СПОСОБ ТАРИРОВКИ СКВАЖИНЫ ПО УДЛИНЕНИЮ СТВОЛА СКВАЖИНЫ ОТНОСИТЕЛЬНО ЕЕ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ Российский патент 2015 года по МПК E21B47/00 

Заявляемое изобретение относится к теории и практике эксплуатации нефтедобывающих скважин с помощью глубинно-насосного оборудования и может использоваться в нефтедобывающей промышленности.

При кустовом бурении большинство нефтедобывающих скважин имеют не вертикальный ствол, а направленный под определенным углом к вертикальной линии, причем на разной глубине величина угла может доходить до 90°. Благодаря этому длина ствола наклонной скважины может значительно превышать ее вертикальную составляющую, которая определяется как разница между ними. Расчеты давления газа и газожидкостных систем в таких скважинах основаны на данных по вертикальной составляющей любой точки ствола скважины. Такая информация выдается строителями скважины буровой организацией. Ввиду несовершенства применяемой техники и технологий существуют определенные погрешности в этих паспортных данных скважин.

Известно устройство для определения степени искривления скважины, в котором отход ствола скважины от вертикали оценивают с помощью светового луча и приемной мишени (Патент РФ на изобретение №2166085, опубл. 27.04.2001). Данное устройство состоит из множества высокоточных и дорогостоящих измерительных приборов и элементов и ввиду своей конструктивной сложности имеет определенную мультипликативную погрешность измерений.

Часто паспортизацию ствола скважины по ее кривизне выполняют с помощью инклинометров самой разной конструкции. В патенте РФ №2004786 на изобретение «Инклинометр» (опубл. 15.12.1993) приводится описание устройства, в котором использованы гироскопы различного назначения и работающие в различных и необходимых режимах. Применение устройства требует высокоточной специальной аппаратуры, которая по определенному алгоритму вычисляет характеристики скважины.

Технической задачей изобретения является создание технологии тарировки скважин с кривизной по вертикальной составляющей ее ствола и удлинению ствола скважины относительно этой вертикальной части без привлечения сложной измерительной техники и вторичных интерпретационных приборов.

Задача решается тем, что скважину с обсадной колонной перекрывают пакером над продуктивным пластом или на необходимой глубине, заполняют пресной или минерализованной водой с известной плотностью, поддерживают уровень воды на устье скважины неизменным, замеряют давление и температуру в стволе скважины через равные промежутки длины спущенного манометра-термометра, а удлинение ствола скважины от ее вертикальной составляющей ΔL_i определяется по формуле:

где: L_i - длина ствола скважины в ее i-ой точке;

P_i - давление в i-ой точке ствола скважины;

ρ_ср - средняя плотность воды в интервале от устья до i-ой точки (находится в функциональной зависимости от температуры T);

g - ускорение свободного падения.

Плотность пресной воды при различных температурах является величиной табулированной. Эти данные приведены во многих источниках, в частности в книге: Справочник нефтяника / Авт.-сост. Ю.В. Зейгман, Г.А. Шамаев. С 74. 2-е изд., доп. и перераб. - Уфа: Тау, 2005. - 272 с. (табл. 2.12 на стр. 35).

Скважина с кривизной и схема реализации способа приведены на рисунке, где цифрами отмечены: 1 - обсадная колонна, 2 - пакер, 3 - постоянный уровень воды на устье скважины, 4 - емкость для долива воды в скважину, 5 - емкость для сбора стекающей воды от уровня затрубного вентиля, 6 - глубинный манометр-термометр, 7 - геофизический кабель или скребковая проволока, 8 - счетчик длины кабеля или проволоки L_i.

Способ реализуется выполнением следующих процедур:

1. Над продуктивным пластом устанавливается пакер и ствол скважины заполняется однородной водой с неизменной плотностью. Для этого до пакера спускают колонну труб малого ⌀ (62 или 73 мм) и организуют замещение жидкости в скважине на пресную или минерализованную воду. С помощью емкостей 4 и 5 скважина во время измерений остается с неизменным уровнем воды на устье.

2. Подъемником в скважину опускают спаренный глубинный прибор: манометр-термометр. О длине спущенного в скважину геофизического кабеля или скребковой проволоки судят по счетчику 8.

3. Запись давления и температуре ведется глубинным прибором в постоянном режиме. О величине давления и температуры в любой i-ой точке ствола скважины судят в режиме реального времени по счетчику 8 при наличии обратной связи с датчиками давления и температуры по геофизическому кабелю. Для автономного манометра-термометра необходимо на заданных длинах спущенной скребковой проволоки по показанию счетчика 8 делать остановки в движении проволоки на время в 5-10 минут для того, чтобы привязать показания давления и температуры к этой длине проволоки по полученным характерным «полочкам», то есть постоянным значениям давления и температуры в i-ой точке ствола скважины.

4. Глубинный прибор спускают до пакера 2 и точно также поднимают с фиксацией давления и температуры в тех же отметках спущенной длины кабеля или проволоки.

5. На устье скважины и над пакером отбирают пробы воды для того, чтобы убедиться в равенстве их плотностей, приведенных к одной температуре, например к стандартной.

6. По формуле 1 определяется удлинение ствола скважины относительно ее вертикальной составляющей.

Результаты измерений на скважине с кривизной и определенным удлинением ее ствола относительно вертикальной составляющей приведены в табличной форме.

Данные таблицы свидетельствуют о том, что первые 300 метров ствол скважины имеет практически вертикальную характеристику, а в интервале 300-800 скважина имеет определенный набор кривизны. Общая длина ствола скважины в 1000 м является суммой ее вертикальной составляющей в 856 м и удлинением ствола скважины в 144 м благодаря ее кривизне.

Предложенное к рассмотрению изобретение основано на известном законе физики - гидростатическое давление равно произведению плотности жидкости на ускорение свободного падения и на глубину погружения точки измерения (Элементарный учебник физики: Учеб. пособие / Под ред. Г.С. Ландсберга: Т. 1. - 11 изд. - М.: Наука, Физматлит, 1995. - С. 290). Это положение использовано в изобретении с обратной функцией - по известному давлению в конкретной точке ствола скважины (определяется по счетчику длины кабеля или скребковой проволоки) определяется ее вертикальная составляющая и удлинение относительно этого параметра. По изобретению предложено корректировать плотность воды в заданных точках по температуре, поэтому наряду с измерением давления необходимо одновременно фиксировать и температуру воды.

Совокупность технических решений: поддержание постоянного уровня воды в скважине, одновременное измерение давления и температуры с привязкой спускаемого спаренного прибора к длине кабеля (проволоки), а значит и к длине ствола скважины, не только положительно решает поставленную техническую задачу, но и выполняет это, на наш взгляд, с необходимой новизной и существенным отличием.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при расчетах технологических процессов, происходящих в наклонно-направленных скважинах. Техническим результатом является повышение точности определения степени кривизны и удлинения ствола скважины. Предложен способ тарировки скважины по удлинению ствола скважины относительно ее вертикальной составляющей, заключающийся в определении высоты гидростатического столба жидкости по давлению в его нижней точке. При этом скважину с обсадной колонной перекрывают пакером над продуктивным пластом или на необходимой глубине, заполняют пресной или минерализованной водой с известной плотностью, поддерживают уровень воды на устье скважины неизменным, замеряют давление и температуру в стволе скважины через равные промежутки длины спущенного кабеля или проволоки с манометром-термометром. А удлинение ствола скважины от ее вертикальной составляющей определяется по приведенному математическому выражению. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ тарировки скважины по удлинению ствола скважины относительно ее вертикальной составляющей, заключающийся в определении высоты гидростатического столба жидкости по давлению в его нижней точке, отличающийся тем, что скважину с обсадной колонной перекрывают пакером над продуктивным пластом или на необходимой глубине, заполняют пресной или минерализованной водой с известной плотностью, поддерживают уровень воды на устье скважины неизменным, замеряют давление и температуру в стволе скважины через равные промежутки длины спущенного кабеля или проволоки с манометром-термометром, а удлинение ствола скважины от ее вертикальной составляющей ΔL_i определяется по формуле:

где: L_i - длина ствола скважины в ее i-ой точке измерения;
P_i - давление в i-ой точке ствола скважины;
ρ_ср - средняя плотность воды в интервале от устья до i-ой точки (находится в функциональной зависимости от температуры T);
g - ускорение свободного падения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при применении скребковой проволоки через равные промежутки длины проволоки автономный манометр-термометр останавливают в движении на 5-10 минут для получения характерных «полок», то есть постоянных значений давления и температуры.