Способ определения параметров устойчивости пород приствольной зоны скважины

 

Применение: для прогнозирования параметров устойчивости пород склонных к пластичным деформациям, приствольной зоны скважины при бурении. Сущность изобретения: способ определения параметров устойчивости горных пород приствольной зоны скважины содержит проведение по крайней мере дважды за интервал времени профилеметрии или квернометрии скважины и определение радиального перемещения стенок скважины путем сравнения результатов измерения. Параметры устойчивости приствольной зоны скважины определяют по математическим зависимостям. 1 табл.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин в интервале залегания горных пород, склонных к пластичным деформациям.

Известен способ исследования скважин в открытом стволе, при котором в процессе бурения после испытания пласта в открытом стволе определяют допустимый перепад давления в зависимости от физико-механических свойств глинистых пород, контактирующих с коллектором (авт.свид. СССР N 1756549, кл. Е 21 В 47/00, 1991).

Однако данный способ может быть применен только при испытании скважины с помощью испытателя пласта, опускаемого на бурильных трубах.

Известен также способ для проверки устойчивости ствола скважины, при котором замеряются выпуклости глинистого пласта вследствие его взаимодействия с буровым раствором (патент США N 4710906, 1987).

Недостатком этого способа является ограниченные возможности его применения только для измерения выпучивания глинистого пласта. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ оценки характеристики горных пород, при котором оценивается одна или несколько характеристик горных пород путем их измерения в процессе бурения и сравнения с набором данных, который постоянно корректируется (патент США N 4697650, 1987).

Недостатком этого способа является то, что с помощью него невозможно определить параметры устойчивости горных пород приствольной зоны скважины.

Задачей изобретения является прогнозирование параметров устойчивости пород приствольной зоны скважины,предупреждение осложнений, связанных с потерей устойчивости стенок ствола скважины, оптимизация процесса бурения.

Поставленная задача решается следующим образом. Для определения параметров устойчивости горных пород приствольной зоны скважины по крайней мере дважды проводят профилеметрии или кавернометрию и определяют радиальное перемещение стенок скважины путем сравнения результатов измерения, а параметры устойчивости приствольной зоны скважины определяют по формуле где безразмерный радиус зоны пластичности; радиальное перемещение стенок скважины, м; G модуль сдвига горной породы, МПа; R₀ радиус скважины, м; K коэффициент сцепления горной породы, МПа; ρ_p плотность бурового раствора, кг/м³; ρ_п плотность горной породы, кг/м³; g ускорения свободного падения, м/с²;
h глубина скважина, м.

По данному способу параметры устойчивости стенок глубоких скважин могут быть определены по геофизическим данным без отбора керна горной породы и проведения специальных исследований керна в лабораторных условиях, то есть экспресс-методом.

Кроме того, в промысловых условиях этот способ позволяет составить номограмму параметров устойчивости приствольной зоны скважины по каждой площади и использовать эти данные в процессе бурения для его оптимизации, прогнозирования и предотвращения осложнений.

В известных автору источниках патентной и научно-технической информации не описано способа определения параметров устойчивости пород приствольной зоны скважины по данным геофизических исследований, позволяющего представить процесс реального деформирования массива горных пород.

Изложенное выше позволяет сделать вывод о наличии в заявляемом техническом решении критерия изобретения "изобретательский уровень".

Способ осуществляется следующим образом.

В скважине, вскрывшей интервал пластичных горных пород (солей, глин) проводят профилометрию или кавернометрию, то есть геофизические исследования ствола скважины, по крайней мере дважды. В результате двух замеров получаем данные о радиальном перемещении стенки скважины за интервал времени между двумя замерами путем сравнения этих данных.

Зная величины плотности бурового раствора, при котором проводились геофизические исследования в скважине ρ_p, плотности горной породы ρ_п, глубины скважины h, ускорения свободного падения g, радиального перемещения стенки скважины , определяем по формулам (1,2,3) величины безразмерного радиуса зоны пластичности , модуля сдвига горной породы G, коэффициента сцепления горной породы К.

Поскольку величина коэффициента сцепления горной породы К изменяется очень незначительно и практически неизменна для условий данной скважины, оставляем для последующих расчетов найденную величину.

Решая систему 3-х уравнений (1,2,3), находим величины трех неизвестных параметров устойчивости приствольной зоны скважины: , G не экспериментальным, а расчетным путем. А кроме того, имея данные по конкретным скважинам, используя этот способ, можно составлять номограммы параметров устойчивости приствольной зоны скважины по каждой площади.

Опытная проверка способа определения этих параметров проведена по скважинам Елемес-2, Елемес-4. Данные представлены в таблице.

Формула изобретения

Способ определения параметров устойчивости горных пород приствольной зоны скважины, включающий геофизические исследования и сравнение результатов измерений, отличающийся тем, что по крайней мере дважды проводят профилеметрию или кавернометрию и определяют радиальные перемещения стенок скважины путем сравнения результатов измерения, а параметры устойчивости приствольной зоны скважины определяют по формулам

где ρ_* - безразмерный радиус зоны пластичности;
радиальное перемещение стенок скважины, м;
G модуль сдвига горной породы, МПа;
R₀ радиус скважины, м;
K коэффициент сцепления породы, МПа;
ρ_p - плотность бурового раствора, кг/м³;
ρ_п - плотность горной породы, кг/м³;
g ускорение свободного падения, м/с²;
h глубина скважины, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1