Устройство для воздействия на процесс формирования цементного камня при креплении обсадных колонн нефтегазовых скважин

Полезная модель относится к области бурения нефтегазовых скважин, а именно к средствам вибровоздействия на цементный раствор в период его схватывания в процессе крепления обсадных колонн (ОК) нефтегазовых скважин с возможностью оперативного контроля качества цементирования.
Известен гидравлический вибратор обработки тампонажной смеси при цементировании эксплуатационной колонны труб, устанавливаемого внутри колонны непосредственно над ее башмаком. Упругие колебания, производимые ВЦК-146, позволяют ускорить процесс преобразования тампонажной смеси в цементный камень (Авт. Свид. СССР №1438295, приор. 30.09.1986, публ. 20.12.1999).
Эффективность воздействия известного способа снижается с увеличением глубины скважины и наличия сложного геологического разреза из-за расположения вибратора в нижней части скважины, что не позволяет производить локальное воздействие на цементный раствор (тампонажная смесь) в верхнем интервале скважины с залеганием низкопроницаемых пород, требующих более длительной вибрационной обработки (П.А. Ларин, Ю.А. Гуторов, С.Н. Якунина. Проблемы качественного крепления нефтегазовых скважин сложного профиля. /Уфа, УГНТУ, 2013 г.).
Известна технология вибровоздействия на цементный раствор в период его схватывания с помощью вибратора В-115 (http://npf-ergis.ru/catalog).
Вибратор В-115 представляет собой механический генератор низкочастотных колебаний (200 Гц), работающий от погружного электродвигателя, мощностью 800 Вт. С помощью пульта управления на поверхности, передающего команды по каротажному кабелю, осуществляется управление и контроль за работой погружного электродвигателя вибратора В-115 и контроль за работой генератора низкочастотных колебаний.
Электромеханический вибратор В-115 спускают в скважину на каротажном кабеле и устанавливают в нужном интервале, но отсутствие текущего контроля по оценке состояния тампонажной смеси за ОК после вибровоздействия, не позволяет локализовать интервалы, где наблюдается замедленное формирование цементного камня, что в конечном итоге сказывается на качестве цементирования. Кроме того, отсутствие текущего контроля за состоянием тампонажной смеси за ОК в результате вибровоздействия приводит к необоснованному увеличению времени обработки и удорожанию процесса цементирования.
Технической задачей, решаемой предложенной полезной модели, является повышение качества цементирования ОК в нефтегазовых скважинах при снижении трудозатарт за счет применения средств текущего контроля за состоянием тампонажной смеси за ОК в результате вибровоздействия на процесс формирования цементного камня.
Указанная задача решается тем, что заявляемое устройство, содержащее скважинный вибратор с электромеханическим излучателем упругих волн для вибровоздействия на цементный раствор в период его схватывания в процессе крепления обсадных колонн нефтегазовых скважин, выполнено в виде спускаемого в ОК на каротажном кабеле геофизико-технологического комплекса, включающего геофизический зонд акустического цементомера (АКЦ), содержащий акустический излучатель, широкополосный приемник упругих волн, датчик локатора муфт и центраторы, к корпусу которого на гибкой сцепке присоединен указанный скважинный вибратор, при этом по каротажному кабелю с помощью наземного пульта осуществляют управление и контроль за работой геофизико-технологического комплекса.
На прилагаемой фигуре представлена принципиальная схема заявляемого геофизико-технологического комплекса.
В скважину с обсадной колонной (OK) 1 и цементным кольцом 2 на каротажном кабеле 3 спущен геофизико-технологический комплекс, состоящий из геофизического зонда акустического цементомера (АКЦ) 4, имеющего в своей конструкции акустический излучатель 5, широкополосный приемник упругих волн 6, датчик локатора муфт 7 и центраторы 8. К корпусу 9 АКЦ 4 на гибкой сцепке 10 подсоединен корпус 11 вибратора, который снабжен электромеханическим излучателем упругих волн 12. Поз. 13 - глинистые прослойки, поз 14 - известняки, поз. 15 - нефтенасыщенный песчаник. Гибкая сцепка 10 предотвращает воздействие механической вибрации на зонд АКЦ 4, и может быть выполнена в виде отрезка каротажного кабеля. Каротажный кабель 3 соединен с наземным пультом 16 управления и контроля за работой геофизико-технологического комплекса.
Работает геофизико-технологический комплекс следующим образом.
После продавки тампонажной смеси за OK 1 через обратный клапан в башмаке (на фиг.не показано), в OK 1 на каротажном кабеле 3 спускается геофизико-технологический комплекс, состоящий из АКЦ 4 и электромеханического вибратора 11. В начале спуска включается электромеханический излучатель упругих волн 12 на корпусе 11 электромеханического вибратора и комплекс плавно перемещается вниз по глубине с целью обработки вибрацией интервалов геологического разреза, характеризующихся более длительным формированием цементного камня за OK 1 из-за низкой проницаемости, чем нефтенасыщенный песчаник 15, таких как: глинистые прослойки 13 и известняки 14.
Указанные иетервалы обрабатываются с помощью электромеханического излучателя упругих волн 12 в течение определенного времени в зависимости от типа горных пород, залегающих в интервалах геологического разреза в скважине (0,5-1,5 часа), после чего, по команде с наземного пульта 16 управления и контроля отключают вибратор 11 и включают АКЦ 4, с помощью которого оценивают состояние тампонажной смеси за OK 1, при этом выделяют интервалы, где наблюдается замедленное формирование цементного камня, после чего АКЦ 4 по команде с поверхности отключают и вновь обрабатывают выделенные интервалы электромеханическим излучателем упругих волн 12, включив электромеханический вибратор 11, при этом увеличивают время обработки тех интервалов (например, 13, 14) геологического разреза, где процесс формирования тампонажного камня 2, выявленный АКЦ 4, идет более медленным темпом.
После обработки вибратором 11 вновь оценивают состояние формирующегося тампонажного камня 2 за OK 1 с помощью АКЦ 4 и после получения информации, что качество цементирования OK 1 в местах интервалов геологического разреза с более медленным темпом формирования тампонажного камня, достигло необходимого уровня, виброобработку прекращают и геофизико-технологический комплекс в составе АКЦ 4 и вибратора 11 извлекают из OK 1.
Эффективность применения предлагаемого геофизико-технологического комплекса обеспечивается за счет возможности устанавливать вибратор против конкретного пласта для локальной виброобработки тампонажного раствора, при этом длительность виброобработки устанавливают в зависимости от степени проницаемости горной породы, а результаты виброобработки контролируются зондом акустического це-ментомера, что позволяет оперативно оценивать состояние цементного камня, в результате чего сокращается время проведения работ по вибровоздействию на цементный раствор и снижаются трудозатраты.