Способ определения параметров газированной пачки,движущейся в кольцевом пространстве газопроявляющей скважины Советский патент 1985 года по МПК E21B47/00 

СП

ел

со Изобретение относится к обпастн исследования нефтяных и газовых скв жин при бурении и может быть исполь ьовано для предупреждения и лик}зида нии газопроявлений при бурении сква жин. Известен способ для обнаружения газа в кольцевом пространстве бурящейся скважины и определения параме ров образовавшейся после закрытия превентора и создания противодавления на газопроявляющий пласт газиро ванной пачки, основанный на измерении изменения объема промывочной жидкости в емкостях и давления на устье скважины 1 J. Основным недостатком этого спосо является его низкая точность, что связано с принимаемым при определеНИИ положения, длины и скорости всплы тия газированной пачки рядом предположений. Так, полагают, что газопроявление начинается на забое скважины в момент обнаружения увели чения объема промывочной жидкости в емкостях. В действительности газ может поступать из любого промежутк необсаженной части скважины или в cjlywae его высокой растр.оримости (Н, ё; COj) может начать выделяться из промывочной жидкости в любой час ти кольцевого пространства скважины где давление становится меньше давления насыщения. Кроме того, способ не позволяет определить действитель ное газосодержание газожидкостной пачки, так как при его использовани в каждый момент времени известен лишь общий объем нерастворенного газа в скважине (величина перелива в емкостях). В связи с этим все необходимые для глушения скважинь расчеты делаются в предположении, что газ в кольцевом пространстве скважины движется в виде сплошного пузыря. Все эти предположения могут привести к. значительным ошибкам в определении параметров газирован ной пачки, всплывакмцей в кольцевом npoctpaHCTse газопроявляющей скваж ны, что в свою очередь может приве ти к ошибке при опредении максимал но допустимых давлении на устье и забое скважины, времени выхода газа из скважины, давления в места возможного гидроразрыва пластс р и конечном счете к увеличению риска возникновения открытого выброса и фонтана или к неоправданной пкквидации дорогостоящей скважины. Известен также способ обнаружения и оперативного контроля за газопроявлением в бурящейся скважине, основанный на имерении разницы прихода упругой волны, возбу7к,цаемой на забое и фиксируемой датчиками давления, установленными на устье в бурильных трубах и кольцевом пространстве 2. Недостаток способа связан с предположением, что газ поступает с забоя в момент его обнаружения, в то время как он может начать выделяться в любой части кольцевого пространства скважины,- где давление меньше давления насыщения растворенного газа. Кроме того источник возбуждения упругих колебаний в жидкости находится на забое и поэтому для его работы необходимо постоянно осуществлять промывку скважины. Забойное расположение источника упругих волн приводит также к трудностям, связанным с выделением полезного сигнала на устье кольцевого канала скважины, так как нижняя граница газированной пачки отражает большую часть энергии, возбуждаемой на забое упругой волны. При этом по мере прохождения сквозь газированную жидкость сигнал заметно затухает и испытывает дополнительное ослабление. Кроме того, для реализации способа необходимо наличие бурильных труб в скважине, в то время как газопроявления часто происходят в процессе спуско-подъемных работ, когда все или часть бурильных труб подняты из скважины. Способ нельзя также реализовать в случаях, когда в бурильных трубах установлен обратный клапан, который ставится сразу при обнаружении начала газопроявления. Таким образом, данный способ не позволяет фактически определять скорость всплытия газированной пачки, а также при определении ее положения, размеров и газосодержания может давать большую и недопустимую norpeuiiiocTb. Наиболее близким по технической сущности к данному является способ, заключающийся в возбуждении на устье скважины- упругой волны и определении границы раздела газ - жидкость по скорости распространения упругих волн и времени прихода отраженной волны от Гранины раздела З. К недостаткам известного способа откосится то, что возбуждение упругой волны производится в газе, что не позволяет получить информацию о наличии других границ раздела ниж верхней границы газ - жидкость, так как энергия зондирующего сигнала пропорциональна плотности среды, в которой упругая волна распространяется. На устье скважины газовая среда обычно имеет плотность на три порядка ниже, чем промывочная жидкость, т.е. энергия возбузждаемой упругой волны в жидкости на три пор ка вьпие, чем в газе. Другие недоста ки известного способа: возбуждение ударных волн в среде горючих газов может привести к взрыву; скорость распространения упругих волн в газе существенно зависит от да:вления и, следовательно, изменяется в зависим ти от глубины скважины, что снижает точность определения местонахождени границ газ - жидкость, в промывочной жидкости скорость распространения упругих волн практически не меняется с глубиной; способ не позволяет опре делять такие параметры, как скорост всплытия газированной пачки и степень ее газонасыщенности. Цель изобретения - повышение точности определения параметров гази рованной пачки, движущейся в кольцевом пространстве газопроявляющей скважины. Поставленная цель достигается тем что способ определения параметров газированной пачки, движущейся в кол цевом пространстве газопроявлягощей скважины, включающий возбуждение на устье скважины упругой волны и определение положения верхней границы раздела, газ - жидкость по скорости распространения упругих волн и времени прихода отраженной волны, измеряют время прихода отраженной волны от нижней границы раздела газ жидкость и текущее значение увеличения объема промывочной жидкости в приемных емкостях, после чего опре деляют положение нижней границы раздела газ - жидкость, размеры и среднее газосодержание газированной пачки, а по разнице времени и положению пачки между двумя замерами определяют скорость ее подъемаСпособ осуществляется следующим образом, На устье кольцевого пространства скважины путем быстрого изменения площади сечения канала, отводящего промывочную жидкость из-под превентора, возбуждают волну давления, интенсивность которой зависит от соотношения начальной и конечной площадей сечения канала. Эта волна, амплитуда которой может достигать нескольких атмосфер, а фронт которой должен быть много меньше полной фазы гидроудара ,), устремпяется вниз по к.ольцевому пространству скважины со скоростью (С,(), которую с большой степенью точности можно определить и которая почти не меняется по глубине скважины. Дойдя до верхней границы газированной пачки, волна частично отражается с коэффициентом отражения равным - ) ft Г- где f«s frsi удельные плотности промывочной жидкости и газожидкостной смеси; С| - скорость звука в газожидкостной смеси. Обычно при газосодержаниях представляющих интерес для практики величина К близка к единице, т.е. происходит значительное отражение от верхней границы газированной пачки. Отражение происходит и от нижней границы газированной пачки. На устье скважины с помощью безинерционного датчика давления фиксируют времена прихода отраженных от верхней (t) и нижней (i,) границы газированной пачки волн и по скорости распространения возмущения в промывочной жидкости определяют положение верхней границы пачки х,С -t, /2. Определяя новое положение верхней границы X 2 через фиксированный про межуток времени (i), определяют скорость ее всппытил ,/. -j:p- (3) Для определения длины газированной пачки (И:р|) и ее среднего газосодержания (,,} измеряют текущее значение объема перелива в емкостях (дч/). Зная значение площади сечения кольцевого пространства скважины. соответствующее положению газирован ной пачки 5 5(xj,), можно выразить среднюю величину газосодер-кания в ней как 4V . .V 5 с 1 учитывая,ЧТО для определения скорос ти звука в газожидкостной смеси с достаточной дяя практики точность можно пользоваться приближенным выражением oL(-aL}-f где давление Р может быть, выражено (при X., Н) как находят из (4) с учетом (5), (6) среднюю величину таэосодержания га жидкостной пачки через ранее измеренные величины 1,2 -А:, . Зная величину газосодержания, а следовательно, и скорость распространения упругих возмущений в ней С.1- находят длину газированной пач ки В случае, когда ее длина достигаед нескольких сот метров, можно уточнить величину газосодёржания и длины газированной пачки, повторив расчет с более точным значением да ления в ней j(l-o6)Hj2 . Основным достоинством данного способа является возможность дост точно точно определять положение верхней грани цы газированной пачк независимо от места ее появления. По скорости подъема также можно судитя о виде флюида, вторгнувшег в стЕог скважины, что особенно важ но в Случае, когда нельзя осущест вить ее полную первоначальную герметизацию и определить вид фпюила известным способом. На фиг. 1 изображе11а схема скважины И расположения отдельных узлов, необходимьк для реализации способа; на фиг. 2 - временная зависимость, снимаемая с датчика давления, расположенного на устье кольцевого пространства скважины, при различных положениях и размерах газированной пачки, Основными элементами схемы (фиг.1) являются бурильные трубы 1, скважина 2, газированная пачка 3, превентор 4, датчик давления 5, регистрирующее устройство с преобразователем аналог - код 6, микро-ЭВМ 7, быстродействующий клапан 8, блок управления 9, управляемый штуцер 10, емкости 1 1 с буровым раствором и устройством, измеряющим уровень в них. Быстродействующий клапан 8 срабатывает под действием блока управления 9, резко изменяя площадь проходного сечения канала, соединяющего кольцевое пространство скважины 2 с буровыми емкостями 11. Возникшая при этом волна давления устремляется вниз по кольцевому пространству скважины и частично отражается от верхней и нижней границы газированной пачки 3. , Датчик давления 5 фиксирует пришедшие отраженные волны давления, общий характер которых изображен на фиг. 2. Регистрирующее устройство 6 выделяет временные промежутки i , ij, и одновременно определяет величину изменения объема в буровых емкостях 11. Преобразованные в виде чисел они поступают в микро-ЭВМ, где с помощью встроенной в нее программы они используются для определения расстояния газированной пачки до устья, ее длины и среднего газосодержания в ней. Определяя аналогично новое ее положение, через фиксированный промежуток времени .вычисляется скорость ее подъема. Полученные результаты высвечиваются в удобном виде на дисплее микро-ЭВМ 7, а также используются для проведения последующих технологических расчетов, в частности для определения давления в канале и на забое скважины, ожидаемых максимальных величин давления на устье и под 6auiv-TKOM обсадкой колонны. времени ожидаемого появления газа устье и в выработке общей стратегии ликвидации газопроявления. На фиг. 2 показано три варианта изменения давления во времени (из .численного решения соответствующей задачи о распространении ударных возмущений н кольцевом канале сква жины, содержащей газированную пачк при различном ее расположении и длине, с учетом эффектов затухания и отражения). В качестве примера рассмотрим скважину глубиной 5000 м ,01 м в которой на расстоянии 3750 м от устья находится столб газированной жидкости длиной 500 м (решение пред ставлено на фиг. 2 кривой 1) с. oL, 0,35. Изменение проходного сечения с 0,01 м до 0,0003 мз за 0,1 с вызвало возникновение волн давления . Момент времени ,8 с (фиг. 2) соответствует приходу отра женной волны от верхней границы газированной пачки. Учитывая, что скорость звука в данной промывочной жидкости принималась равной 1300 м/ по формуле (1) легко определить расстояние м. Далее определим давление в газированной пачке (плотность раствора принималась равной, f 1500 кг/м) .,, 56510 Па. Как следует из фиг, 2, время ij Объем перелива в ем костях. Соответствующий времени измерения, принимался равнымJV 1,8 м. Рассчитаем величину среднег газосодержания в пачке 08 A JlIi§i. 10- 2,52 581300г1П .0,356. Определим скорость распространения упругих возмущений и длину газированной пачки ()Р (, -i) м Полученный результат хорошо согласуется с действительно заданными в модели параметрами с точностью v3%. Пересчет с поправкой давления дает еще более близкий к принятому результат. Данный способ и его реализация позволит сделать более безопасным глубокое бурение в условиях минимальной репрессии на пласт, которое может значительно увеличить коммерческую скорость проходки скважин, улучшить.геологическую эффективность разведочного бурения и уменьшить риск загрязнения экологической среды, так как в случае возникновения газопроявления предполагаемый способ значительно уменьшит вероятность возникновения таких осложнений, как открытый выброс, фонтан и т.п. Технико-экономическая эффективность этого способа связана с предупреждением выбросов и фонтанов, которые являются самыми дорогостоящими осложнениями при бурении нефтяных и газовых скважин, а также с возможностью использования при бурении более прогрессивной техноло f UT.2 А П/ /. V и

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗИРОВАННОЙ ПАЧКИ, ДВИЖУЩЕЙСЯ В КОЛЬЦЕВОМ ПРОСТРАНСТВЕ ГАЗОПРОЯВЛЯЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ, включающий возбуждение на устье скважины упругой волны и определение-положения верхней границы раздела газ - жидкость по скорости распространения упругих волн и времени прихода отраженной волны, отличающийся- тем, что, с целью повышения точности способа определения параметров газированной пачки, измеряют время прихода отраженной волны от нижней границы раздела газ - жидкость и текущее значение увеличения объема промывочной жидкости в приемных емкостях, после чего определяют положение нижней границы раздела газ - жидкость, размеры и среднее газосодержание газированной пачки, а по разнице времени и положению пачки между двумя замера- ми определяют скорость ее подъема.