Способ бурения скважин при активном рапопроявлении Российский патент 2024 года по МПК E21B43/12 E21B21/08 E21B43/00 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к технологии ликвидации рапопроявлений, за счет создания избыточного противодавления на устье, с помощью систем противофонтанного выброса.

Известен способ обеспечения безопасности буровых работ при вскрытии высоконапорных пластов (Калинин А.Г., Левицкий А.З. Технология бурения разведочных скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые. - М.: Недра, 1988. - с. 98-99. Булатов А.И., Пеньков А.И.), состоящий в использовании для профилактики фонтанного выброса специальных утяжеленных буровых растворов.

Недостатками данного способа являются необходимость приготовления бурового раствора и поддержания технологических параметров в условиях поступления концентрированного рассола из высоконапорного пласта, высокий риск выбросов и разлива пластового флюида по земной поверхности во время проведения работ, значительные затраты времени и выпадение флюида в осадок.

Известен способ строительства скважин в осложненных условиях (патент РФ №2630519, опубликован 11.09.2017), в данном способе предлагается вариант создания в призабойной зоне скважины фильтрационной завесы путем закачек рассола и магнезиально-фосфатного тампонажного раствора в проявляющий пласт.

Недостатком этого способа является необходимость тщательного контроля процесса, так как работы ведутся в условиях управляемого рапопроявления, которое в случае ошибки может выйти из-под контроля и привести к аварии. Также проблемой является возможность прихвата оборудования вследствие кристаллизации солей.

Известен способ вскрытия высоконапорных пластов, насыщенных крепкими рассолами (патент РФ №2735504, опубликован 03.11.2020), который включает бурение и крепление ствола скважины до кровли высоконапорного пласта, вскрытие бурением высоконапорных пластов, углубление скважины, создание межпластового перетока, крепление высоконапорного пласта и цементирование обсадной колонны.

Недостатком данного способа является необходимость точного и оперативного регулирования давления на при значительной продолжительности бурения в условиях проявления, которая неблагоприятно влияет на состояние оборудования и не позволяет качественно отследить фильтрационные показатели проявляющего пласта.

Известен способ вскрытия высоконапорных пластов, насыщенных крепкими рассолами (патент РФ №2365735, опубликован 27.08.2007), в котором формируют зону поглощения, с помощью гидроразрыва пласта, спускают колонну до кровли продуктивного горизонта, вскрывают рапопроявляющий пласт, с помощью насосов или собственной энергии горизонта осуществляют отвод природного рассола в предварительно сформированную зону.

Недостатком этого способа является необходимость использования оборудования для проведения гидравлического разрыва пласта.

Известен способ изоляции пластов с проявлениями полиминеральных вод высокой степени минерализации (патент РФ №2691229, опубликован 11.06.2019), принятый за прототип.В данном способе в пласте создается блокирующий экран путем последовательного закачивания буферной жидкости под давлением в водонасыщенный пласт с аномально высоким пластовым давлением, представляющей собой подогретую пластовую воду, изолирующего состава на основе пластовой воды высокой степени минерализации, в которую при нагреве дополнительно вводят хлориды кальция или магния до максимального насыщения ими пластовой водой при заданной температуре, микрокремнезем конденсированный, хризотил, после закачки изолирующего состава осуществляют технологическую выстойку для получения объемного закупоривающего осадка за счет сочетания факторов кристаллообразования солей при естественном охлаждении перенасыщенного состава до пластовой температуры и наличия высокодисперсной и волокнистой твердой фаз, инициирующих осадкообразование и увеличивающих объем осадка, и последующего окончательного задавливания изолирующего состава в пласт с ограниченным избыточным давлением для доуплотнения продуктов осадкообразования в трещинах паста, их полной закупорки и обеспечения непроницаемости для пластовой воды в зоне проникновения состава.

Недостатком данного способа является необходимость использования большого емкостного парка для накапливания пластовой воды и приготовления технологических жидкостей.

Техническим результатом является повышение надежности изоляции трещиноватых напорных пластов с аномально высокими.

Способ поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 - подготовка к вскрытию рапопроявляющего пласта;

фиг. 2 - углубление скважины в условиях рапопроявления;

фиг. 3 - сшивание рапопроявляющего горизонта, где:

1 - плашечный превентор;

2 - раствор-сшиватель;

3 - буровой раствор;

4 - бурильная колонна;

5 - обсадная колонна;

6 - рапопроявляющий пласт;

7 - непроницаемый экран.

Способ осуществляется следующим образом. Производят бурение до кровли рапопроявляющего пласта 6 (фиг. 1), спуск и цементирование обсадной колонны 5, опрессовку обсадной колонны на давление, превышающее давление рапопроявляющего пласта на 10%, но меньшее давления гидроразрыва поглощающего пласта.

После этого производят вскрытие рапопроявляющего пласта на буровом растворе 3 с плотностью, обеспечивающей гидростатическое давление бурового раствора, соответствующее пластовому давлению и глубине залегания рапопроявляющего пласта. После вскрытия рапопроявляющего пласта начинается рапопроявление - приток в скважину из пласта концентрированного рассола - рапы. Для контроля интенсивности рапопроявления постепенным перекрытием кольцевого пространства на устье скважины с помощью штурвалов плашечного превентора 1 создают противодавление на рапопроявляющий пласт. Величину противодавления регулируют степенью перекрытия кольцевого пространства. В случае чрезмерной интенсивности рапопроявления противодавление увеличивают.

В условиях рапопроявления продолжают бурение рапопроявляющего пласта и закачивают в скважину заранее приготовленный раствор-сшиватель 2 (фиг. 2). При достижении сшивателем забоя останавливают буровые насосы и плашечным превентором производят полное перекрытие кольцевого пространства, в результате чего в скважине останавливается циркуляция. Скважину выдерживают под давлением в течение промежутка времени, исключающего прихват бурильной колонны 4 (фиг. 3). После выдержки под давлением производят полное открытие плашечного превентора и расхаживание бурильной колонны.

В результате химического взаимодействия раствора-сшивателя с пластовой водой в зоне рапопроявления выпадает осадок, формирующий непроницаемый экран 7 (фиг. 3) вокруг скважины. Сформированный экран исключает приток из рапопроявляющего пласта. После образования непроницаемого экрана постепенным открытием кольцевого пространства на устье скважины с помощью штурвалов плашечного превентора 1 снижают противодавление на вскрываемый пласт. Контроль успешного проведения операции осуществляют по наличию циркуляции в скважине при неработающих буровых насосах. При отсутствии циркуляции делают вывод об отсутствии рапопроявления и продолжают бурение. В случае повторного возникновения рапопроявления способ реализуют повторно.

Пример. Обоснование способа для применения на скважине газоконденсатного месторождения в Восточной Сибири. Глубина рапопроявления 1608 м, плотность рапы 1300 кг/м³. Диаметр открытого ствола 295,3 мм.

Давление рапопроявляющего пласта вычисляется следующим образом:

где q_зс - дебит рапы при свободном изливе, м³/сут; С_прод - коэффициент удельной продуктивности коллектора рапы, Р_зс - давление на забое при свободном изливе, МПа.

Математическое моделирование циркуляции производится с помощью ЭВМ. Для рассматриваемого случая ΔР_тр составляет 2,07 МПа. Исходя из этого, величина необходимого противодавления в процессе вскрытия:

Р_нагн=1,05Р_пл-Р_гс+ΔР_тр=1,05⋅29,82-17,98+2,07=15,04 (МПа)

где Р_гс - гидростатическое давление, МПа; ΔР_тр - потери давления на трение в бурильных трубах, МПа.

Расчет забойного давления в скважине при устранении рапопроявления производится по следующей зависимости:

Р_заб=Р_гс+Р_нагн-ΔР_тр=17,98+15,04-2,07=30,95 (МПа)

Для устранения проявления требуется создание непроницаемого экрана. Экран должен выдерживать перепад давления:

ΔР=1,05Р_пл-Р_гс=29,82⋅1,5-17,98=13,5 (МПа)

Для гарантированной эффективности изоляционных работ требуемая протяженность радиуса экрана определяется из условия, что частная производная депрессии по радиусу депрессионной воронки при отсутствии движения рапы на внешнем контуре экрана не должна превышать величины, определяемой по формуле (Зозуля Г.П., Клещенко И.И., Гейхман М.Г., Чабаев Л.У.Теория и практика выбора технологий и материалов для ремонтно-изоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2002. - 138 с):

где Р - перепад давления, который может выдерживать изоляционный экран, МПа; ρ_р - плотность рапы, кг/м³.

Расчет по указанной методике производится с применением ЭВМ. Для создания непроницаемого экрана прочностью 13,5 МПа радиус экрана г должен составлять 3,5 м. Таким образом, объем необходимого раствора сшивателя:

V=πmh((r+0,1)²-r_c²)=2,2 (м³)

где m - открытая пористость пласта; h - толщина экрана, которая по условиям ведения работ принимается равной 2 м; r_c - радиус скважины, м.

Вычислим время на закачку раствора:

где Q - расход насоса, м³/ч.

Время на выдержку исходя из лабораторных экспериментов и необходимости предупреждения прихвата составляет 60 минут.

Общая продолжительность операции:

t_общ=t_зак+60=22,3+60=82,3 (мин)

Применение заявленного способа позволяет ликвидировать рапопроявление без остановки процесса бурения и замены бурового раствора благодаря использованию раствора-сшивателя и регулирования устьевого давления.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к технологии ликвидации рапопроявлений. Способ бурения скважин при активном рапопроявлении включает бурение до кровли рапопроявляющего пласта, спуск и цементирование обсадной колонны, опрессовку обсадной колонны, вскрытие и бурение рапопроявляющего пласта. Осуществляют закачку в скважину заранее приготовленного раствора-сшивателя, выдержку скважины под давлением в течение промежутка времени, исключающего прихват бурильной колонны, образование в рапопроявляющем пласте непроницаемого экрана в результате выпадения осадка после химического взаимодействия раствора-сшивателя с пластовой водой в зоне рапопроявления и контроль успешного проведения операции по наличию циркуляции в скважине при неработающих буровых насосах. При этом вскрытие и бурение производится с противодавлением. Противодавление создается и контролируется постепенным перекрытием кольцевого пространства на устье скважины с помощью штурвалов плашечного превентора. Величина противодавления регулируется степенью перекрытия кольцевого пространства. В случае чрезмерной интенсивности рапопроявления противодавление увеличивают. После образования непроницаемого экрана противодавление снижают. Техническим результатом является повышение надежности изоляции трещиноватых напорных пластов. 3 ил.

Способ бурения скважин при активном рапопроявлении, включающий бурение до кровли рапопроявляющего пласта, спуск и цементирование обсадной колонны, опрессовку обсадной колонны, вскрытие и бурение рапопроявляющего пласта, закачку в скважину заранее приготовленного раствора-сшивателя, выдержку скважины под давлением в течение промежутка времени, исключающего прихват бурильной колонны, образование в рапопроявляющем пласте непроницаемого экрана в результате выпадения осадка после химического взаимодействия раствора-сшивателя с пластовой водой в зоне рапопроявления и контроль успешного проведения операции по наличию циркуляции в скважине при неработающих буровых насосах, отличающийся тем, что вскрытие и бурение производится с противодавлением, противодавление создается и контролируется постепенным перекрытием кольцевого пространства на устье скважины с помощью штурвалов плашечного превентора, величина противодавления регулируется степенью перекрытия кольцевого пространства, в случае чрезмерной интенсивности рапопроявления противодавление увеличивают, после образования непроницаемого экрана противодавление снижают.