МОДЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ КРЕПИ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике для определения температуры цементного камня за обсадными колоннами и оценки теплозащитных свойств крепи скважины, а также может использоваться в нефтяной и газовой промышленности для подбора тампонажных материалов при креплении скважин в многолетних мерзлых породах и в паро-нагнетательных скважинах.
Для оценки теплозащитных свойств строительных материалов используются специальные приборы, например, выпускаемые компанией «Интерприбор». Наиболее близким к заявляемому объекту является прибор МИТ-1, предназначенный для оперативного определения теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов (твердых, волокнистых, сыпучих) зондовым методом по ГОСТ 30256, и включающий измерительный зонд с электронным блоком.
Недостатком указанного прибора является невозможность определения теплозащитных свойств многослойных систем, например, крепи скважины, состоящей из нескольких обсадных колонн и цементного камня, находящегося между ними.
Задачей полезной модели является разработка модельной установки, позволяющей определить теплозащитные свойства многослойных систем, с достижением следующего технического результата - определение температуры внутри цементного камня и между обсадными колоннами на модели крепи скважины.
Поставленная задача достигается тем, что модельная установка для исследования теплозащитных свойств крепи скважины, содержащая измерительный зонд с электронным блоком, представляет собой корпус, в котором размещена модель крепи скважины, состоящая из металлических пластин, расположенных друг от друга на расстоянии 25-30 мм, пространство между которыми заполнено тампонажным камнем, в котором выполнены отверстия для замера температуры с помощью измерительного зонда, причем крайняя металлическая пластина контактирует с емкостью с водой постоянной заданной температуры, а тампонажный камень, размещенный с противоположной стороны, контактирует с емкостью со льдом.
На фигуре представлен общий вид установки для исследования теплозащитных свойств крепи скважины.
Установка для исследования теплозащитных свойств крепи скважины состоит из: корпуса 1, выполненного из материала с низкой теплопроводностью; стальных пластин 2; тампонажного камня 3; с отверстиями 4 для установки измерительного зонда 5 и электронного устройства 6. В корпусе 1 со стороны крайней металлической пластины 2 имеется емкость 7, заполненная водой, имеющей постоянную заданную температуру, и моделирующей теплый пластовый флюид, поднимающийся по скважине от забоя к устью. В корпусе 1 со стороны тампонажного камня имеется емкость 8, заполненная льдом, моделирующим многолетнемерзлые породы, расположенные вокруг устья скважины. Количество металлических пластин 2 и слоев тампонажного камня 3 может меняться от 2 до 4, что позволяет моделировать различные конструкции скважин. Температура воды, контактирующей с металлической пластиной, может изменяться от 0 до 50°C, что моделирует температуру пластового флюида, находящегося на различной глубине от устья скважины. Расстояние между металлическими пластинами составляет 25-30 мм, что соответствует расстоянию, в радиальном направлении, между смежными обсадными колоннами в скважинах, и соответствует толщине тампонажного кольца между смежными обсадными колоннами.
Таким образом, установка моделирует фрагмент крепи скважины в процессе работы скважины.
Установка для исследования теплозащитных свойств крепи скважины работает следующим образом. В корпусе 1 в специальные пазы, находящиеся на расстоянии 25-30 мм друг от друга, вставлены стальные пластины 2. Между пластинами залит тампонажный раствор, образующий после твердения тампонажный камень 3, и установка оставлена на ожидание затвердевания цемента (ОЗЦ). После ОЗЦ в тампонажном камне 3 просверлены отверстия 4 для установки измерительного зонда. В емкость 7 налита вода, в которой поддерживается заданная температура. В емкости 8 размещен лед, который изолирован от внешней среды (на фигуре не показано).
Через каждый час в отверстия в тампонажном камне поочередно устанавливают измерительный зонд, показания которого фиксируются электронным блоком.
Таким образом, установка позволяет:
- оценить кинетику изменения температуры в каждом слое цементного камня;
- оценить время начала растепления ледяного массива вокруг скважины;
- оценить теплозащитные свойства цементного камня вокруг обсадных колонн;
- оценить влияние конструкции скважины (количество слоев цементного камня и обсадных колонн) на растепление ледяного массива вокруг скважины;
- оптимизировать теплофизические свойства каждого из элементов крепи скважины (цементного камня и обсадных колонн).
Экспериментальная установка была изготовлена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете на кафедре бурения нефтяных и газовых скважин. При этом размеры корпуса и емкостей составляют в длину 600 мм, в ширину 250 мм и в высоту 150 мм.
В частности, установка была использована для исследования теплозащитных свойств тампонажного камня, полученного из различных тампонажных материалов.
Результаты экспериментов приведены в таблице. Температура воды на границе с металлом составляла 50°C. Ледяной массив не использовался.
Из таблицы видно, что температуры между обсадными колоннами в слоях цементного камня отличаются друг от друга и изменяются во времени, что характеризует распределение температур в крепи реальной скважины.