УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТАВА ЖИДКОСТНОЙ ВАННЫ, ЛИКВИДИРУЮЩЕЙ ПРИХВАТ ТРУБНЫХ КОЛОНН В ВЕРТИКАЛЬНОЙ СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к установкам для исследования состава жидкостной ванны, ликвидирующей прихват трубных колонн в вертикальной скважине и может найти применение в нефтегазовой промышленности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является установка для исследования состава жидкостной ванны, ликвидирующей прихват трубных колонн в скважине, содержащая открытый сосуд и помещенный в него полый цилиндр, имитирующий трубную колонну, причем открытый сосуд заполнен глинистой пастой, а полый цилиндр - исследуемым составом жидкостной ванны (см. описание патента на изобретение RU 2374296, C09K 8/528, 27.11.2009).
В упомянутом выше техническом решении определение усилия, необходимого для страгивания полого цилиндра, имитирующего трубную колонну, производится посредством измерительной системы, включающей в себя весы, сосуд с песком и весовые платформы, с расположенными на них грузом и чашкой для сбора песка.
Описанная выше измерительная система не обеспечивает точность, необходимую для проведения исследований, поскольку весовой метод измерения имеет достаточно большую погрешность при определении усилия, необходимого для страгивания полого цилиндра.
Недостаточная точность определения усилия, необходимого для страгивания полого цилиндра, затрудняет выбор эффективного состава жидкостной ванны для ликвидации прихвата трубных колонн в вертикальной скважине, поскольку чем меньше упомянутое усилие, тем эффективнее состав жидкостной ванны для ликвидации прихвата трубных колонн в вертикальной скважине.
Таким образом, недостатком упомянутого выше технического решения является недостаточная точность определения усилия, необходимого для страгивания полого цилиндра, имитирующего трубную колонну и, следовательно, недостаточная эффективность выбора состава жидкостной ванны для ликвидации прихвата трубных колонн.
Задачей заявленной полезной модели является создание установки, которая бы обеспечивала выбор эффективного состава жидкостной ванны для ликвидации прихвата трубных колонн в вертикальной скважине для конкретных горно-геологических условий.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение эффективности выбора состава жидкостной ванны для ликвидации прихвата трубных колонн в вертикальных скважинах в результате сальникообразования за счет повышения точности проведения измерений для определения усилия, необходимого для страгивания полого цилиндра.
Указанный технический результат достигается за счет того, что установка для исследования состава жидкостной ванны, ликвидирующей прихват трубных колонн в скважине, содержит открытый сосуд и помещенный в него полый цилиндр, имитирующий трубную колонну, причем открытый сосуд заполнен глинистой пастой, а полый цилиндр - исследуемым составом жидкостной ванны, а также установка содержит вертикальную пластину, прикрепленную к стенке открытого сосуда, устройство для измерения линейных размеров, установленное на верхнем торце вертикальной пластины, подвесной натяжной ролик, груз, выполненный с возможностью изменения его веса и подвешенный к оси подвесного натяжного ролика, неподвижное колесо, нить, проходящую последовательно снизу вверх по верхней цилиндрической поверхности неподвижного колеса и по нижней поверхности подвесного натяжного ролика, и Г-образную стойку, на горизонтальной поверхности которой закреплены неподвижное колесо и верхний конец нити, причем устройство для измерения линейных размеров выполнено в виде индикатора часового типа, содержащего измерительный стержень, нижний конец которого скреплен посредством проволоки с верхним торцом полого цилиндра, а верхний конец - с нижним концом нити, при этом в полом цилиндре выполнен ряд вертикальных сквозных отверстий.
Механизм возникновения затяжек и прихватов бурильных труб зачастую сводится к образованию на забое или в кавернах, а также на долоте и замках бурового инструмента слипшихся глинистых частиц из частично размягченных обломков выбуренной или обваливающихся пород, все более уплотняющихся в процессе бурения скважины. В результате физико-химического взаимодействия глинистых частиц друг с другом, стенкой скважины и колонной труб образуется довольно прочный сальник, препятствующий движению бурового инструмента вплоть до полной его остановки, когда мощность и прочность буровой установки не позволяют обеспечить перемещение трубных колонн.
В случае образования прихвата в результате сальникообразования одним из распространенных способов его ликвидации является установка жидкостных ванн (при условии сохранения частичной циркуляции), воздействие которых основано на разрушении коагуляционной структуры глинистых частиц путем химического растворения, разжижения и других видов воздействий или их комбинаций.
Состав жидкостной ванны должен обладать способностью разрушать сальник путем нарушения структурных связей между глинистыми частицами, не исключая возможности частичного или полного разрушения сальника.
Разупрочнение сальника под воздействием различных жидкостных ванн характеризует эффективность их использования.
Посредством индикатора часового типа отслеживается момент страгивания полого цилиндра и определяется усилие, необходимое для страгивания. Эффективным считают тот состав жидкостной ванны, при котором необходимо меньшее усилие для страгивания полого цилиндра.
Проведение измерений с помощью устройства для измерения линейных размеров, выполненного в виде индикатора часового типа повышает точность измерений, проводимых для определения усилия, необходимого для страгивания полого цилиндра, поскольку индикаторы часового типа имеют небольшую погрешность измерения (в пределах от ±6 до ±40 мкм) и, кроме того, индикаторы часового типа оснащаются противоударным механизмом для обеспечения точности измерений и длительного срока службы прибора.
Выполнение в полом цилиндре вертикального ряда сквозных отверстий обеспечивает возможность воздействия исследуемого состава жидкостной ванны, которым заполнено внутреннее пространство полого цилиндра, на глинистую пасту (имитирующую сальник).
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На чертеже показана установка для исследования состава жидкостной ванны, ликвидирующей прихват трубных колонн в скважине.
Установка содержит открытый сосуд 1, заполненный глинистой пастой 2, полый цилиндр 3, имеющий вертикальный ряд сквозных отверстий 4 и верхнее отверстие 6 для заливки состава жидкостной ванны 5, вертикальную пластину 7, проволоку 8, устройство для измерения линейных размеров, выполненное в виде индикатора часового типа 9, нить 10, груз 11, который выполнен с возможностью изменения его веса, подвесной натяжной ролик 12, неподвижное колесо 13 и Г-образную стойку 14.
Глинистая паста 2 имитирует прихват трубных колон в результате сальникообразования и может быть приготовлена, например, из бентонитового глинопорошка.
В глинистую пасту 2 помещается элемент, имитирующий трубную колонну, выполненный в виде полого цилиндра 3, изготовленного из металла, например, из нержавеющей стали.
Исследуемый состав жидкостной ванны 5 заливается сверху через отверстие 6 в полый цилиндр 3 и через вертикальный ряд сквозных отверстий 4 оказывает физико-химическое воздействие на глинистую пасту 2 в течении заданного периода времени.
Нижняя часть вертикальной пластины 7 прикреплена к задней стенке открытого сосуда 1. Высота вертикальной пластины 7 больше, чем высота открытого сосуда 1.
Устройство для измерения линейных размеров закреплено на верхнем торце вертикальной пластины 7 и выполнено в виде индикатора часового типа 9, содержащего измерительный стержень. Нижний конец измерительного стержня скреплен посредством проволоки 8 с верхним торцом полого цилиндра 3. К верхнему концу измерительного стержня прикреплен нижний конец нити 10. Верхний конец нити 10 закреплен на средней части горизонтальной поверхности Г-образной стойки 14. Неподвижное колесо 13 закреплено на открытом торце горизонтальной поверхности Г-образной стойки 14. Нить 10 последовательно проходит снизу вверх по верхней цилиндрической поверхности неподвижного колеса 13 и по нижней поверхности подвесного натяжного ролика 12.
К оси подвесного ролика 12 подвешивается груз 11, который в рабочем положении висит вертикально. При изменении веса груза и функционировании установки обеспечивается перемещение полого цилиндра 3 по поверхности глинистой пасты 2. Груз 11 может быть выполнен в виде чашки с разновесами. Перемещение полого цилиндра 3 фиксируется индикатором часового типа 9.
Индикатор часового типа 9 предназначен для измерения линейных размеров абсолютным и относительным методами определения величины отклонений от заданной геометрической формы и взаимного расположения поверхностей. Выпускается согласно ГОСТ 577-68 Кировским заводом «Красный инструментальщик».
Установка для выбора состава жидкостной ванны работает следующим образом.
В вертикальном положении открытый сосуд 1 заполняют заранее приготовленной глинистой пастой 2 и помещают в нее на заданную глубину полый цилиндр 3, к верхнему торцу которого прикреплена проволока 8. Нить 10 перебрасывают через неподвижное колесо 13, подвешивают на ней подвесной натяжной ролик 12 и закрепляют ее на горизонтальной поверхности Г-образной стойки 14. К оси подвесного натяжного ролика 12 подвешивают вертикально висящий груз 11 (представляющий собой чашку с расположенными на ней разновесами).
Далее в полый цилиндр 3 через верхнее отверстие 6, заливают определенный объем исследуемого состава жидкостной ванны 5, который в течение заданного периода времени покоя будет постепенно оказывать физико-химическое воздействие на глинистую пасту 2 через вертикальный ряд сквозных отверстий 4.
После истечения заданного периода времени покоя постепенно изменяют массу груза 11, путем нагружения его чашки разновесами. Постепенное изменение массы груза приводит к перемещению полого цилиндра 3, которое фиксируется индикатором часового типа 9.
Усилие Q, необходимое для страгивания полого цилиндра 3, можно представить в виде:
где Q - страгивающее усилие, H;
G - вес полого цилиндра, при котором индикатором часового типа зафиксировано начало его перемещения, H;
2
S - площадь контакта полого цилиндра с сальником, м;
τ - напряжение сдвига на поверхности соприкосновения полого цилиндра с сальником, Па.
Чем меньше страгивающее усилие, тем эффективнее состав жидкостной ванны для ликвидации прихвата.
Определив страгивающее усилие опытным путем, рассчитывают касательные напряжения τ из следующего выражения:
где m - масса полого цилиндра, кг;
2
g - ускорение свободного падения, м/с;
пр
в
l=l+l - длина полого цилиндра, м;
пр
в
l, l - длина полого цилиндра в сальнике и над верхней границей зоны прихвата, м;
d - диаметр полого цилиндра, м;
c
3
ρ, ρ - плотность материала полого цилиндра и сальника, кг/м.
Величина τ, определяемая по приведенной выше формуле, может быть использована как показатель эффективности разупрочнения сальника под действием различных составов жидкостных ванн в течение одинакового периода времени воздействия на предлагаемой установке.
Предлагаемая установка позволит осуществить выбор эффективных составов жидкостных ванн с целью ликвидации прихватов трубных колонн при строительстве вертикальных скважин для конкретных горно-геологических условий, использование которых в нефтегазовой промышленности даст экономический эффект.