Способ крепления скважин в пластичных породах

 

Изобретение относится к горной пром-ти и предназначено для борьбы со смятием обсадных колонн (ОК) при явлениях текучести пластичных пород .(ПП). Цель - повышение эффективности крепления скважин за счет уменьшения затрат времени на их крепление и снижение вероятности смятия ОК. Перед спуском ОК скважину выдерживают незакрепленной до момента разгрузки избыточного давления (ИД) в ПП. По известным соотношениям рассчитьшают противодавление бурового раствора, начальное ИД, допустимое давление на ОК и скорость сужения ствола. При достижении этой скорости следует прекратить разгрузку ИД. После вскры - тия ПП, склонных к текучести, установив рассчетное противодавление бурового раствора, систематически измеряют скорость сужения ствола. По этой скорости, а также по допустимому сужению ствола рассчитывают моменты времени для проработки ствола. Конечную скорость v/ji сужения ствола определяют по ф-ле: v v () ,гке V - начальная скорость сужения ствола; , и Р - начальное и допустимое ИД в ПП. Последнюю проработку заканчивают при расчетной,конечной скорости сужения. Затем спускают ОК и цементируют ее. При необходимости в ОК устанавливают временный цементный мост с последуюшям его разрушением после вьфавнивания давления на ОК. fi а а

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 Е 21 В 33 13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4013469/22-03 (22) 08.01.86 (46) 15.08.88. Бюл. ¹ 30 (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория Производственного объединения "Оренбургнефть" (72) P.Þ. Курбангалеев, А.P. Курбангалеев и Э.P. Курбангалеев (53) 622.245.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 613084, кл. E 21 В 33/14, 1976.

Способ борьбы с сужением ствола скважин в интервалах залегания пластичных горных пород. М.: ВНИИОЭНГ, РНТС, Бурение, 1983, ¹ 10, с. 5"7.

Повышение надежности обсадных колонн в солевой толще при бурении скважин на нефть и газ. Информационный листок ¹ 283-84, Оренбургский межотраслевой территориальный центр

НТИ, 1984. (54) СПОСОБ КРЕШ1ЕНИЯ СКВАЖИН В ПЛАСТИЧНЫХ ПОРОДАХ (57) Изобретение относится к горной пром-ти и предназначено для борьбы со смятием обсадных колони (ОК) при явлениях текучести пластичных пород .(ПП). Цель — повышение эффективности крепления скважин за счет уменьшения,.SU„„ i 41666? А 1 затрат времени на их крепление и сни" жение вероятности смятия ОК. Перед спуском ОК скважину выдерживают незакрепленной до момента разгрузки избыточного давления (ИД) в ПП. По известным соотношениям рассчитывают противодавление бурового раствора, начальное ИД, допустимое давление на ОК и скорость сужения ствола. При достижении этой скорости следует прекратить разгрузку ИД. После вскры тия ПП, склонных к текучести, установив рассчетное противодавление бурового раствора, систематически измеряют скорость сужения ствола. По этой скорости, а также по допустимому су- ф жению ствола рассчитывают моменты времени для проработки ствола. Конечную скорость чл сужения ствола определяют по ф-ле: v< v z (P /P ),где Ъ вЂ” начальная скорость сужения ствоо ла; Р0 и Р - начальное и допустимое

ИД в ПП. Последнюю проработку закан.чивают при расчетной, конечной скорости сужения. Затем спускают ОК и цементируют ее. При необходимости в ОК устанавливают временный цементный ФФ мост с последующим его разрушением Ж после выравнивания давления на ОК, (В

1416667

Изобретение относится к горной промьш1ленности, в частности к области крепления нефтяных и газовых скважин в пластичных породах и предна1

5 значено для борьбы со смятием обсадных колонн при явлениях текучести пластичных пород, и может быть использовано для крепления стволов шахт, тоннелей и подземных сооружений при проявлениях текучести пород при проходке этих сооружений.

Целью изобретения является повьппение эффективности крепления скважин путем обеспечения возможности уменьшения затрат времени на их крепление и снижение вероятности смятия обсадных колонн.

Способ осуществляют следующим образом. 20

Перед спуском колонны выдерживают скважину незакрепленной до момента разгрузки избыточного давления в пластичных породах.

По известным соотношениям рассчитывают противодавление бурового раствора, начальное избыточное давление и допустимое давление на колонну, а также скорость сужения ствола, при достижении которой следует прекратить разгрузку избыточного давления. После вскрытия зоны пластичных пород, склонных к текучести (ползучести), установив расчетное противодавление бурового раствора известным способом,систематически измеряют скорость сужения ствола. По этой скорости, а также по допустимому сужению ствола рассчитывают моменты времени для проработки (разбуривания) ствола известными способами.

При этом конечную скорость сужения ствола (vn) определяют по формуле рп

v = v †., где v - начальная скол ОР о о рость сужения ствола; P u P n — избы-"5 точное давление в пластичных породах, соответственно начальное и допустимое.

Последнюю проработку заканчивают при расчетной конечной скорости сужения, после чего спускают обсадную ко-50 лонну и осуществляют ее цементирование. При необходимости осуществляют установку в .колонне временного цементного моста с последующим его разбуриванием (после выраннинания давле- 55 ния на колонну).

1. Рассчитывают начальное избыточное давление на обсадную колонну.При этом учитывают, что после крепления скважины на обсадную колонну действует разность между боконым горным данлением и противоданлением флюида в скважине. Расчет ведут, исходя из наиболее неблагоприятных условий, возникающих при минимальном противодавлении флюида по формуле

РО () где — удельные веса соответст7h 8р с у венно вьппележащих пород и флюида в скважине,г/cM ;

Н вЂ” глубина крепления зоны ползучести, м;

6 — предел текучести породы, Н/м .

Наиболее неблагоприятные условия могут возникнуть при эксплуатации скважины на нефть.

Удельный вес нефти 0,85х104 H/ì .

Удельный нес вышележащих пород 2, 4 х х 10 Н/мз, Глубина крепления зоны ползучести 4000 м. Предел текучести породы

20xl0 Н/м2 . Начальное избыточное давление в этом случае равно

P = (2,4-0,85)х104х4000-20х10 =

= 600х10 Н/и .

2. Определяют допустимое избыточное давление на обсадную колонну.

Обсадная труба имеет наружный диаметр 146, внутренний 130 мм, овальность 0,015, группа прочности стали

E предел текучести 55 кгс/см . По справочнику этому сортаменту трубы соответствует допустимое избыточное давление 300 кгс/см .

3. Если крепить зону ползучести этой трубой без разгрузки горного давления, то обсадная колонна будет смята, потому что начальное избыточное давление вдвое превышает допустимое.

Следовательно, для исключения смятия обсадной колонны следует выполнять разгрузку избыточного давления ниже допустимого. Pаэгрузку следует проводить при том противодавлении флюи— да, которое заложено в расчет, н данном случае при 340х10 Н/м . Разгрузку следует систематически контролировать и управлять ею. Контроль производится путем измерения скорости сужения ствола, а управление производится путем проработки, которые выгол-. няются следующим образом.

1416667

4. Определяют начальную скорость сужения ствола. Для чего сразу же после вскрытия пласта измеряют диаметр ствола. Второй замер выполняют спустя некоторое время. Скорость сужения ствола находят путем деления разности диаметров на промежуток времени между замерами.

Например, зону ползучести вскрывают долотом 198 мм. Создают противодавление раствора 340х 10 Н/и . Измеряют диаметр ствола, который оказывается равным 190 мм. Второй замер выполняют спустя 24 ч, при этом диаметр уменьшился до 174 мм. В этом случае начальная скорость сужения равна

190 — 174 о 1 = 16 мм/сут.

5. Рассчитывают скорость сужения ствола, при достижении которой следует прекратить разгрузку. При этом исходят из того, что между скоростью сужения ствола и избыточным давлением существует взаимно однозначное соответствие, т.е. эти величины релаксируют по общему закону затухания.

Расчет ведут по формуле

t

Р

vn=- v— с ор где ч, v - скорости сужения ствола, l соответственно начальная и конечная расчетная, мм/сут; P P л — избыточное давление в пластичных породах соответственно, начальное и допустимое, н/м .

Начальное избыточное давление равно 600х10 Н/м, а допустимое избыточное давление по примеру 2 равно

300 кгс/см, начальная скорость сужения ствола п. 4 равна 16 мм/сут. Конечная (расчетная) скорость сужения ствола в этом случае равна

4Б P = 600х10 = 544x10 Н/м .

14 5

16

8. Проработку ствола продолжают до тех пор, пока скорость сужения ствола по примеру 7 не снизится ниже

50 расчетной, а избыточное давление ниже допустимого:

1 2 3 4 5 6

5,0 10,5 16,7 23,6 31,7 41,1

14,5 13,0 11,5 10,0 8,5 ?,0

Следовательно, при достижении скорости сужения ствола расчетной, равной 8 мм/сут, разгрузку следует прекратить. ч = 16 х 60 = 8 мм/сут.

300 б

Порядковый Р.проработки 0

Момент проработки, сут 0

Скорость сужения, мм/сут 16,0

Избыточное давление х10 H/ì 600

Из этих результатов следует, что скорость сужения ствола снизилась

6. Рассчитывают. момент первой проработки ствола. При этом исходят из того, что разгрузка избыточного давВ ления вследствие спонтанной пластической деформации пород в приствольной зоне приводит к сползанию пород в ствол и его сужению.

Сужение ствола препятствует спол10 занию пород и затрудняет разгрузку избыточного давления. Поэтому для облегчения разгрузки избыточного давления необходима проработка ствола.

При расчете момента проработки ствола исходят из его допустимого сужения и скорости сужения ствола. Расчет выполняют по формуле: где t — - момент проработки ствола,сут;

D — допустимое сужение ствола, мм; ч — скорость сужения ствола, мм/сут.

Допустимое сужение ствола 40% от номинала 200 мм, т.е. равно 80 мм.

Скорость сужения ствола равна

16 мм/сут. Момент проработки в этом случае равен

30 t = — = 5 сут.

16

Следовательно, первую проработку ствола следует выполнять через 5 сут после вскрытия пласта.

7. После проработки ствола вновь

З5 определяют скорость его сужения и рассчитывают момент следующей проработки ствола аналогично описанному.

Скорость сужения ствола после первой проработки 14,5 мм/сут. Момент

40 второй проработки ствола при допустимом сужении 80 мм 5,5 сут или 10 5 сут с момента вскрытия пласта. Разгрузка избыточного давления равна

544 488 341 375 319 263 ниже расчетного (8 мм/сут), а избыточное давление ниже допустимого

1416667

15 р

vn

4 р о где v — начальная скорость сужения ствола, мм/сут; Р о и Р л " избыточное давление в пластичных породах, соответственно начальное и допустимое, Н/м2 .

Составитель В. Гришанов

Техред А.Кравчук Корректор Л. Патай

Редактор Ю. Середа

Заказ 4044/31

Тираж 531 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

300х10 5 Н/м . Следовательно, после выравнивания концентрации избыточного давления на колонну путем установки цементного моста и его разбуривания смятие обсадной колонны будет исключено, потому, что прочность колонны превысит уровень избыточного давления.

Формула изобретения

Способ крепления скважин в пластичных породах, включающий выдержку скважины после раэбуривания эоны пластичных пород в течение времени до разгрузки избыточного давления в пластичных породах до величины ниже уровня допустимого давления на обсадную колонну, спуск обсадной колонны и ее последующее цементирование, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности крепления скважин путем обеспече1 ния возможности уменьшения затрат времени на их крепление и снижения вероятности смятия обсадных колонн, в процессе выдержки скважины осуществляют контроль и управление разгрузкой избыточного давления в пластичных породах путем систематически чередующихся измерений скорости сужения ствола скважины и его проработки, причем проработку осуществляют в момент достижения допустимого сужения ствола, а последнюю проработку заканчивают при достижении конечной скорости сужения ствола ч опре ъФ деляемой из выражения: