[go: up one dir, main page]

RU2652777C1 - Estimation method of the quality of well cementing in low-temperature rocks - Google Patents

Estimation method of the quality of well cementing in low-temperature rocks Download PDF

Info

Publication number
RU2652777C1
RU2652777C1 RU2017124763A RU2017124763A RU2652777C1 RU 2652777 C1 RU2652777 C1 RU 2652777C1 RU 2017124763 A RU2017124763 A RU 2017124763A RU 2017124763 A RU2017124763 A RU 2017124763A RU 2652777 C1 RU2652777 C1 RU 2652777C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cement
heat
cementing
well
temperature
Prior art date
Application number
RU2017124763A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Полозков
Ким Александрович Полозков
Дмитрий Александрович Астафьев
Александр Анатольевич Бабичев
Александр Викторович Сутырин
Владимир Александрович Истомин
Герман Анатольевич Иванов
Сергей Григорьевич Санников
Александр Николаевич Добренков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ"
Priority to RU2017124763A priority Critical patent/RU2652777C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2652777C1 publication Critical patent/RU2652777C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/005Monitoring or checking of cementation quality or level

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention relates to the gas and oil industry and can be used in the development of northern hydrocarbon reservoirs, in particular when controlling the thermal insulating capacity of a thermal insulated column (TIC) and assessing the quality of wells cementing drilled in areas of low-temperature rocks (LP). Quality of the well cementing in the LP, equipped with TIC, is determined by isolating the different sections hi, where i = [1…n] is the number of the site to be examined, taking into account the stability of the rocks, and / or their cavern porosity, and / or absorbing capacity. Before the injection of cement at the wellhead, temperature surveys are carried out, including the measurement of the temperatures of the selected equal volumes of samples of the displacement fluid, water and their mixtures. Taking into account the estimation of the specific heat release limit of the cement used at the well in a casing string annulus and the specific limit total heat quantity, which releases 1 kg of a cementing slurry when filling the entire annular space during cementation during hydration in the cement sheath, determine the index of the cementing quality factor Kqf.
EFFECT: expansion of functionality, consisting in using a heat-insulated casing column at an optimum depth; increase in the quality of fastening and sealing ability of the cemented wellbore, as well as the thermal insulating capacity of the direction used at the well.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности и может быть использовано при освоении северных месторождений углеводородов, в частности при контроле теплоизолирующей способности теплоизолированной обсадной колоны (ТОК) и оценке качества цементирования скважин, пробуренных в районах низкотемпературных пород (НП).The invention relates to the gas and oil industries and can be used in the development of northern hydrocarbon deposits, in particular when monitoring the heat-insulating ability of a heat-insulated casing string (CTC) and evaluating the quality of cementing of wells drilled in areas of low-temperature rock (NP).

Известен способ контроля технического состояния эксплуатационных скважин, цементирования скважин с использованием стандартных геофизических методов (Методика контроля технического состояния эксплуатационных скважин, Полозков А.В., Потапов А.Г., Коротаев Ю.П. и др., ООО «ВНИИГАЗ», М., 2000). Известный способ определяет основные положения по осуществлению контроля технического состояния эксплуатационных газовых скважин на месторождениях с указанием общего комплекса и конкретных работ, необходимых к выполнению. В способе определяют геокриологические условия по месторождениям, рассматривают соответствие выбранных конструкций скважин сложным горногеологическим условиям, требования к качеству цементирования, крепления, методы контроля за текущим состоянием цементного камня, герметичностью газовых скважин с выявлением причин межколонных давлений, негерметичности, отказов подземного оборудования. Однако этот способ неприменим при использовании теплоизолированной обсадной колонны, а также в обсадных колоннах, диаметр которых более 426 мм.A known method of monitoring the technical condition of production wells, cementing wells using standard geophysical methods (Technique for monitoring the technical condition of production wells, Polozkov A.V., Potapov A.G., Korotaev Yu.P. et al., VNIIGAZ LLC, M ., 2000). The known method determines the basic provisions for monitoring the technical condition of production gas wells in the fields, indicating the overall complex and the specific work required to be performed. The method determines the geocryological conditions for the fields, considers the compliance of the selected well designs with complex geological conditions, the requirements for the quality of cementing, fastening, methods for monitoring the current state of the cement stone, the tightness of gas wells with the identification of the causes of annular pressures, leaks, and failures of underground equipment. However, this method is not applicable when using a thermally insulated casing string, as well as in casing strings with a diameter of more than 426 mm.

Наиболее близким к предлагаемому является способ оценки качества крепления скважин в интервалах многолетнемерзлых и низкотемпературных пород (патент РФ №2085727, кл. Е21В 47/00, опубл. 27.07.1997), включающий измерение температуры в скважине в процессе затвердевания цемента. Способ предусматривает контроль тепловыделения при его гидратации в цементном кольце при известных температурах окружающих скважину многолетнемерзлых пород (ММП) и НП, температур бурового раствора при бурении ствола под спуск ТОК, продавочной жидкости внутри цементируемой колонны, температур колонны перед спуском и при спуске ее в скважину, выходящих бурового и тампонажного растворов на устье скважины при цементировании обсадной колонны. По перечисленным параметрам в исследуемом интервале определяют удельное тепловыделение тампонажного раствора в затрубном пространстве скважины на момент исследования во время затвердевания цемента. В исследуемом интервале также определяют тепло, выделяемое цементным кольцом и перераспределенное между ним и окружающими скважину породами, продавочной жидкостью и обсадной колонной за время, прошедшее после окончания цементирования, до затвердевания цемента при его гидратации. Способ также позволяет определить предельное суммарное количество тепла гидратации, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении заколонного за ТОК пространства в разные моменты исследования во время контролируемого процесса затвердевания цемента. Недостатком известного способа является отсутствие необходимого контроля и замеров температуры как непосредственно внутри теплоизолированной колонны, так и в цементном кольце, с учетом теплообмена в скважине, характерного при использовании ТОК.Closest to the proposed one is a method for assessing the quality of fastening of wells in the intervals of permafrost and low-temperature rocks (RF patent No. 2085727, class ЕВВ 47/00, publ. 07.27.1997), including measuring the temperature in the well during cement hardening. The method involves controlling heat generation during its hydration in a cement ring at known temperatures of permafrost (MMP) and NP surrounding the well, drilling fluid temperatures when drilling a well for launching a drilling fluid, discharging fluid inside a cemented string, temperatures of the string before running and when lowering it into the well, outgoing drilling and grouting solutions at the wellhead during casing cementing. Using the listed parameters in the studied interval, the specific heat release of the cement slurry in the annulus of the well is determined at the time of the study during cement hardening. In the studied interval, the heat released by the cement ring and redistributed between it and the rocks surrounding the well, the squeezing fluid and the casing for the time elapsed after the cementing is completed, until the cement hardens when it is hydrated, is also determined. The method also allows you to determine the maximum total amount of heat of hydration, which emits 1 kg of cement slurry when filling the annular behind the current space at different points in the study during the controlled process of cement hardening. The disadvantage of this method is the lack of necessary control and temperature measurements both directly inside the insulated column and in the cement ring, taking into account heat transfer in the well, typical when using current.

Задача предлагаемого изобретения состоит в разработке способа оценки качества цементирования скважины в низкотемпературных породах, позволяющего использовать теплоизолированные обсадные колонны.The objective of the invention is to develop a method for assessing the quality of cementing wells in low-temperature rocks, allowing the use of insulated casing.

Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей, заключающихся в использовании теплоизолированной обсадной колонны на оптимальной глубине. Дополнительный технический результат изобретения заключается в повышении качества крепления и герметизирующей способности зацементированного ствола скважины, а также теплоизолирующей способности направления, используемого на скважине.The technical result of the invention is the expansion of functionality, which consists in using a thermally insulated casing at an optimal depth. An additional technical result of the invention is to improve the quality of the fastening and sealing ability of the cemented wellbore, as well as the heat-insulating ability of the direction used in the well.

Сущность изобретения заключается в следующем. Способ оценки качества цементирования скважины в низкотемпературных породах, оснащенной теплоизолированной обсадной колонной и термоизмерительным устройством, заключается в том, что в скважине после ее бурения выделяют различающиеся по условиям участки hi, где i=[1…n] - номер исследуемого участка, учитывающие устойчивость пород, их кавернозность, поглощающие способности, тепловые условия. Перед закачкой цемента на устье скважины производят термометрические исследования, включающие измерение температур отобранных равных объемов проб продавочной жидкости и воды, которые помещают в термос и перемешивают, после чего регистрируют установившуюся температуру смеси продавочной жидкости и воды, определяют объемную теплоемкость продавочной жидкости как:The invention consists in the following. A method for assessing the quality of cementing a well in low-temperature rocks equipped with a heat-insulated casing and a thermo-measuring device is that, after drilling it, sections h i are distinguished by conditions, where i = [1 ... n] is the number of the studied section, taking into account stability rocks, their cavernousness, absorbing abilities, thermal conditions. Before the cement is injected at the wellhead, thermometric studies are carried out, including measuring the temperatures of the selected equal volumes of samples of the squeezing liquid and water, which are placed in a thermos and mixed, after which the steady-state temperature of the mixture of squeezing liquid and water is recorded, the volumetric heat capacity of the squeezing liquid is determined as:

Figure 00000001
Figure 00000001

где - Сж - объемная теплоемкость продавочной жидкости, отобранной пробы на устье при закачке в скважину (кДж/м3°C),where - W - the volumetric heat capacity of the displacement fluid, the sample taken at the wellhead during injection into the well (kJ / m 3 ° C),

- Св - объемная теплоемкость воды, (кДж/м3°C);- C in - volumetric heat capacity of water, (kJ / m 3 ° C);

- tж - температура продавочной жидкости на устье скважины, (°С);- t W - temperature displacement fluid at the wellhead, (° C);

- tв - температура воды на устье скважины, (°C);- t in - water temperature at the wellhead, (° C);

- tсм - температура смеси продавочной жидкости и воды, (°C).- t cm is the temperature of the mixture of squeezing liquid and water, (° C).

По данным термометрических исследований в процессе цементирования ТОК для каждого выделенного участка hi ствола скважины определяют количество суммарного тепла Qжi, перераспределенного между цементным кольцом ТОК и объемом продавочной жидкости, находящейся внутри колонны в границах этого участка:According to the data of thermometric studies in the course of cementing, the amount of total heat Q xi redistributed between the cement ring and the volume of displacement fluid inside the column within this section is determined for each selected section h i of the wellbore:

Figure 00000002
Figure 00000002

где: - tнжi - температура продавочной жидкости внутри ТОК в границах i-го выделенного участка в начале периода схватывания цемента при цементировании ТОК, (°C);where: - t ni - temperature of the displacement fluid inside the TOK within the boundaries of the i-th selected area at the beginning of the cement setting period during the cementing of the TOK, (° C);

- tжi - температура продавочной жидкости внутри ТОК в границах i-го выделенного участка после окончания закачки цемента и в период гидратации цемента при цементировании ТОК, (°C);- ti is the temperature of the displacement fluid inside the TOK within the boundaries of the i-th selected area after the end of cement injection and during the hydration of cement during cementing of the TOK, (° C);

- rвк - внутренний радиус трубы цементируемой ТОК, (м).- r VK - the inner radius of the pipe cemented TOK, (m).

Затем определяют количество тепла Qкi, необходимого для нагрева внутренней поверхности цементируемой ТОК, в произвольный момент времени проведения исследования после закачки цемента в скважину выделенного i-го участка:Then determine the amount of heat Q ki required to heat the inner surface of the cemented SLC, at an arbitrary point in time of the study after pumping cement into the well of the selected i-th section:

Figure 00000003
Figure 00000003

где:Where:

- Скi - теплоемкость внутренней колонны, (Дж/м3°C);- With ki is the heat capacity of the inner column, (J / m 3 ° C);

- τк - внешний радиус трубы цементируемой ТОК, (м).- τ to - the outer radius of the pipe cemented TOK, (m).

После чего определяют количество тепла Qцi, необходимого для нагрева выделенного i-ого участка цементного кольца цементируемой ТОК:Then determine the amount of heat Q qi required to heat the selected i-th section of the cement ring cemented current:

Figure 00000004
Figure 00000004

где:Where:

- Сцi - теплоемкость выделенного i-ого участка цементного кольца, (Дж/м3°C);- С Цi - heat capacity of the selected i-th section of the cement ring, (J / m 3 ° C);

- tнцi - температура на внутренней поверхности цементного кольца в начале периода схватывания цемента, (°C);- t нцi - temperature on the inner surface of the cement ring at the beginning of the cement setting period, (° C);

- tцi - температура на внешней поверхности выделенного i-ого участка цементного кольца в начале периода схватывания цемента, (°C);- t ci - temperature on the outer surface of the selected i-th section of the cement ring at the beginning of the cement setting period, (° C);

- rцi - наружный радиус выделенного i-ого участка цементного кольца, (м);- r qi is the outer radius of the selected i-th section of the cement ring, (m);

- rц1i - внутренний радиус выделенного i-ого участка цементного кольца, (м).- r c1i is the inner radius of the selected i-th section of the cement ring, (m).

Определяют суммарное удельное тепловыделение qτцi при гидратации цемента в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования выделенного i-го участка при цементировании:The total specific heat release q τцi is determined during cement hydration in the annulus of the well 1 kg of cement slurry at the time of the study of the selected i-th area during cementing:

Figure 00000005
Figure 00000005

где:Where:

- Qνцi - суммарное выделенное количество тепла при гидратации цементного кольца исследуемого метрового интервала i-го участка;- Q νцi - the total amount of heat released during hydration of the cement ring of the investigated meter interval of the i-th section;

- ρц - плотность тампонажного раствора в затрубном пространстве скважины, (кг/м3);- ρ C - the density of the cement slurry in the annulus of the well, (kg / m 3 );

- τц - время проведения исследования при гидратации цемента.- τ C - the time of the study during hydration of cement.

С учетом оценки суммарной величины удельного тепловыделения qτцi при гидратации цемента в затрубном пространстве определяют показатель коэффициента качества цементирования Ккцi ТОК на глубине hi выделенного i-го участка;Taking into account the assessment of the total specific heat release q τci during cement hydration in the annulus, an indicator of cementing quality coefficient K kci TOK at a depth h i of the selected i-th section is determined;

Figure 00000006
Figure 00000006

где:Where:

- qп - предельное суммарное количество удельного тепловыделения, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении всего затрубного пространства во время цементирования при гидратации в цементном кольце, (Дж/кг);- q p - the maximum total amount of specific heat that releases 1 kg of cement slurry when filling the entire annulus during cementation during hydration in a cement ring, (J / kg);

- по полученным значениям показателя коэффициента качества цементирования Ккцi для всех исследуемых i-ых участков обсадной колонны судят о качестве цементирования ТОК в целом:- on the basis of the obtained values of the cementing quality factor K kci for all the studied i-th sections of the casing string, the quality of cementing of the current production complex as a whole is judged:

Figure 00000007
Figure 00000007

Кроме того, дополнительно определяют термическое сопротивление теплоизоляции:In addition, the thermal insulation thermal resistance is additionally determined:

Figure 00000008
Figure 00000008

где Uтн - термическое сопротивление теплоизоляции по исследуемым интервалам i проведения контроля качества цементирования при спуске ТОК, (м⋅ч°C/кДж); гдеwhere U tn is the thermal resistance of thermal insulation over the studied intervals i of cementing quality control during the lowering of the current, (m⋅h ° C / kJ); Where

- Δτцj - - время проведения текущего исследования в j-й момент времени, (где j=1, 2, 3, , m);- Δτ cj - is the time of the current study at the j-th moment of time, (where j = 1, 2, 3 ,, m);

- по показателю термического сопротивления судят о качестве крепления исследуемого интервала спуска ТОК, причем качество цементирования в исследованном интервале спуска считают хорошим при значениях термического сопротивления Uтн, отличающихся от регламентируемой величины Uтн изготовленных и испытанных теплоизолированых труб от 5 до 10% с учетом оценки погрешности.- by the indicator of thermal resistance, they judge the quality of the fastening of the investigated lowering interval of the current, and the cementing quality in the studied lowering interval is considered good at thermal resistance values U t different from the regulated value U t of manufactured and tested heat-insulated pipes from 5 to 10%, taking into account the error estimate .

По предлагаемому способу при использовании ТОК с термометрическим измерительным устройством (ТИУ), в скважине после ее бурения под теплоизолированное направление выделяют интервалы плотных пород и интервалы развития каверн и поглощающих горизонтов. Перед закачкой цемента на устье скважины производят отбор равных объемов проб продавочной жидкости и воды. В момент отбора измеряют их температуры, затем помещают данные пробы в термос, перемешивают и регистрируют установившуюся температуру смеси продавочной жидкости и воды. По полученным данным определяют объемную теплоемкость продавочной жидкости из следующего выражения (1).According to the proposed method, when using a TOK with a thermometric measuring device (TIU), in the well after drilling under the heat-insulated direction, intervals of dense rocks and intervals of development of caverns and absorbing horizons are distinguished. Before the injection of cement at the wellhead, equal volumes of sampling fluid and water are sampled. At the time of sampling, their temperatures are measured, then these samples are placed in a thermos, mixed, and the steady-state temperature of the mixture of squeezing liquid and water is recorded. According to the data obtained, the volumetric heat capacity of the squeezing liquid is determined from the following expression (1).

Термометрию в скважине проводят как в процессе промывки и простоев до начала цементирования, так и при цементировании в процессе закачки в скважину цемента и продавочной жидкости, а также в процессе окончательного затвердевания цемента (ОЗЦ) в заколонном пространстве. Для каждого выделенного интервала i (i=1,2,…,n,) ствола скважины (в качестве примера n=7, см. чертеж), определяют количество суммарного тепла Qжi, перераспределенного между цементным кольцом ТОК и объемом продавочной жидкости, находящейся внутри колонны в границах одного метра в исследуемом интервале по формуле (2).Thermometry in the well is carried out both during flushing and downtime before cementing, and during cementing during the injection of cement and squeezing fluid into the well, as well as in the process of the final hardening of cement in the annular space. For each selected interval i (i = 1,2, ..., n,) of the wellbore (as an example, n = 7, see the drawing), the amount of total heat Q Жi redistributed between the cement ring of the TDC and the volume of displacement fluid located inside the column within one meter in the studied interval according to the formula (2).

Далее определяют количество тепла Qкi, пошедшего на нагрев внутренней поверхности цементируемой ТОК в j-й момент времени проведения исследования (где j=1, 2, 3, , m) в границах одного метра в каждом исследуемом i-ом интервале после закачки цемента в скважину, используя выражение (3).Next, determine the amount of heat Q ki , which went to heat the inner surface of the cemented current at the jth time of the study (where j = 1, 2, 3 ,, m) within one meter in each studied i-th interval after cement injection in well using expression (3).

Количество тепла Qцi, пошедшего на нагрев i-го участка цементного кольца цементируемой ТОК определяют с помощью выражения (4).The amount of heat Q qi that went into heating the i-th section of the cement ring of the cemented current is determined using expression (4).

С учетом оценки суммарного количества удельного тепловыделения используемого тампонажного материала на скважине, определенного по формуле (5), при соответствующих температурных условиях в заколонном пространстве qп определяют показатель качества цементирования Ккцi ТОК на глубине hi в исследуемом интервале, (где i=[1…n])- номер исследуемого участка из выражения используя выражение (6).Taking into account the assessment of the total amount of specific heat release of the grouting material used in the well, determined by the formula (5), under the appropriate temperature conditions in the annulus q p , the cementing quality indicator K kci TOK at a depth h i in the studied interval is determined (where i = [1 ... n]) is the number of the studied area from the expression using expression (6).

По полученным значениям показателя качества цементирования Ккцi, вычисленного для всех интервалов i обсадной колонны, судят о качестве цементирования ТОК. О качестве цементирования ТОК судят по полученным значениям показателя термического сопротивления Uтн, (определенным по формуле (7). Если показатель термического сопротивления не отличается от регламентируемой величины термического сопротивления изготовленных и испытанных теплоизолированых труб с учетом оценки погрешности определения Uтн, более, чем на 5-10% (т.е. не меньше Uтн, регламентируемой величины изготовленных теплоизолированных труб используемых в крепи), то качество цементирования в исследованных интервалах с учетом теплоизолирующей способности крепи признают удовлетворительным.According to the obtained values of the cementing quality index K kci , calculated for all casing intervals i, the quality of cementing of the CTC is judged. The quality of cementing of the CTC is judged by the obtained values of the thermal resistance index U tn (defined by formula (7). If the thermal resistance index does not differ from the regulated value of the thermal resistance of manufactured and tested thermally insulated pipes, taking into account the estimation of the error in determining U tn , more than 5-10% (i.e., not less than U tn , the regulated value of the manufactured thermally insulated pipes used in the lining), then the quality of cementing in the studied intervals taking into account the heat The supporting ability of the lining is considered satisfactory.

Среднее значение Ккц по всем исследованным интервалам в теплоизолированной колонне не должно быть меньше соответствующей величины, регламентируемой для скважин в зонах ММП и НП в исследуемом интервале Н=Σhi для i=1, 2, 3 n. Определение качества цементирования ТОК в низкотемпературном интервале производят на основе количественных оценок по пределам изменения показателя коэффициента качества цементирования Ккцi:The average value of К кц for all studied intervals in a thermally insulated column should not be less than the corresponding value regulated for wells in the IMF and NP zones in the studied interval Н = Σh i for i = 1, 2, 3 n. The determination of the quality of cementation of the CEC in the low temperature interval is carried out on the basis of quantitative estimates of the limits of variation of the indicator of the coefficient of quality of cementing K kci :

Figure 00000009
Figure 00000009

По показателю коэффициента качества цементирования Ккцi определяют:According to the indicator of cementing quality factor К кцi determine:

- зону с поглощением бурового и цементного растворов при Ккцi≥1,1;- zone with the absorption of drilling and cement slurries at К кцi≥ 1.1;

- зону с хорошим Ккцi колонны при 1,1>Ккцi≥0,7;- an area with good K sci columns at 1.1> K sci ≥0.7;

- зону с удовлетворительным Ккцi колонны при 0,7>Ккцi≥0,4;- a zone with satisfactory K sci columns at 0.7> K sci ≥0.4;

- зону с плохим качеством Ккцi колонны при 0,4>Ккцi≥0,1;- an area with poor quality K kci columns at 0.4> K kci≥ 0.1;

- зону с отсутствием цемента за колонной или его схватывания при 0,1>Ккцi≥0.- a zone with no cement behind the column or its setting at 0.1> K ktsi ≥0.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана верхняя секция скважины со спущенной в пробуренный ствол ТОК.The invention is illustrated by the drawing, which shows the upper section of the well lowered into the drilled well.

В нижней секции ствол имеет меньший диаметр, в который спущена обсадная труба без теплоизоляции.In the lower section, the trunk has a smaller diameter into which the casing is lowered without thermal insulation.

Верхняя секция скважины включает - внутреннюю трубу - 1, которая имеет удлиненное направление; наружную трубу-оболочку - 2; теплоизоляцию - 3; теплоизолированную секцию - 4, имеющую, например, удлиненное направление и нетеплоизолированную секцию - 5; ТИУ - 6 с термометрическим кабелем. Внутренняя труба 1 наполнена продавочной жидкостью - 7; за наружной трубой-оболочкой расположено цементное кольцо - 8; ствол скважины под теплоизолированную секцию - 9; ствол скважины под нетеплоизолированную секцию и ее цементное кольцо - 10. Каверны - 11 заполнены буровым раствором. На чертеже показана граница раздела толщ ММП и нижезалегающих НП - 12, а также стыки двустенных теплоизолированных труб - 13. Позиции 14-16 на чертеже отражают расчетные зависимости распределения температур от радиуса у подошвы ММП, в начальный момент времени τц1=0 ч (после окончания закачки цемента в заколонное пространство), и в последующие моменты времени в процессе схватывания (гидратации) τц2=20 ч, и в момент окончательного затвердевания цемента τц3=36 ч) соответственно. Кроме того, на чертеже в толще ММП - hм выделены различающиеся участки hi, (h1…h5) в области цементирования и теплоизолирующей способности, а в зоне НП - различающиеся участки h6 и h7.The upper section of the well includes - an inner pipe - 1, which has an elongated direction; outer pipe sheath - 2; thermal insulation - 3; a heat-insulated section - 4, having, for example, an elongated direction and a non-heat-insulated section - 5; TIU - 6 with a thermometric cable. The inner pipe 1 is filled with squeezing liquid - 7; behind the outer pipe-shell there is a cement ring - 8; well bore under the heat-insulated section - 9; the borehole under the non-insulated section and its cement ring - 10. Caverns - 11 are filled with drilling fluid. The drawing shows the interface between the thicknesses of the IMF and the underlying NP - 12, as well as the joints of double-walled heat-insulated pipes - 13. Positions 14-16 in the drawing reflect the calculated dependences of the temperature distribution on the radius at the base of the IMF, at the initial time τ τ1 = 0 h (after the end of the injection of cement into the annulus), and at subsequent times during the setting (hydration) τ c2 = 20 h, and at the time of the final hardening of the cement τ c3 = 36 h), respectively. In addition, in the drawing, in the thickness of the IMF - h m, different sections of h i , (h 1 ... h 5 ) are highlighted in the field of cementing and heat-insulating ability, and in the zone of the NP - different sections of h 6 and h 7 .

Протяженность hi исследуемых участков ТОК по глубине определяется стабильностью значений tжi, tнжi, tц1i, tнцi на них. При существенном изменении значений приведенных температур при исследовании ТОК на разных глубинных hi участках выделяют интервалы в отдельные зоны, в которых проводят тепловые исследования, а именно, с учетом конкретных условий (в зонах с различной протяженностью hi при различной кавернозности ствола с различными тепловыми условиями, начальными температурами пород и различными температурами их нагрева при проведении исследований), например, в зонах, выделенных по телу обсадных труб (ТОТ) и в зонах расположения стыков труб в ТОК.The length h i of the investigated sections of the current transformer in depth is determined by the stability of the values of ti , t ni , t ts1i , t nci on them. With a significant change in the values of the given temperatures in the study of the current in different depth h i sections, intervals are allocated to separate zones in which thermal studies are carried out, namely, taking into account specific conditions (in zones with different lengths h i with different borehole cavernosity with different thermal conditions , the initial temperatures of the rocks and various temperatures of their heating during research), for example, in zones allocated along the body of casing pipes (TOT) and in the areas of pipe joints in the TOK.

В изобретении используют технологию бурения ствола до проектной глубины, в том числе первоначально до глубины спуска двухсекционного направления долотом большого размера с последующим разбуриванием под спуск нетеплоизолированной секции с использованием долота меньшего диаметра. При этом может использоваться технология, которая обеспечивает наименьшее растепление ММП и, соответственно, кавернозность ствола, как в мерзлых породах, так и в ниже расположенных НП, где лед отсутствует.The invention uses the technology of drilling the barrel to the design depth, including initially to the depth of the descent of the two-section direction with a large-sized bit, followed by drilling a non-heat-insulated section under the run using a bit of a smaller diameter. In this case, technology can be used that provides the smallest thawing of the permafrost and, accordingly, the cavernous trunk, both in frozen rocks and in lower located NPs, where there is no ice.

Изобретение может быть применено для верхней секции скважины, снабженной ТОК с ТИУ (6), размещенным за наружной трубой (2), а также со спуском кабеля ТИУ и за нижней секцией с установкой на устье прибора, регистрирующего температуры.The invention can be applied to the upper section of the well, equipped with a current transformer with TIU (6) located behind the outer pipe (2), as well as with the descent of the TIU cable and behind the lower section with a temperature recording device installed on the wellhead.

В соответствии с изобретением термометрия проводится также в устьевой зоне с проведением замеров температур:In accordance with the invention, thermometry is also carried out in the wellhead zone with temperature measurements:

- бурового раствора на входе-выходе перед спуском ТОК;- drilling fluid at the inlet-outlet before lowering the current;

- промывочной жидкости при осуществлении промывки после спуска ТОК перед цементированием;- flushing fluid during flushing after lowering the current flow before cementing;

- на устье цементного раствора и продавочной жидкости при цементировании;- at the mouth of the cement mortar and squeezing fluid during cementing;

а также: - в цементном кольце при схватывании-гидратации цемента с использованием ТИУ.and also: - in the cement ring during setting-hydration of cement using TIU.

- во время контроля температуры и внутри цементируемой колоны при спуске термометрического кабели в продавочный раствор внутри цементируемой колонны направления.- during temperature control and inside the cemented column when lowering the thermometric cables into the squeezing solution inside the cemented column direction.

По проведенным замерам температур tц1 за наружной стенкой ТОК в цементном кольце и tж продавочной жидкости внутри ТОК контролируют тепловое взаимодействие скважины с окружающими породами при ОЗЦ в течение времени τц проведения исследования при схватывании, гидратации цемента.According to measurements conducted by the temperature t of the outer wall u1 CPE in the cement annulus and t w squeezing fluid within the TSC control wells thermal interaction with the surrounding rocks at WOC during the time τ n the study upon setting cement hydration.

При этом в зоне расположения ТОК по глубине выделены исследуемые интервалы hi с различными температурами tнцi, tц1i, tцi в цементном кольце, а также с различными диаметрами ствола по данным кавернометрии. Например, по кавернограмме выделены участки с разным диаметром ствола с наличием каверн в интервалах h2 и h4 и без каверн - h1, h3, h5, h6 и h7.At the same time, the studied intervals h i with different temperatures t ntsi , t ts1i , t tsi in the cement ring, as well as with different bore diameters according to cavernometry data, are identified in the depth zone of the TOK in depth. For example, sections with different trunk diameters with caverns in the intervals h 2 and h 4 and without caverns, h 1 , h 3 , h 5 , h 6 and h 7 , are identified by the cavernogram.

На чертеже также показано распределение температур в продавочной жидкости tнж, tж (в исследуемом интервале h5 у подошвы ММП по расчетному примеру в начальный момент времени τц1=0 ч, (после окончания закачки цемента в заколонное пространство) и в последующие моменты времени τц2=20 ч и τц3=36 ч при его схватывании.The drawing also shows the temperature distribution in the squeezing fluid t lj , t l (in the studied interval h 5 at the bottom of the IMF according to the calculation example at the initial instant of time τ c1 = 0 h, (after the end of the injection of cement into the annulus) and at subsequent times τ c2 = 20 h and τ c3 = 36 h when it is set.

С помощью ТИУ (например, в виде оптоволоконного кабеля) осуществляют контроль температур tц1 в цементном кольце (на его внутреннем радиусе rц1=0,20 м) непрерывно или в определенные моменты времени от τцоi до τц3i в исследуемых интервалах i, в примере для интервала h5, а также в продавочном растворе находящемся внутри цементируемой колонны.Using TIU (for example, in the form of a fiber optic cable), temperature t t1 is monitored in the cement ring (on its inner radius r t1 = 0.20 m) continuously or at certain times from t tsoi to t ts3i in the studied intervals i, in an example for the interval h 5 , as well as in the squeezing solution located inside the cemented column.

В продавочной жидкости внутри ТОК замеры температур tнж, tж фиксируют, например, по результатам замера температур глубинным геофизическим термометрическим прибором высокочувствительной термометрии (ВЧТ) tнж - в начальный момент времени τцi=0 ч и tж - в конечные моменты времени τцi=20 ч и 36 ч, используя непрерывную запись температур или аппроксимируя tж в промежуточные моменты времени (если непрерывную запись температур не проводят) с учетом характера изменения на радиусе rц1=0,20 м температуры tц1.In squeezing the liquid inside CURRENT temperature measurements t nJ, t f is fixed, e.g., on the results of measurement of temperature deep geophysical thermometric device highly sensitive thermometry (HFT) t nJ - a τ tsi initial time = 0 h and t w - in the final moments τ time tsi = 20 h and 36 h using temperatures approximating the continuous recording or t w in the intermediate time points (when a continuous recording is not carried temperature) in view of the nature of changes in the radius r = 0.20 m u1 temperature t u1.

Причем начальная температура tнж продавочной жидкости в момент τц=0 после окончания ее закачки в скважину может оцениваться по замеренной температуре продавочной жидкости на устье.Moreover, the initial temperature t nzh of the squeezing fluid at the time τ c = 0 after the end of its injection into the well can be estimated from the measured temperature of the squeezing fluid at the wellhead.

Согласно предлагаемому изобретению удельное тепловыделение цемента qцi определяют при его гидратации в интервале расположения ТОК аналитическим расчетным методом, а на нетеплоизолированных участках (нижняя секция удлиненного направления, см. чертеж) - термометрическим методом, а также с использованием методов стандартных газодинамических исследований (ГИС).According to the invention, the specific heat emission of cement q qi is determined during its hydration in the interval where the current is located by the analytical calculation method, and in non-heat-insulated areas (lower section of the elongated direction, see the drawing) - by the thermometric method, as well as using standard gas-dynamic research methods (GIS).

С использованием ТИУ, например, термометрического кабеля за ТОК, проводят контроль температуры tж, tц1 в процессе ОЗЦ с осуществлением контроля технического состояния теплоизоляции ТОК, с определением ее термического сопротивления Uтн.Using the TIU for example thermometric cable for TSC, temperature control is performed t w, t u1 WOC during the implementation of the technical state of insulation monitoring CURRENT, the definition of its thermal resistance U t.

После окончания закачки цемента за ТОК определяют Uтн по замеренным температурам продавочной жидкости внутри колонны и с помощью ТИУ, размещенного на наружной стенке ТОК в цементном кольце. Термическое сопротивление ТОК определяют по температурам tнж, tж, tнц, tц1, контролируемым после окончания закачки цемента в скважину, в течение времени схватывания τцj цемента (в конкретные интервалы времени Δτцj в исследуемом i-ом интервале расположения теплоизолированных труб в скважине), а также при контроле изменения в i-ом интервале температур внутри колонны, а именно, в продавочной жидкости на начальный момент времени и на конечный момент времени при одновременном контроле температур на внутренней и внешней поверхностях цементного кольца ТОК, tнцi и tц1i.After the end of cement injection, the UT is determined by U t from the measured temperatures of the displacement fluid inside the column and using TIU located on the outer wall of the TOK in the cement ring. The thermal resistance of the CTC is determined by the temperatures t nj , t W , t nc , t c1 , controlled after the completion of the injection of cement into the well, during the setting time τ cj of cement (at specific time intervals Δτ cj in the studied i-th interval of the location of insulated pipes in well), as well as when monitoring changes in the i-th temperature range inside the column, namely, in the squeezing fluid at the initial time and at the final time, while monitoring the temperatures on the inner and outer surfaces of the cement th current ring, t ntsi and t ts1i .

Тепло от продавочной жидкости в цементное кольцо через ТОК может передаваться как из продавочной жидкости, так и в обратном направлении в зависимости от нагрева и теплообмена в крепи скважины при ОЗЦ. Направление потока тепла в скважине при ОЗЦ в исследуемом интервале может менять направление значения при определении Uтн, поэтому перепад температур между цементным кольцом и продавочной жидкостью может приниматься как абсолютная величина: (tнжi-tж1i)-(tнцi-tц1i)j, где j - момент времени проведения исследования, а знак этой величины показывает, в каком направлении перетекает тепло от цементного кольца в продавочную жидкость внутри колонны или в обратном направлении в процессе гидратации цемента. Это учитывается в формуле (7) при определении Uтн.The heat from the squeezing fluid into the cement ring through the CCP can be transferred both from the squeezing fluid and in the opposite direction, depending on the heating and heat exchange in the wellhead at the OZZ. The direction of the heat flux in the borehole with an OZZ in the studied interval can change the direction of the value when determining U tn , therefore the temperature difference between the cement ring and the squeezing liquid can be taken as the absolute value: (t нжi -t ж1i ) - (t нцi -t ц1i ) j , where j is the point in time of the study, and the sign of this value shows in which direction heat flows from the cement ring to the squeezing fluid inside the column or in the opposite direction during the hydration of the cement. This is taken into account in formula (7) when determining U tn .

Индекс j, указанный в формуле (7), означает, что отмеченные температуры могут определяться в любой момент проведения исследований, в том числе в разных интервалах i по длине ТОК.The index j indicated in formula (7) means that the noted temperatures can be determined at any time during the study, including in different intervals i along the current length.

Удобнее проводить исследования в начальный момент времени τцj после окончания закачки цемента, продавочной жидкости и в конце ОЗЦ, при контроле температуры внутри цементируемой колонны и качества цементирования теплоизолированной и нетеплоизолированной ее частей.It is more convenient to conduct studies at the initial time τ cj after the end of the injection of cement, squeezing fluid and at the end of the OZC, while monitoring the temperature inside the cemented column and the quality of cementing of its insulated and non-insulated parts.

Сначала рассмотрим пример обработки результатов термометрии предлагаемым способом при определении термического сопротивления Uтн при цементировании ТОК.First, we consider an example of processing the results of thermometry in the proposed way when determining the thermal resistance U t when cementing current.

После окончания закачки цемента в скважину (заколонное пространство) проводят термометрию, например, в первоначальный момент (0 час).After the end of the cement injection into the well (annular space), thermometry is carried out, for example, at the initial moment (0 hour).

После окончания цементирования теплоизолированной обсадной колонны при простое через τцj=20,0 ч проводят замер температуры геофизическим глубинным термометром внутри цементируемой ТОК. На исследуемой глубине (интервал исследования i) температура tжi составила 10,2°C и такую же температуру имела и внутренняя стальная труба ТОК.After cementing the heat-insulated casing string, when idle, after τ cj = 20.0 hours, the temperature is measured with a geophysical depth thermometer inside the cemented TOK. At the studied depth (research interval i), the temperature t and i amounted to 10.2 ° C and the internal steel pipe of the TOK had the same temperature.

По замерам температур ТИУ на наружной стенке ТОК в течение 20,0 ч (на момент времени τцj=20,0 ч) температура в цементном кольце на радиусе rц1=0,20 м изменилась от tнцi=5,5°C до tц1i=-15,1°C.According to the temperature measurements of TIU on the outer wall of the TOK for 20.0 hours (at the time point τ cj = 20.0 h), the temperature in the cement ring at a radius r c1 = 0.20 m changed from t nci = 5.5 ° C to t c1i = -15.1 ° C.

Для определения термического сопротивления ТОК необходимо знать объемную теплоемкость продавочной жидкости Сж. Методом отбора проб продавочной жидкости на устье и известной объемной теплоемкости воды Св=4184 кДж/м3°С и измеренной температуры воды tв=17,0°C, а также температуры tж=12,0°C отобранной пробы бурового раствора и замеренной температуры их смеси tсм=14,7°C, помещенной в термос, определяют теплоемкость Сж продавочной жидкости, которая закачана при цементировании внутрь ТОК:To determine the thermal resistance of the current, it is necessary to know the volumetric heat capacity of the squeezing liquid C g . Selection method of squeezing the liquid samples for the mouth and the known water volume heat capacity C = 4184 kJ / m 3 ° C and the water temperature measured at t = 17.0 ° C, and the temperature t w = 12.0 ° C selected Sample mud and the measured temperature of their mixture t cm = 14.7 ° C, placed in a thermos, determine the heat capacity C w of the squeezing liquid, which is pumped during cementing inside the current:

Figure 00000010
Figure 00000010

где tж, - температура (0,5 л) продавочной жидкости;where t W is the temperature (0.5 L) of the squeezing liquid;

tв - температура (0,5 л) воды (°C);t in - temperature (0.5 L) of water (° C);

tсм - температуры смеси (объем 1,0 л) продавочной жидкости и воды (°C);t cm - temperature of the mixture (volume 1.0 l) of the squeezing liquid and water (° C);

Св, - теплоемкость воды (кДж/м3°C);C in - heat capacity of water (kJ / m 3 ° C);

Сж - теплоемкость продавочной жидкости, отобранной пробы на устье при закачке в скважину (кДж/м3°C).C x - specific heat squeezing fluid sample taken at the wellhead for injection into the wellbore (kJ / m3 ° C).

При проведении испытаний для оценки термического сопротивления Uтн ТОК в рассмотренном примере начальная температура продавочной жидкости, tнжi, в исследуемом интервале при простое скважины при ОЗЦ в течение времени τцj от 0 до 20,0 ч повысилась с 10,2°C до tжi=11,1°C. При этом за 20,0 ч внутри колонны в i-ом интервале произошел нагрев продавочной жидкости и стальной трубы (ТОК), на который было затрачено, соответственно, тепло Qжi и Qкi:When conducting tests to evaluate the thermal resistance U tn the current in the considered example, the initial temperature of the squeezing fluid, t ni , in the studied interval during idle time of the well at the borehole over a period of time t cj from 0 to 20.0 h increased from 10.2 ° C to t W = 11.1 ° C. At the same time, for 20.0 hours inside the column in the i-th interval, the heating fluid and steel pipe (CCP) were heated, which consumed, respectively, the heat Q qi and Q ki :

Figure 00000011
Figure 00000011

Термическое сопротивление U ТОК определяют с учетом времени нагрева (первый временной интервал исследования j составляет 20 ч), при гидратации цемента (время ОЗЦ) по данным термометрии при контроле температуры tцi, tжi,:The thermal resistance U mn of the current is determined taking into account the heating time (the first time interval of the study j is 20 hours), during cement hydration (time of wet cleaning ) according to thermometry data at temperature control t Цi , t жi,:

Figure 00000012
Figure 00000012

Получаемые из выражения (7) значения «+» или «-» перед Uтн указывают, что переток тепла идет из цементного кольца в продавочную жидкость через ТОК или наоборот из продавочной жидкости в цементное кольцо.The values “+” or “-” obtained from expression (7) before U t indicate that heat is transferred from the cement ring to the squeezing fluid through the CCP or vice versa from the squeezing fluid to the cement ring.

При проведенном исследовании теплоизолированных труб на промысловом стенде до спуска в скважину их термическое сопротивление Uтн=0,61 ч⋅°C/кДж. Расхождение в определении теплоизолирующей способности труб ТОК, а именно, их термического сопротивления, полученного на стенде и в скважине незначительно, что подтверждает хорошее их техническое состояние после спуска в скважину и цементирования. Кроме того, при исследовании предлагаемым способом отмечается высокая точность определения Uтн в скважине при ее цементировании: расхождение в определении Uтн составило 0,034⋅ч⋅°C/кДж.When conducting a study of thermally insulated pipes on a field stand before their descent into the well, their thermal resistance U tn = 0.61 h⋅ ° C / kJ. The discrepancy in the determination of the heat-insulating ability of the TOK pipes, namely, their thermal resistance obtained at the bench and in the well, is insignificant, which confirms their good technical condition after lowering into the well and cementing. In addition, in the study of the proposed method, there is a high accuracy in determining U tn in the well during its cementing: the discrepancy in the determination of U tn was 0.034⋅h⋅ ° C / kJ.

Пример оценки качества цементирования и крепления теплоизолированной обсадной колонны предлагаемым способом.An example of assessing the quality of cementing and fastening a thermally insulated casing of the proposed method.

При оценке качества цементирования обсадной колонны замеряют температуры закачиваемых в скважину промывочного, тампонажного растворов и продавочной жидкости при подготовке к креплению и при креплении скважины теплоизолированной обсадной колонной в ММП и НП, а также выходящих на устье за цементируемой ТОК растворов до окончания продавки цементного раствора.When evaluating the quality of casing string cementing, the temperatures of the flushing, grouting mortars and squeezing fluid injected into the well are measured in preparation for fastening and when the well is secured with a heat-insulated casing in MMP and NP, as well as the solutions that go to the mouth behind the cemented cement slurry before the cement grout is pushed.

После промывки ствола под спуск ТОК проводят стандартный каротаж с определением литологии разреза, льдистости, обводненности и наличия газогидратных пород (например, по методике «МОСК», описанной в Методике контроля технического состояния эксплуатационных скважин, ОАО «Газпром», ООО «ВНИИГАЗ», М., 2000). Затем проводят кавернометрию ствола с выявлением каверн, с определением объема и конфигурации ствола по глубине в интервале залегания ММП в НП.After washing the wellbore downhill, the standard logging is carried out to determine the lithology of the section, ice content, water cut and the presence of gas hydrate rocks (for example, according to the MOSK method described in the Method for Monitoring the Technical Condition of Production Wells, OAO Gazprom, VNIIGAZ LLC, M ., 2000). Then, cavernometry of the trunk is carried out with the identification of caverns, with the determination of the volume and configuration of the trunk in depth in the interval of occurrence of the permafrost in the NP.

Полученные данные при проведении геофизических исследований разреза в ММП и НП применяют для оценки качества крепления и цементирования при использовании ТОК, в том числе при оценке тепломассобмена скважины с ММП и НП при креплении, а также при использовании комбинированной ТОК, включающей в верхней секции теплоизолированные трубы при наличии в верхней части просадочных льдистых ММП, а в нижней части нетеплоизолированной секции обычных одностенных обсадных труб. Предлагаемые решения по выявлению ММП за направлением по ГИС с выявлением их льдистости, позволяют определить оптимальные глубины спуска теплоизолированной секции.The data obtained during geophysical studies of the section in the IMF and NP are used to assess the quality of fastening and cementing when using CT, including when evaluating the heat and mass transfer of a well with IMF and NP when attaching, as well as when using a combined CT, including heat-insulated pipes in the upper section at the presence in the upper part of subsiding icy IMF, and in the lower part of the non-heat-insulated section of conventional single-wall casing pipes. The proposed solutions for the identification of permafrost over the direction along the GIS with the identification of their ice content, allow us to determine the optimal depth of descent of the insulated section.

При спуске ТОК в скважину на ее наружной трубе закрепляют ТИУ, а также термометрический кабель. ТИУ может быть спущен и в термометрическую трубку, закрепленную на наружной стенке ТОК для проведения замеров температур в заколонном пространстве. Использование, например, иногда стальной трубки, закрепленной на наружной стенке направления для спуска в нее ТИУ позволяет предотвратить случаи разрушения ТИУ и выход его из строя, которые иногда происходят при спуске и креплении, цементировании направления на скважине.When lowering the TOK into the well, TIU, as well as a thermometric cable, are fixed on its outer pipe. TIU can also be lowered into a thermometric tube mounted on the outer wall of the TOK for temperature measurements in the annular space. The use, for example, sometimes of a steel tube fixed on the outer wall of the direction for lowering the TIU into it allows you to prevent cases of destruction of the TIU and its failure, which sometimes occur during descent and fixing, cementing the direction to the well.

Термометрию в скважине проводят, например, с помощью ТИУ-термометрического кабеля, установленного за ТОК, как в процессе промывки и простоях до начала цементирования, так и при цементировании при продавке в скважину цемента и продавочной жидкости, а также в процессе схватывая цемента в течение времени τц.Thermometry in the well is carried out, for example, using a TIU-thermometric cable installed behind the CCP, both during flushing and downtime before cementing, and during cementing when cement and drilling fluid are pumped into the well, as well as in the process of cement setting τ c

Оценку качества цементирования теплоизолированной секции ТОК и ее нетеплоизолированной нижней секции проводят с использованием показателя качества цементирования по формуле (8).The cementation quality assessment of the heat-insulated section of the TOK and its non-heat-insulated lower section is carried out using the cementation quality indicator by the formula (8).

При термометрическом способе контроля хорошим признают качество цементирования нетеплоизолированных колонн и ТОК при показателе коэффициента качества цементирования 0,7≤Ккцi<1,1; удовлетворительным при 0,7>Ккцi≥0,4, если Ккцi≥1,1, считают, что произошло поглощение промывочного и цементного раствора при цементировании. Если Ккцi<0,4, качество цементирования считают плохим, при котором заколонное пространство может быть не полностью заполнено цементом.With the thermometric control method, the cementing quality of non-heat-insulated columns and current is recognized as good when the cementing quality coefficient is 0.7≤K ktsi <1.1; satisfactory at 0.7> K ktsi ≥0.4, if K ktsi ≥1.1, it is believed that the wash and cement slurry was absorbed during cementing. If K kci <0.4, cementing quality is considered poor, in which the annular space may not be completely filled with cement.

Для нетеплоизолированной секции ТОК оценка качества цементирования может быть проведена термометодом, описанным, например, в патенте РФ №2085727.For non-insulated sections of the TOK, cementing quality assessment can be carried out by the thermo-method described, for example, in RF patent No. 2085727.

Удельное предельное тепловыделение цемента, qпi, используемого на скважине в качестве тампонажного материала, определяют с учетом тепловых условий в исследуемых интервалах hi и при проведении сравнения с величинами qп, полученными при исследовании образцов в лаборатории на стенде при соответствующих тепловых условиях.The specific heat limit of cement, q pi , used at the well as grouting material, is determined taking into account the thermal conditions in the studied intervals h i and when comparing with values of q p obtained by examining the samples in the laboratory at the bench under the appropriate thermal conditions.

Оценку качества цементирования и крепления ТОК в процессе ОЗЦ, согласно предлагаемому способу проводят по замерам температур в скважине при ОЗЦ термометодом, путем оценки теплоизолирующей способности цементируемой ТОК с определением ее термического сопротивления и качества цементирования в ММП и НП. Спускаемую перед цементированием в заколонное цементируемое пространство скважины ТОК с ТИУ, контролируют, измеряя температуры промывочного раствора и закачиваемого цемента, затем отбирают пробы продавочной жидкости, закачиваемой внутрь колонны, и в процессе цементирования контролируют температуру устьевыми термометрами.Evaluation of the quality of cementing and fastening of the TOK in the OZZ process, according to the proposed method, is carried out by measuring the temperature in the well with the OZK using a thermal method, by assessing the heat-insulating ability of the cemented TOK with the determination of its thermal resistance and the quality of cementing in MMP and NP. Prior to cementing, into the annular cemented space of the TOK well with TIU, they control by measuring the temperature of the washing solution and the injected cement, then samples of the displacement fluid injected into the column are taken, and the temperature is monitored using wellhead thermometers during cementing.

После закачки цемента при простое скважины для момента времени τц1=20 ч определяют Qνцij - количесво тепла, выделенное цементом при гидратации, и

Figure 00000013
- удельное тепловыделение цемента.After the injection of cement during idle time, for a point in time τ c1 = 20 h, Q νсij is determined - the amount of heat released by the cement during hydration, and
Figure 00000013
- specific heat of cement.

Качество цементирования ТОК (для верхней секции удлиненного направления, например, с наружным радиусом ТОТ rнт=rц1=0,20 м и внутренним радиусом TOT-ТОК равным rвк=0,112 м,) оценивают путем определения удельного тепловыделения qц цемента в заколонном пространстве, которое определяют с учетом рассчитанной объемной плотности Qvi источников тепла в цементном кольце в исследуемом зацементированном заколонном пространстве в i-ом интервале при проведенных предварительно измерениях температур в цементном кольце за ТОК и в продавочной жидкости - внутри ТОК в этом интервале.Quality cementing current (for the upper section of the elongated direction, e.g., with an outer radius r TOT nt r = u1 = 0.20 m and an inner radius equal to TOT-CURRENT r cr = 0.112 m) was assessed by determining the specific heat q q cement annulus space, which is determined based on the calculated bulk density Q vi heat source in the cement sheath in the annulus is cemented investigated in i-th interval with the previously performed temperature measurements in the cement annulus and the TSC for squeezing liquid - VNU When the current in this range.

Сначала проводят замеры температур в интервале h5 (см. чертеж), в разрезе которого выявлены мерзлые породы с начальной температурой «-1,0°C» и массовой льдистостью М=30 кг/м3 при радиусе ствола, определенном по кавернограмме и равном rц=0,34 м (соответствует в исследованном интервале наружному радиусу цементного кольца), и замеренным температурам tнцi, tц1i, tнжi, tжi, tнкi, tкi в разные моменты времени: τцi=0 ч; 20,0 ч; 36,0 ч.First, temperature is measured in the range of h 5 (see the drawing), in the context of which frozen rocks with an initial temperature of “-1.0 ° C” and mass ice content M = 30 kg / m 3 with a trunk radius determined by a cavernogram equal to r c = 0.34 m (corresponds to the outer radius of the cement ring in the studied interval), and the measured temperatures t nci , t c1i , t nci , tcii , tcci , tci at different points in time: τci = 0 h; 20.0 h; 36.0 hours

Figure 00000014
Figure 00000014

- где tнкi и tкi температура ТОК в начальный и конечный моменты периода схватывания цемента, (°C).- where t нкi and t кi temperature of current in the initial and final moments of the period of cement setting, (° C).

Затем проведем оценку качества цементирования ТОК в отмеченном интервале h5 (см. чертеж) на момент исследования τцi=20,0 ч.Then we will evaluate the quality of cementing of the TOK in the marked interval h 5 (see the drawing) at the time of the study τ tsi = 20.0 hours

По проведенным замерам температур определяют тепло, которое пошло на нагрев продавочной жидкости и ТОК (внутренней ее стальной трубы, нагрев теплоизоляции и наружной ТОК из-за малости тепла не учитывают), тепло которое выделилось при схватывании цемента, при его гидратации и перераспределение тепла в цементном кольце, внутри ТОК и в окружающих породах.The temperature measurements determine the heat that went into heating the squeezing liquid and the current (its internal steel pipe, the heat insulation and the external current due to the small heat are not taken into account), the heat that was released during the setting of cement, during its hydration and heat redistribution in the cement ring, inside the TOK and in the surrounding rocks.

С учетом перераспределения тепла в различных зонах определяют удельное тепло

Figure 00000013
гидратации цемента и оценивают качество цементирования ТОК в исследуемых интервалах i=5 с учетом геокриологических и тепловых условий, влияющих на теплообмен скважины с окружающими породами в процессе гидратации, схватывания цемента.Given the redistribution of heat in different zones, specific heat is determined
Figure 00000013
hydration of cement and evaluate the quality of cementing of SOC in the studied intervals i = 5, taking into account geocryological and thermal conditions that affect the heat transfer of the well with surrounding rocks during hydration, cement setting.

Теплоемкость теплоизоляции ТОТ и наружной оболочки этой теплоизоляции в исследовании в рассмотренных примерах не учитываем из-за их малости.The heat capacity of the thermal insulation of the thermal insulation layer and the outer shell of this thermal insulation in the study in the considered examples are not taken into account because of their smallness.

На глубине h5 в мерзлом интервале при проведении исследования (см чертеж, (кривая 15) на момент времени τц2=20 ч определяют выделяющееся в цементном кольце удельное тепло

Figure 00000013
. Толщина исследуемого интервала i составляет hi5=15 м, в котором отмечают характерные «стабильные тепловые условия». Так при замере температур в этом интервале на момент времени τц1=0 ч замеренные температуры составляли tнцi=5,5°C, tнжi=6,2°C, tнкi=6,2°C, а в момент времени исследования τц2=20 ч они были равны tнцi=15,1°C, tнжi=7,1°C, tнкi=7,1°C. Как видим за счет выделения тепла гидратации
Figure 00000013
эти температуры за время от τц1=0 ч до τц2=20 ч повысились.At a depth of h 5 in the frozen interval during the study (see drawing, (curve 15) at a time point τ c2 = 20 h, the specific heat released in the cement ring is determined
Figure 00000013
. The thickness of the studied interval i is h i5 = 15 m, in which the characteristic “stable thermal conditions” are noted. So, when measuring temperatures in this interval at a time instant τ c1 = 0 h, the measured temperatures were t nci = 5.5 ° C, t nci = 6.2 ° C, t nci = 6.2 ° C, and at the time of study τ c2 = 20 h, they were t tsi = 15.1 ° C, t nzhi = 7.1 ° C, t nki = 7.1 ° C. As we see due to the heat of hydration
Figure 00000013
these temperatures increased from τ c1 = 0 h to τ c2 = 20 h.

При проведении исследования в интервале hi5, представленном мерзлыми суглинистыми породами, продолжительностью 20 ч, при определении

Figure 00000013
лед протаивал при изменении температур в породах, прилегающих к цементному кольцу, от температуры tф1=-1,0°C до tф2=0°C и Δ=0-(-1.0)=1,0°C (принимают абсолютное значение Δtф=1,0°C).When conducting research in the interval h i5 , represented by frozen loamy rocks, lasting 20 hours, when determining
Figure 00000013
ice thawed when the temperature in the rocks adjacent to the cement ring changed from temperature t f1 = -1.0 ° C to t f2 = 0 ° C and Δ tf = 0 - (- 1.0) = 1.0 ° C (take the absolute value Δt f = 1.0 ° C).

Суммарная теплоемкость пород с учетом свойств мерзлых пород при теплообмене скважины с ними, а также при теплоемкости минеральной составляющей мерзлой породы (Смн), например, равной 2300 кДж/м3⋅°C, и протаивании льда при повышении температуры породы от -1,0 до 0°C в зоне от rц=0,34 м до rвл теплового влияния скважины в исследуемом интервале при удельной массе льда М=30 кг/м3 и тепла фазового перехода - I=334 кДж/кг составит:The total heat capacity of the rocks, taking into account the properties of frozen rocks during heat exchange of the well with them, as well as the heat capacity of the mineral component of frozen rock (C mn ), for example, equal to 2300 kJ / m 3 ⋅ ° C, and thawing of ice with an increase in rock temperature from -1, 0 to 0 ° C in the zone from r c = 0.34 m to r vl of the thermal effect of the well in the studied interval with the specific mass of ice M = 30 kg / m 3 and the heat of phase transition - I = 334 kJ / kg:

Figure 00000015
Figure 00000015

Отмеченная теплоемкость учитывается при расчете теплообмена скважины при ее креплении, схватывании цемента за время Δτц1=20 ч с окружающими породами, при этом р адиус влияния rвл за указанное время определяют из формулы:The observed heat capacity is taken into account when calculating the borehole heat during its mounting, cement setting time Δτ for u1 = 20 hr with the surrounding rocks, wherein p r The radius of influence for the specified time is determined from the formula:

Figure 00000016
Figure 00000016

где λМ - коэффициент теплопроводности мерзлых пород (ккал/м⋅ч⋅°C).where λ M is the coefficient of thermal conductivity of frozen rocks (kcal / m⋅h⋅ ° C).

С учетом полученного значения радиуса влияния rвл=0,392 м определяют коэффициент теплоотдачи αi от скважины, начиная от наружной стенки цементного кольца в окружающие породы:Given the obtained value of the radius of influence r VL = 0.392 m determine the heat transfer coefficient α i from the well, starting from the outer wall of the cement ring to the surrounding rocks:

Figure 00000017
Figure 00000017

С учетом определенного радиуса rвл теплового влияния, на котором температура в мерзлых породах равняется tтв=0°C, коэффициент теплоотдачи α2 от наружной стенки цементного кольца в окружающие породы на радиусе rц=0,34 м составляет α2=26,25 (кДж/м2⋅ч⋅°C).Given a certain radius r vl of thermal influence, at which the temperature in frozen rocks is ttv = 0 ° C, the heat transfer coefficient α 2 from the outer wall of the cement ring to the surrounding rocks at a radius r c = 0.34 m is α 2 = 26, 25 (kJ / m 2 ⋅h⋅ ° C).

С учетом отмеченной теплоотдачи в окружающие породы определяют объемную плотность Qvцij источников тепла в цементном кольце в исследуемом интервале i=2 на момент времени проведения исследования при схватывании, гидратации τц2=0 ч:Taking into account the noted heat transfer to the surrounding rocks, the bulk density Q vцij of heat sources in the cement ring is determined in the studied interval i = 2 at the time of the study during setting, hydration τ Ц2 = 0 h:

Figure 00000018
Figure 00000018

где λцi - коэффициент теплопроводности цементного кольца (ккал/(м⋅ч⋅°C).where λ qi is the coefficient of thermal conductivity of the cement ring (kcal / (m⋅h⋅ ° C).

Далее определяют значение удельного тепловыделения цемента

Figure 00000013
за 20 ч с учетом рассчитанной средней величины Qvi, характеризующей объемную плотность источников тепла в цементном кольце в исследуемом интервале h2 при плотности цемента ρц=1500 кг/м3 и с учетом теплообмена цементного кольца при схватывании цемента с продавочной жидкостью внутри цементируемой колонны и ее внутренней стальной колонны.Next, determine the value of the specific heat of cement
Figure 00000013
for 20 hours, taking into account the calculated average value of Q vi , which characterizes the bulk density of heat sources in the cement ring in the studied interval h 2 at a cement density ρ c = 1500 kg / m 3 and taking into account the heat exchange of the cement ring when cement sets with squeezing liquid inside the cemented column and its inner steel column.

Затем определяют перераспределение тепла, выделившегося при гидратации в исследуемом интервале, и количество тепла, необходимого для нагрева цементного кольца Qцi, и продавочной жидкости Qжi внутри ТОК, а также внутренней стальной колонны Qкi. С учетом полученных значений Qцi, Qжi, Qкi проводят оценку удельного тепловыделения цемента

Figure 00000013
. Количество тепла, пошедшее на нагрев цементного кольца, продавочной жидкости и наружной колонны составит:Then, the redistribution of heat released during hydration in the studied interval is determined, and the amount of heat required to heat the cement ring Q qi , and the squeezing liquid Q qi inside the current transformer , as well as the internal steel column Q ki . Taking into account the obtained values of Q Цi , Q Жi , Q Кi , the specific heat of cement is evaluated
Figure 00000013
. The amount of heat used to heat the cement ring, squeezing fluid and the outer column will be:

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

Для определения полного удельного тепловыделения

Figure 00000013
в течение 36 ч необходимо определить тепловыделение за период время τц от 20 до 36 ч.To determine the total specific heat
Figure 00000013
within 36 hours it is necessary to determine the heat release for a period of time τ C from 20 to 36 hours

В качестве примера определим Qvuij и

Figure 00000013
для момента времени τц3=36 ч при Δτцц3ц2=16 (ч).As an example, we define Q vuij and
Figure 00000013
at time τ w3 = 36 hours at Δτ = τ iw3 n2 = 16 (h).

По результатам замеренных температур на моменты времени τц2=20 ч и τц3=36 ч:According to the results of the measured temperatures at time instants τ C2 = 20 h and τ C3 = 36 h:

Figure 00000021
Figure 00000021

определяют объем ную плотность Qvцij тепловых источников в цементном кольце и удельное тепло

Figure 00000013
гидратации, выделяющееся в течение времени Δτц2=16 ч с учетом измеренных температур в моменты времени τц2=20 и τц3=36 ч в течение 36 ч теплового воздействия проведения исследований.determine the bulk density Q vцij of heat sources in the cement ring and the specific heat
Figure 00000013
hydration released during the time Δτ c2 = 16 hours, taking into account the measured temperatures at time instants τ c2 = 20 and τ c3 = 36 hours for 36 hours of the thermal effect of the studies.

Результаты расчета Qvцij и

Figure 00000013
приводятся ниже:The calculation results of Q vсij and
Figure 00000013
are given below:

Figure 00000022
Figure 00000022

С учетом значений замеренных температур при Δτц=16 ч определяют:Given the values of the measured temperatures at Δτ c = 16 h is determined by:

Figure 00000023
Figure 00000023

Учитывая гидратацию цем ента за время исследования от 0 до 20 ч (Δτц1=20 ч), количество удельного тепла qц1i гидратации в исследованном интервале составило 50,40 кДж/кг, а в процессе продолжения исследования за время Δτц2=16 ч, соответственно, qц2i=14,4 кДж/кг.Given tsem cient hydration during the study from 0 to 20 hours (Δτ u1 = 20 h), the amount of specific heat q ts1i hydration range studied was 50.40 kJ / kg, and during the continuation of research for the time Δτ n2 = 16 h, respectively, q q2i = 14.4 kJ / kg.

За время 36-40 ч обычно выделяется не менее 70-80% тепла гидратации, а за время Δτц2=36 ч по рассмотренному примеру суммарное количество qцi составило qцi=qц1i+qц2i=50,4+14,4=64,8 (кДж/кг).During 36–40 hours, usually not less than 70–80% of the heat of hydration is released, and during the time Δτ q2 = 36 h, according to the considered example, the total q qi was q qi = q q1i + q q2i = 50.4 + 14.4 = 64.8 (kJ / kg).

Учитывая результаты испытаний образцов цемента на стенде, который использовался на скважинах (предельное возможное удельное тепловыделение цемента, qп, составляет около 100 кДж/кг), полученный показатель коэффициента качества цементирования в интервале i=1 составляетConsidering the results of testing cement samples on a bench that was used in wells (the maximum possible specific heat release of cement, q p , is about 100 kJ / kg), the obtained indicator of cementing quality coefficient in the interval i = 1 is

Ккц1=qц/qп=64,88/100=0,65 в интервале протяженностью h5=15 м. При Ккц5=0,65 в исследованном интервале i=2 и, учитывая, что после 36 ч, тепловыделение и схватывание цемента еще будут продолжаться и Ккц2 достигнет значения 0,7 и выше, качество цементирования в интервале h2 считается хорошим.К кц1 = q ц / q п = 64.88 / 100 = 0.65 in the interval of length h 5 = 15 m. At К кц5 = 0.65 in the studied interval i = 2 and, taking into account that after 36 h, the heat and the setting of cement will continue and K sc2 reaches a value of 0.7 and higher, the cementing quality in the interval h 2 is considered good.

В интервале спуска ТОК в верхней секции по способу выделено 5 интервалов hi qцi (i=1…5), по которым проведены исследования Кц, а в нижней нетеплоизолированной секции Кц определено по 2 интервалам qцi(i=6…7), результаты представлены ниже:In the interval for lowering the current in the upper section according to the method, 5 intervals h i q qi (i = 1 ... 5) are identified , according to which K c was studied, and in the lower non-insulated section K c , 2 intervals q qi were determined (i = 6 ... 7 ), the results are presented below:

Figure 00000024
Figure 00000024

Таким образом, в зоне спуска ТОК величина суммарного индекса Ккц качества цементирования ТОК, определенная (см. 8), составила Ккцв верхней секции:Thus, in the zone of descent of the TOK, the value of the total index K kts of cementing quality of the TOK, determined (see 8), amounted to K ktsv of the upper section:

Figure 00000025
Figure 00000025

Качество цементирования верхней теплоизолированной секции длиной 72 м оценивается как удовлетворительное.The cementing quality of the upper thermally insulated section with a length of 72 m is rated as satisfactory.

По нижней нетеплоизолированной секции направления (термическое сопротивление Uнт нетеплоизолированной трубы - нижней секции составляет не более 0,005⋅ч⋅°C/кДж с учетом небольшого слоя цемента глины на внутренней стенке трубы около 2 см) по термометрическому методу оценки качества цементирования величина коэффициента качества цементирования (в интервале h7=18 м) составила Ккцн=0,54 и, соответственно, в целом качество цементирования направления оценивается также как удовлетворительное.According to the lower non-heat-insulated section of the direction (thermal resistance U nt of the non-heat-insulated pipe - the lower section is not more than 0.005⋅h⋅ ° C / kJ taking into account a small layer of clay cement on the inner wall of the pipe, about 2 cm) using the thermometric method of cementing quality assessment (in the interval h 7 = 18 m) amounted to K ctsn = 0.54 and, accordingly, in general, the cementing quality of the direction is also assessed as satisfactory.

По результатам исследования при глубине спуска теплоизолированной секции, в рассмотренном примере до 90 м, значение коэффициента верхней секции направления Ккц=0,47 удовлетворительное, а по состоянию теплоизолирующей способности ТОК при Uт=0,564⋅ч⋅°C/кДж, как хорошее. Учитывая, что термическое сопротивление обсадных труб по результатам их испытаний до спуска составляло uт=0,61⋅ч⋅°C/кДж, а значение Uт, полученное при испытании ТОК в скважине отличается не более чем на 7,5%, то и качество крепления можно оценить в целом как удовлетворительное.According to the results of the study, at the descent depth of the insulated section, in the considered example up to 90 m, the coefficient value of the upper section of the direction К кц = 0.47 is satisfactory, and according to the state of the heat-insulating ability of the current transformer at U t = 0.564⋅h⋅ ° C / kJ, as good . Considering that the thermal resistance of the casing pipes according to the results of their tests prior to descent was u t = 0.61⋅h⋅ ° C / kJ, and the value of U t obtained when testing the current flow in a well differs by no more than 7.5%, then and the quality of the fastening can be assessed in general as satisfactory.

Проведенные же исследования стандартными методами показали, что качество цементирования нижней секции удлиненного направления оценивается также как удовлетворительное и в целом качество крепления обсадной двухсекционной колонны интервала с ММП и НП оценивается как удовлетворительное.The studies carried out by standard methods showed that the cementing quality of the lower section of the elongated direction is also assessed as satisfactory, and in general, the quality of fastening of the casing two-section interval with MMP and NP is estimated as satisfactory.

Использование данного технического решения позволяет осуществить технический контроль за теплоизолирующей способностью (термическим сопротивлением) цементируемой теплоизолированной обсадной колонны и оценить качество ее цементирования термометрическим методом в ММП и НП, когда другие стандартные геофизические методы (например, акустический) не работают, например, в случае большого диаметра обсадной колонны - 508 мм и более.The use of this technical solution allows technical control of the heat-insulating ability (thermal resistance) of the cemented heat-insulated casing string and to evaluate the quality of its cementing by the thermometric method in IMF and NP, when other standard geophysical methods (for example, acoustic) do not work, for example, in the case of a large diameter casing string - 508 mm or more.

Изобретение позволяет осуществлять на скважинах оперативный контроль качества теплоизоляции ТОК непосредственно после ее спуска в скважину при цементировании. Предлагаемое решение позволяет контролировать тепловое взаимодействие скважины с ММП и НП, как в процессе строительства скважины, так и в процессе ее дальнейшей эксплуатации при использовании ТИУ, установленного на скважине.The invention allows for operational monitoring of the quality of thermal insulation of the TOK in wells immediately after it is lowered into the well during cementing. The proposed solution allows you to control the thermal interaction of the well with MMP and NP, both during the construction of the well, and in the process of its further operation when using TIU installed on the well.

Проведение непрерывного контроля температуры tц1 в цементном кольце на наружной стенке ТОК (при установке на ней кабеля волоконно-оптической термометрии) и, соответственно, его удельного тепловыделения

Figure 00000013
при гидратации позволяет повысить точность определения
Figure 00000013
, а также оценить теплоизолирующую способность ТОК в процессе ее цементирования.Continuous monitoring of temperature t c1 in the cement ring on the outer wall of the current transformer (when installing a fiber optic thermometry cable on it) and, accordingly, its specific heat
Figure 00000013
during hydration improves the accuracy of determination
Figure 00000013
, as well as evaluate the heat-insulating ability of the current in the process of cementing it.

Изобретение позволяет также определить термическое сопротивление теплоизоляции ТОТ в зоне стыков, с учетом того, что теплоизоляция (теплоизолирующая способность колонны) в зоне стыков ТОТ (в местах соединений ТОТ в колонне) может значительно отличаться от теплоизолирующей способности по телу ТОТ, в том числе может быть хуже в зависимости от используемой на скважине технологии теплоизоляции стыков. При контроле теплоизоляции ТОК может быть обнаружен брак в теплоизоляции стыков при креплении.The invention also makes it possible to determine the thermal resistance of thermal insulation of the SOF in the area of joints, taking into account the fact that the thermal insulation (heat-insulating ability of the column) in the area of the joints of the SOF (at the joints of the SOF in the column) can significantly differ from the heat-insulating ability in the body of the SOF, including worse depending on the joint thermal insulation technology used at the well. When monitoring the thermal insulation of the TOK, defects in the thermal insulation of joints during fastening can be detected.

Зная термическое сопротивление теплоизоляции ТОК по телу ТОТ и в местах их стыков, возможно осуществление полного контроля технического состояния ТОК по их теплоизолирующей способности (по величине Uтн) в скважине.Knowing the thermal resistance of the TOK thermal insulation through the body of the TOT and in the places of their joints, it is possible to fully control the technical condition of the TOK by their heat-insulating ability (in terms of U t ) in the well.

Claims (38)

1. Способ оценки качества цементирования скважины в низкотемпературных породах (НП), оснащенной теплоизолированной обсадной колонной (ТОК) и термоизмерительным устройством (ТИУ), заключающийся в том, что в скважине после ее бурения выделяют различающиеся по условиям участки hi, где i=[1…n] - номер исследуемого участка, учитывающие устойчивость пород, их кавернозность, поглощающие способности, тепловые условия; перед закачкой цемента на устье скважины производят термометрические исследования, включающие измерение температур отобранных равных объемов проб продавочной жидкости и воды, которые помещают в термос и перемешивают, после чего регистрируют установившуюся температуру смеси продавочной жидкости и воды, определяют объемную теплоемкость продавочной жидкости как:1. A method for evaluating the quality of cementing a well in low-temperature rocks (NP), equipped with a heat-insulated casing (TOC) and a thermo-measuring device (TIU), which consists in the fact that in the well after its drilling, sections h i are distinguished by conditions, where i = [ 1 ... n] - number of the studied area, taking into account the stability of the rocks, their cavernousness, absorbing abilities, thermal conditions; Before the cement is injected at the wellhead, thermometric studies are carried out, including measuring the temperatures of the selected equal volumes of samples of the squeezing liquid and water, which are placed in a thermos and mixed, after which the steady-state temperature of the mixture of squeezing liquid and water is recorded, the volumetric heat capacity of the squeezing liquid is determined as:
Figure 00000026
,
Figure 00000026
,
где Сж - объемная теплоемкость продавочной жидкости, отобранной пробы на устье при закачке в скважину (кДж/м3°С),where C W is the volumetric heat capacity of the squeezing fluid taken at the wellhead when pumped into the well (kJ / m 3 ° C), Св - объемная теплоемкость воды, (кДж/м3°С);C in - volumetric heat capacity of water, (kJ / m 3 ° С); tж -температура продавочной жидкости на устье скважины, (°С);t W is the temperature of the displacement fluid at the wellhead, (° C); tв - температура воды на устье скважины, (°С);t in - water temperature at the wellhead, (° C); tсм - температура смеси продавочной жидкости и воды, (°С);t cm is the temperature of the mixture of squeezing liquid and water, (° C); по данным термометрических исследований в процессе цементирования ТОК для каждого выделенного участка hi ствола скважины определяют количество суммарного тепла Qжi, перераспределенного между цементным кольцом ТОК и объемом продавочной жидкости, находящейся внутри колонны в границах этого участка:according to the data of thermometric studies in the course of cementing the current for each selected section h i of the wellbore, determine the amount of total heat Q Жi redistributed between the cement ring of the current and the volume of displacement fluid located inside the column within the boundaries of this section:
Figure 00000027
Figure 00000027
где tнжi - температура продавочной жидкости внутри ТОК в границах i-го выделенного участка в начале периода схватывания цемента при цементировании ТОК, (°С);where t nzhi is the temperature of the displacement fluid inside the TOK within the boundaries of the i-th selected area at the beginning of the cement setting period during the cementing of the TOK, (° С); tжi-температура продавочной жидкости внутри ТОК в границах i-го выделенного участка после окончания закачки цемента и в период гидратации цемента при цементировании ТОК, (°С);t i i is the temperature of the displacement fluid inside the TOK within the boundaries of the i-th selected area after the completion of cement injection and during cement hydration during cementation of the TOK, (° С); rвк - внутренний радиус трубы цементируемой ТОК, (м);r VK - the inner radius of the pipe cemented TOK, (m); определяют количество тепла Qкi, необходимого для нагрева внутренней поверхности цементируемой ТОК, в произвольный момент времени проведения исследования после закачки цемента в скважину выделенного i-го участка:determine the amount of heat Q ki required to heat the inner surface of the cemented SLC at an arbitrary point in time after the injection of cement into the well of the selected i-th section:
Figure 00000028
Figure 00000028
где Скi - теплоемкость внутренней колонны, (Дж/м3°С);where C ki is the heat capacity of the inner column, (J / m 3 ° C); rк - внешний радиус трубы цементируемой ТОК, (м);r to - the outer radius of the pipe cemented TOK, (m); определяют количество тепла Qцi, необходимого для нагрева выделенного i-ого участка цементного кольца цементируемой ТОК:determine the amount of heat Q qi required to heat the selected i-th section of the cement ring cemented current:
Figure 00000029
Figure 00000029
где Сцi - теплоемкость выделенного i-го участка цементного кольца, (Дж/м3°С);where C ti is the heat capacity of the selected i-th section of the cement ring, (J / m 3 ° C); Снцi -температура на внутренней поверхности цементного кольца в начале периода схватывания цемента, (°С);С нцi - temperature on the inner surface of the cement ring at the beginning of the cement setting period, (° С); tцi -температура на внешней поверхности выделенного i-го участка цементного кольца в начале периода схватывания цемента, (°С);t ci is the temperature on the outer surface of the selected i-th section of the cement ring at the beginning of the cement setting period, (° С); rцi- наружный радиус выделенного i-го участка цементного кольца, (м);r qi is the outer radius of the selected i-th section of the cement ring, (m); rц1i - внутренний радиус выделенного i-го участка цементного кольца, (м);r c1i is the inner radius of the selected i-th section of the cement ring, (m); определяют суммарное удельное тепловыделение qτцi при гидратации цемента в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования выделенного i-го участка при цементировании:determine the total specific heat q qi during the hydration of cement in the annulus of the well 1 kg of cement slurry at the time of the study of the selected i-th area during cementing:
Figure 00000030
Figure 00000030
где Qνцi - суммарное выделенное количество тепла при гидратации цементного кольца исследуемого метрового интервала i-го участка;where Q νсi is the total heat released during the hydration of the cement ring of the studied meter interval of the i-th section; ρц - плотность тампонажного раствора в затрубном пространстве скважины, (кг/м3);ρ c - the density of the cement slurry in the annulus of the well, (kg / m 3 ); τц - время проведения исследования при гидратации цемента;τ C - the time of the study during hydration of cement; с учетом оценки суммарной величины удельного тепловыделения qτцi при гидратации цемента в затрубном пространстве определяют показатель коэффициента качества цементирования Ккцi ТОК на глубине hi выделенного i-го участка;taking into account the assessment of the total specific heat release q τci during cement hydration in the annulus, an indicator of cementing quality coefficient K kci TOK at a depth h i of the selected i-th section is determined;
Figure 00000031
,
Figure 00000031
,
где qп - предельное суммарное количество удельного тепловыделения, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении всего затрубного пространства во время цементирования при гидратации в цементном кольце, (Дж/кг);where q p is the maximum total amount of specific heat that releases 1 kg of cement slurry when filling the entire annulus during cementation during hydration in a cement ring, (J / kg); по полученным значениям показателя коэффициента качества цементирования Ккцi для всех исследуемых i-ых участков обсадной колонны судят о качестве цементирования ТОК в целом:according to the obtained values of the cementing quality factor K ki for all the studied i-th sections of the casing string, the quality of cementing of the current production complex as a whole is judged:
Figure 00000032
Figure 00000032
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно определяют термическое сопротивление теплоизоляции:2. The method according to p. 1, characterized in that it further determines the thermal resistance of thermal insulation:
Figure 00000033
Figure 00000033
где Uтн - термическое сопротивление теплоизоляции по исследуемым интервалам i проведения контроля качества цементирования при спуске ТОК, (м⋅ч °С/кДж); гдеwhere U tn is the thermal resistance of thermal insulation at the studied intervals i of cementing quality control during the lowering of the current, (m⋅h ° С / kJ); Where Δτцj - время проведения текущего исследования в j-й момент времени, где j=1, 2, 3, … , m); Δτ cj is the time of the current study at the j-th point in time, where j = 1, 2, 3, ..., m); по показателю термического сопротивления судят о качестве крепления исследуемого интервала спуска ТОК, причем качество цементирования в исследованном интервале спуска считают хорошим при значениях термического сопротивления Uтн, отличающихся от регламентируемой величины Uтн изготовленных и испытанных теплоизолированых труб от 5 до 10% с учетом оценки погрешности.according to the thermal resistance indicator, the quality of the fastening of the investigated drainage interval is estimated, and the cementing quality in the studied drainage interval is considered good at thermal resistance values U t different from the regulated value U t of manufactured and tested heat-insulated pipes from 5 to 10%, taking into account the error estimate.
RU2017124763A 2017-07-11 2017-07-11 Estimation method of the quality of well cementing in low-temperature rocks RU2652777C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017124763A RU2652777C1 (en) 2017-07-11 2017-07-11 Estimation method of the quality of well cementing in low-temperature rocks

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017124763A RU2652777C1 (en) 2017-07-11 2017-07-11 Estimation method of the quality of well cementing in low-temperature rocks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2652777C1 true RU2652777C1 (en) 2018-04-28

Family

ID=62105575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017124763A RU2652777C1 (en) 2017-07-11 2017-07-11 Estimation method of the quality of well cementing in low-temperature rocks

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2652777C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111832194A (en) * 2020-08-06 2020-10-27 中国石油天然气股份有限公司 Determination method of lift height of wellhead device
RU2792859C1 (en) * 2022-03-21 2023-03-28 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" Method for sealing annular spaces of well casing strings in conditions of distribution of low-temperature rocks
CN119593744A (en) * 2024-11-08 2025-03-11 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 Method and system for evaluating grouting effect of underground goaf of coal mine
CN119801485A (en) * 2025-03-13 2025-04-11 中国石油大学(华东) Prediction and evaluation method of formation hydrate stability or decomposition under oil well cement mass and heat transfer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4343181A (en) * 1980-03-11 1982-08-10 The United Stated Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method for determining thermal conductivity and thermal capacity per unit volume of earth in situ
RU2085727C1 (en) * 1990-10-29 1997-07-27 Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий "Российского акционерного общества "Газпром" Method for assessing quality of casing wells in permafrost and low-temperature ground
US20070221407A1 (en) * 2002-11-05 2007-09-27 Bostick F X Iii Permanent downhole deployment of optical sensors
RU2405936C2 (en) * 2007-11-30 2010-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Краснодар" (ООО "Газпром добыча Краснодар") Method for complex assessment of wells cementing quality and isolation of reservoir beds
RU2526435C1 (en) * 2013-04-23 2014-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-Газпром ВНИИГАЗ" Monitoring of wells thermal interaction with permafrost strata

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4343181A (en) * 1980-03-11 1982-08-10 The United Stated Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method for determining thermal conductivity and thermal capacity per unit volume of earth in situ
RU2085727C1 (en) * 1990-10-29 1997-07-27 Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий "Российского акционерного общества "Газпром" Method for assessing quality of casing wells in permafrost and low-temperature ground
US20070221407A1 (en) * 2002-11-05 2007-09-27 Bostick F X Iii Permanent downhole deployment of optical sensors
RU2405936C2 (en) * 2007-11-30 2010-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Краснодар" (ООО "Газпром добыча Краснодар") Method for complex assessment of wells cementing quality and isolation of reservoir beds
RU2526435C1 (en) * 2013-04-23 2014-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-Газпром ВНИИГАЗ" Monitoring of wells thermal interaction with permafrost strata

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111832194A (en) * 2020-08-06 2020-10-27 中国石油天然气股份有限公司 Determination method of lift height of wellhead device
RU2792859C1 (en) * 2022-03-21 2023-03-28 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" Method for sealing annular spaces of well casing strings in conditions of distribution of low-temperature rocks
CN119593744A (en) * 2024-11-08 2025-03-11 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 Method and system for evaluating grouting effect of underground goaf of coal mine
CN119801485A (en) * 2025-03-13 2025-04-11 中国石油大学(华东) Prediction and evaluation method of formation hydrate stability or decomposition under oil well cement mass and heat transfer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8961006B2 (en) Fiber optic sensing systems and methods
RU2652777C1 (en) Estimation method of the quality of well cementing in low-temperature rocks
US20140318783A1 (en) Method of Real Time Monitoring of Well Operations Using Self-Sensing Treatment Fluids
EA022024B1 (en) Method and system of miscible injection testing of oil wells
Magraner et al. Thermal response test analysis for U-pipe vertical borehole heat exchangers under groundwater flow conditions
Wiktorski et al. Experimental study of temperature effects on wellbore material properties to enhance temperature profile modeling for production wells
US20170226850A1 (en) Method for determining a thermal conductivity profile of rocks in a wellbore
AU2017432180A1 (en) Methods and systems for characterizing multiple properties of cement using p-waves of multiple frequencies
Vipulanandan et al. Field test for real time monitoring of piezoresistive smart cement to verify the cementing operations
Zhang et al. Detection of the freezing state and frozen section thickness of fine sand by ultrasonic testing
US8531189B2 (en) Cement expansion measurement apparatus and method
Sump et al. Prediction of wellbore temperatures during mud circulation and cementing operations
US9021875B2 (en) Bi-directional flow and distributed temperature sensing in subterranean wells
US20200240955A1 (en) Determining non-plastic state shrinkage in a cement slurry
JP6916497B1 (en) Thermophysical property measuring device and method for measuring thermal conductivity
RU2424420C1 (en) Procedure for determination of heat conduction coefficient of heat insulation of heat insulated lift pipe in well
RU2526435C1 (en) Monitoring of wells thermal interaction with permafrost strata
Vipulanandan et al. Smart cement piezoresistivity characterization with sodium metasilicate under temperature and curing environments for oil well–cementing
Montazer et al. Monitoring the vadose zone in fractured tuff, Yucca Mountain, Nevada
CN105403590A (en) Method and device for testing thermal conductivity of heat-insulated pipe
Jones A novel economical approach for accurate real-time measurement of wellbore temperatures
Vipulanandan et al. Real time monitoring of oil based mud, spacer fluid and piezoresistive smart cement to verify the oil well drilling and cementing operation using model tests
RU2329370C1 (en) Method of permafrost rock bedding delimitation
CN101070756B (en) Method and device for detecting leakage layer position in oil drilling
CN103089247A (en) Gas pressure testing device and method of coal measure strata rich in water