СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН Российский патент 1998 года по МПК E21B7/20 E21B43/10 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для использования при строительстве нефтяных и газовых скважин в районах распространения многолетнемерзлых пород.

Известен способ строительства скважин, включающий размещение в скважине обсадных труб различной прочности [1].

Недостатки данного способа заключаются в низкой надежности конструкции в условиях распространения многолетнемерзлых пород и связанной с этим возможностью смятия обсадных труб при замерзании водосодержащих сред.

Известен способ строительства скважин, включающий размещение в скважине обсадных труб различной прочности [2], при котором прочностные характеристики обсадных труб выбирают из условий максимально возможных давлений, возникающих при замерзании жидкости, рассчитываемых по формуле Клайперона-Клаузиуса.

Недостатки данного способа заключаются в том, что возникает неопределенность при замерзании водосодержащих сред под действием атмосферного холода в зимнее время, при этом нет полной гарантии, что не произойдет смятие или разгерметизация эксплуатационной колонны при повышении давления. Кроме того, прочностные характеристики труб крепи сильно завышаются, повышается металлоемкость, удорожается строительство скважин за счет роста капитальных затрат.

Задача, стоящая при создании изобретения, - надежность и экономичность конструкции скважин на всех этапах, начиная со строительства, эксплуатации до завершения разработки месторождения в условиях распространения многолетнемерзлых пород. Технический результат, на который направлено изобретение, - сохранение целостности и герметичности эксплуатационной колонны при любых условиях замерзания водосодержащих сред как в межколонном, так и в заколонном пространствах.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известном способе строительства скважин, включающем размещение в скважине обсадных труб различной прочности, в отличие от прототипа вначале из условий безаварийного строительства скважин по прочностным характеристикам выбирают близлежащую к эксплуатационной колонне обсадную трубу, затем задают допустимое наружное давление смятия эксплуатационной колонны, которое должно быть больше суммы давления, соответствующего пределу прочности на разрыв близлежащей к эксплуатационной колонне обсадной трубы, и давления разрыва мерзлой породы, по нему подбирают эксплуатационную колонну.

Прочностные характеристики каждой последующей обсадной трубы задают из условий, что допустимое давление предела прочности внутренней обсадной трубы больше предела прочности на разрыв наружной обсадной трубы.

Прочностные характеристики труб соответствуют соотношению
P_см.э.к.> P_пр.бл + P_рмп
P_пр.вн> P_{пр.наруж.},
где P_см.э.к - давление смятия обсадной трубы эксплуатационной колонны;
P_пр.бл - давление предела прочности близлежащей к эксплуатационной колонне обсадной трубы;
P_рмп- давление разрыва мерзлых пород;
P_пр.вн - давление предела прочности внутренней обсадной трубы;
P_{пр.наруж} - давление предела прочности наружней обсадной трубы.

Таким образом, можно сделать вывод, что изобретение отвечает критерию "новизна".

Поскольку использование изобретения позволяет осуществить давно существующую потребность, заявленное изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень".

На чертеже показана схема осуществления способа.

Рассмотрим реализацию заявляемого способа на примере трехколонной конструкции крепи скважины, применяемой для эксплуатации сеноманской газовой залежи Заполярного месторождения.

Внешняя колонна (кондуктор) 1 предназначена для перекрытия верхних слабоустойчивых горных пород.

Промежуточная (близлежащая к эксплуатационной) колонна 2 предназначена для предотвращения осложнений: газопроявлений, поглощения бурового раствора, обвала стенок скважин и пр. Глубина ее спуска определяется как перекрытием всей толщи мерзлых пород, так и предупреждением прорыва газа под башмаком при газопроявлении и закрытом устье. Колонна служит для установки на устье скважины противовыбросового оборудования.

Эксплуатационную колонну 3 спускают в скважину и цементируют после достижения проектной глубины и вскрытия продуктивного горизонта. Ее целостность и герметичность определяет срок жизни скважины как капитального сооружения, ее добывающей возможности, способность проводить в скважине различные операции: капитальный ремонт, интенсификация притока и т.п.

Строительство скважины начинается с выбора прочностных параметров промежуточной колонны 2.

Диаметр промежуточной колонны выбирают из условий:
1) проходимости породоразрушающего инструмента (долота) при бурении ствола скважин под последующую колонну;
2) создания минимальных гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве при цементировании обсадных колонн для обеспечения гарантированного подъема тампонажных смесей до проектной отметки.

Для нашего случая промежуточная колонна диаметром 299 мм, сталь марки "Д", толщина стенки 9,5 мм, наружное давление на смятие 8,8 МПа, внутреннее давление смятия 21,2 МПа, давление предела прочности 36,4 МПа.

После выбора промежуточной колонны 2 проводится определение прочностных параметров эксплуатационной колонны 3 из условия
P_см.3 > P_пр.2+ P_рмп
где P_см.3 - давление смятия трубы эксплуатационной колонны 3, МПа;
P_пр.2 - давление предела прочности близлежащей к эксплуатационной колонне обсадной трубы 2, МПа
P_пр.2 = 36,4 МПа, P_рмп = 17,4 МПа;
P_см.3 должно быть больше 53,8 МПа.

Диаметр эксплуатационной колонны выбирают и исходя из оптимальных термодинамических условий работы лифтовой колонны, обеспечивающей проектную добычу пластового флюида. То есть проектом разработки задается необходимый внутренний диаметр лифтовых труб, обеспечивающих проектную добычу.

Выбираем реальную обсадную трубу диаметром 219 мм, марка стали "P", с толщиной стенки 12,7 мм, допустимое наружное давление на смятие которой 54,0 МПа.

Глубина спуска эксплуатационной колонны определяется по глубине нижних отверстий перфорации при вторичном вскрытии продуктивного объекта, с учетом технологического зумпфа и высоты цементного стакана в колонне.

H_э.к.=h_п+ h_з+h_цс
где h_п - глубина залегания нижних отверстий перфорации, м;
h_з - высота технологического зумпфа, м;
h_цс- высота цементного стакана в колонне, м.

Для месторождений севера Тюменской области обязательным условием является спуск кондуктора, цель которого - перекрытие всей толщи мерзлых пород, включая нулевую изотерму, которая подвергается растеплению как при бурении скважины, так и при ее эксплуатации.

Выбор прочностных характеристик кондуктора 1 производят из условия
P_пр.2 > P_пр.1
где P_пр.1 - давление предела прочности наружной обсадной трубы - кондуктора 1;
P_пр.2 - давление предела прочности промежуточной внутренней обсадной трубы 2.

Предел прочности в колонне 2 трубы диаметром 299 мм, сталь "Д", толщина стенки 9,5 мм - 36,4 МПа.

В качестве кондуктора выбирают трубу диаметром 426 мм, сталь "Д", толщина стенки 10 мм, давление предела прочности которой 26,9 МПа.

В скважинах, построенных в районах распространения многолетнемерзлых пород, при остановках происходит обратное восстановление растепленных мерзлых пород. При замерзании водосодержащих сред увеличивается объем твердой фазы по сравнению с жидкой, в результате чего возникают значительные давления, приводящие к смятию обсадных колонн.

Предлагаемый способ обеспечивает смятие обсадных колонн наружу, сохраняя эксплуатационную колонну.

Технико-экономическая эффективность способа заключается в обеспечении безаварийной эксплуатации скважины на весь планируемый срок, способ не ограничивает продолжительность простоя скважины в ремонте и консервации.

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности, а именно при строительстве скважин в районах распространения многолетнемерзлых пород. Обеспечивает сохранение целостности и герметичности эксплуатационной колонны при любых условиях замерзания водосодержащих сред как в межколонном, так и в заколонном пространствах. Сущность изобретения: способ включает размещение в скважине обсадных труб различной прочности. В начале из условий безаварийного строительства скважин по прочностным характеристикам выбирают близлежащую к эксплуатационной колонне обсадную трубу. Затем задают допутимое наружное давление смятия эксплуатационной колонны. Оно должно быть больше суммы давления, соответствующего пределу прочности на разрыв близлежащей к эксплуатационной колонне обсадной трубы, и давления разрыва мерзлой породы. По нему подбирают эксплуатационную колонну. Прочностные характеристики каждой последующей обсадной трубы задают из условия допустимого давления предела прочности внутренней обсадной трубы. Способ позволяет сохранить целостность и герметичность эксплуатационной колонны при любых условиях замерзания водосодержащих сред в межколонном и заколонном пространствах. 1 ил.

Способ строительства скважин, включающий размещение в скважине обсадных труб различной прочности, отличающийся тем, что вначале из условий безаварийного строительства скважин по прочностным характеристикам выбирают близлежащую к эксплуатационной колонне обсадную трубу, затем задают допустимое наружное давление смятия эксплуатационной колонны, которое должно быть больше суммы давления, соответствующего пределу прочности на разрыв близлежащей к эксплуатационной колонне обсадной трубы и давления разрыва мерзлой породы, по нему подбирают эксплуатационную колонну, а прочностные характеристики каждой последующей обсадной трубы задают из условий, что допустимое давление предела прочности внутренней обсадной трубы больше предела прочности на разрыв наружной обсадной трубы, что соответствует следующим соотношениям:
Р_{с м . э . к} > Р_{п р . б л} + Р_р м п,
Р_{п р . в н} > Р_{п р . наруж.},
где Р_{с м . э. к} - давление смятия обсадной трубы эксплуатационной колонны;
Р_{п р . б л} - давление предела прочности близлежащей к эксплуатационной колонне обсадной трубы;
Р_р м п - давление разрыва мерзлых пород;
Р_{п р . в н} - давление предела прочности внутренней обсадной трубы;
Р_{п р . н а р у ж} - давление предела прочности наружной обсадной трубы.