жидкостей, приборы для регулирования расхода жидкостей и контроля давления, согласно полезной модели труба, моделирующая скважину, имеет участок с увеличенным диаметром, моделирующий кавернозную часть скважины, а внутри трубы, моделирующей скважину, установлена труба меньшего диаметра, моделирующая обсадную колонну. При этом труба, моделирующая скважину, может располагаться под углом от 0 до 60 градусов от вертикали. Соотношение диаметров трубы, моделирующей обсадную колонну, и трубы, моделирующей скважину (внутренней и наружной труб) составляет от 0,7 до 0,85; отношение длины модели каверны к ее диаметру составляет от 15 до 40. Кроме того, труба, моделирующая обсадную колонну, может быть установлена в трубе, моделирующей скважину, с различным эксцентриситетом.
Соотношение диаметров внутренней и наружной трубы, равное 0,7-0,85, соответствует наиболее распространенным соотношениям диаметров обсадных колонн и диаметров скважин, например:
146:215,9=0,67; 168,7:215,9=0,78; 244,5: 95,3=0,83.
Отношение длины каверны к ее диаметру взято на основе анализа кавернограмм, полученных при проведении геофизических исследований в скважинах, например, при длине каверны 10 м диаметр составляет 25 см (отношение равно 40), и коэффициент кавернозности при бурении долотом 215,9 мм составляет 1,17.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение достоверности результатов исследования и возможность прогнозирования степени вытеснения бурового раствора тампонажным, буферной жидкости цементным раствором, промывочной жидкости буферной жидкостью при их последовательном течении в кавернозной части ствола скважины.
На фигуре представлена схема установки для исследования процесса вытеснения последовательно текущих жидкостей при цементировании обсадных колонн.
Установка для исследования процесса вытеснения последовательно текущих жидкостей при цементировании обсадных колонн состоит из стеклянной трубы 1, моделирующей скважину и имеющей расширенный участок 2, моделирующий каверну. Внутрь трубы, моделирующей скважину, установлена труба меньшего диаметра 3, моделирующая обсадную колонну, спущенную в скважину.
Вытесняющую жидкость 5 заливают в герметично закрывающуюся емкость 4, из которой под давлением по трубопроводу 6 подают в нижнюю часть трубы 1, моделирующей скважину (затрубное пространство скважины). Газ, выталкивающий вытесняющую жидкость 5, поступает в емкость 4 по трубопроводу 7, его расход регулируют краном 8, а давление контролируют манометром 9. Вытесняемая жидкость, выходящая из модели скважины, через трубопровод 10 направляется в мерную емкость 11.
Пример.
До начала проведения опыта кран 8 должен быть закрыт, в бак 4 заливают вытесняющую жидкость 5 (цементный раствор). Пространство между трубой, моделирующей скважину, и трубой, моделирующей обсадную колонну (затрубное пространство модели скважины), заполняют вытесняемой жидкостью (буровым раствором). Через кран 8 по трубопроводу 7 в емкость 4 закачивают газ, под давлением которого из емкости 4 в затрубное пространство поступает вытесняющая жидкость (цементный раствор), который вытесняет буровой раствор.
Процесс вытеснения фиксируют визуально и камерой. По рассчитанным скоростям движения жидкостей рассчитывают режим течения и устанавливают зависимости между скоростью, режимом течения и степенью вытеснения промывочной жидкости.
Исследования с использованием в качестве вытесняющей и вытесняемой жидкости буферной жидкости и цементного раствора, промывочной жидкости и буферной жидкости проводят аналогично.
Таким образом, установка позволяет:
- смоделировать движение жидкости в каверне;
- определить степень замещения различных технологических жидкостей при различных скоростях течения;
- определить характер смешения жидкостей;
- проектировать скорости течения жидкостей при цементировании, для наилучшего замещения в каверне;
- исследовать эффективность применения различных типов буферных жидкостей.
Экспериментальная установка изготовлена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете на кафедре бурения нефтяных и газовых скважин.