Способ определения гидродинамического давления в скважине при спуско-подъемных операциях с колоннами труб

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >945402 (61) Дополнительное н авт. свид-ву (22) Заявлено 18.12,80 (21) 3219361/22-03 с присоединением заявки ¹ . (23) Приоритет

Опубликовано 230782. Бюллетень ¹ 27

Дата опубликования описания 23.07.82 (и) м. Кл.

Е 21 В 47/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (531УДК 622.241. . 8 (088. 8) В.Ç.Дигалев, В.В.Грачев, В.Д.Малеванский, Е.Г Леонов и А.A.Öóïðèêîa (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов (ВНИИгаз) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО

ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ ПРИ СПУСКΠ†ПОДЪЕМН

ОПЕРАЦИЯХ С КОЛОННАМИ ТРУБ

25

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для использования при бурении и эксплуатации скважин, в частности для определения гидродинамического давления в скважине,при спуско-подъемных операциях с колоннами труб °

Гидродинамическое давление в скважине, вызываемое движением колонн при спуско-подъемных операциях, приводит

fc осложнениям. При подъеме колонны давление в скважине уменьшается, что способствует поступлению в буровой раствор пластовых флюидов вплоть до их выброса и открытого фонтанирования. При спуске колонны повышение давления может вызвать гидроразрыв пластов и поглощение бурового раствора.

Кроме того, колебания гидродинамического давления, обусловленные движением колонны, могут привести к обвалам стенок скважины, недопуску пакеров до проектной глубины, смятию обсадных колонн в процессе их спус-. ка и другим осложнениям.

Известен способ определения гидродинамического давления в скважине при спуско-подъемных операциях, заполненной жидкостью, основанный на определении разности устьевых давлений при прокачке жидкости через движущуюся и неподвижную колонны труб с разным расходом. Если при этом указанная разность не зависит от расхода жидкости, то считается, что она представляет собой изменения давления в скважине, происходящие при спуске или подъеме колонны беэ прокачки (1).

Однако способ не поэ вол яет определять инерционные составляющие давления в скважине, так как изменения давления вследствие инерции жидкости в скважине и в колонне имеют различную величину и противоположные знаки. Способ не применим как при турбулентном, так и при структурном режиме движения жидкости. В первом случае это обусловлено тем, что измеряемая разность зависит от расхода жидкости, во втором — можно определить -.олько ту часть давления, возникающего при движении колонны без прокачки, которая зависит от скорости. Кроме того, с помощью данного способа нельзя измерить величину изменений давления в наиболее опасном случае при движении колонны с закрытым нижним концом.

945402 где Р {ti гидродинамическое дав..лэние, Па; плотность жидкости кг/M кинематическая вязко ть жидкости, м l с; наружный диаметр колонны, м1 эквивалентный диаметр кольцевого пространства, м; ускорение движения колонны, м/с ; скорость движения колонны, м/с;

- дяина погруженной в жидкость части колонны, м; — время, с. а(t}

L(ti

5{) -ъВремя, с Ускорение„ Скорость, Длина, м Давление, и/с м/с Па

Способ

1000

0,00 — 20, 00

Известный — 16Ä68

1000

Предлагаемый

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является. способ определения гидродинамического давления в скважине при спуско-подъемных операциях с колоннами труб, заключаю- 5 щийся в измерении реологических характеристик жидкости, геометрии скважины, скорости движения колонны и ее длины, ускорения движущейся колонны и последующем расчете {О

)давления.

При составлении кспериментальных зависимостей для определения давления получают параметры движения по указанной последовательности (из скорости-ускорение) и регистрируют соответствующее изменение гидродинамического давления Pg в скважине. Определение давления Р„, зависящего только от скорости движения колонны, производят вычитанием из гидродинамического давления Рд инерционной составляющей давлений Р„

Рт = Ру — Ри, (1)

Инерционное давление Р определяют по известной Формуле (3) {.2).

Недостатком способа является то, что замеряют осредненное„, а не истинное значение скорости. Ускорение рассчитывают по осредненному значеииюзО скорости, при этом ошибка в определении его величины может быть как угодно большой. г давление рассчитывают по формуле, полученной на основании общих физических представлений беэ подтверждения ее экспериментальными данными.

При этом сделано допущение, что Ускорение колонны передается жидкости как твердому телу, что не правомерно.

Целью изобретения является повышение достоверности и точности определения гидродинамического давления в скважине при спуско-подъемных

Операциях с колоннами труб. указанная цель достигается тем, 45 что согласно способу измеряют ускорение движения колонны, определяют длину погруженной в жидкость части колонны, а давление рассчитывают по формулам: ламинарный режим

P H.)" 91) Ь(+.)(ЯЯ.— —.+02 рь (.ь)д(Ц - ., (2) турбулентный режим

Р9{И=0875мц26Р,{ ).М {а),7 д Л

55 0,ЫР. (а)а() -7; Ю { 3 ) На фиг.1 показана осциллограмма ускорения; на фиг.2 — график скорости, полученный интегрированием из— меренного ускорения.

Пример.В скважину диаметром

D--0,118 м, заполненную жидкостью, плотностью Р =2000 кг/м и вязкостью У =3 ° 10 м /с спускают колонну диаметром й=0, 089 м и длиной — 1000 м. На верхнем конце колонны устанавливают акселерометр с помощью специального переводника. Ускорение движения колонны à(t) записано на Фотобумагу с помощью виброиэмерительной станции ВИ 6-С ТН и осциллографа Н-700, соединенных с акселерометром кабелем (фиг,1). Скорость U(t) движения колонны во времени (Фиг.2) получают графическим интегрированием осциллограммы ускорения (Фиг.1). Путь движения колонны может быть получен дальнейшим интегрированием графика скорости, а длина L{t) погруженной в жидкость части колонны - суммированием длин одиночных труб (пути колонны за время спуска или подъема одной трубы) с начала движения колонны, когда начальная ее длина известна (в частном случае L=O). Имея зависимости а(t), U(), L(t), рассчитывают гидродинамическое давление Р (1) в любой момент вреМени по формулам (2) или (3) в зависимости от режима обтекания, в данном случае по формуле (2). Для сравнения давление Ро (t) рассчитано по формулам (3) и (19) приведенных в {2). Результаты расчетов представлены в таблице.

945402

Продолжение таблицы

Время, с Ускорение, ) Скорость, Длина, м Павление, м/с ) м/с

Па

Способ

Известный

Предлагаемый

Известный

Предлаrаемый

Известный

Предлагаемый

1000

0,00

19, 50

12,75

1000

0F33

0,18

0,18

1000

1,70

1,08

1000

2,57

0 36

1000

2,8

1000

5,2

0,36

10, 24

О 4 5

Фиг.1

О,f

0,4

0,.1

Ю,Р

0,1

ВНИИПИ Заказ 5284/45

Тираж 623 Подписное

If Л

Фиг. 2

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,5

Как видно из таблиць1, в момент времени t= 1 с давление Р, полученное расчетным путем по известному. способу, равно 0, s то же время как давление, полученное по предлагаемому способу Pg=19 5 МПа.

Использование данного способа позволяет повысить достоверность и точность определения гидродинамического давления при спуско-подъемных операциях с колоннами труб в скважине.

Получение достоверных данных поз- ЗО воляет сократить число осложнений (обвалов стенок скважины, гаэонефтеводопроявлений, гидроразрывов, поглоцений, фонтанов и т.п.) и тем самым увеличить скорость проводки сква- З5 жины.

Формула изобретения

Способ определения гидродинамического давления в скважине при спуско-подъемных операциях с колон- 4О нами труб, заполненной жидкостью, включавший измерение реологических характеристик жидкости, геометрических характеристик скважины и опреде- . ление скорости движения колонны, 45 отличающийся тем, что, с целью повьпаения точности опреде— ления, измеряют ускорение движЕния колонны, определяют длину погруженной в жидкость части колонны, а давление рассчитывают по формулам: ламинарный режим а Д

Р =29 4 LU - - + О, 2 5p La —, Y аэ аэ турбулентный режим

О,йб fË d " с1

Р =О, 08754 у LU —,@+О, 25р1 аа— э аэ где Р— гидродинамическое давление, Па;

3 — плотность жидкости, кг/м; .д — кинематическая вязкость жидкости, м /с; а — наружный диаметр колонны, м»

d — эквивалентный диаметр кольцевого пространства, м; а - ускорение движения колонныр м/с2;

П вЂ” скорость движения колонны, м/с; — длина погруженной в жидкость части колонны, м.

Источн ки информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Хирзаджанзаде A.Х. и др. Метод определения гидродинамического давления на стенки скважины при спускоподъемных операциях. -"Азербайджанское нефтяное хозяйство", 1964, 9 8, с. 9-10.

2. "Journal of Petroleum Technology, МюV, юг 1961, 9 6ю р. 565 605