Способ определения гидродинамического давления в скважине при движении колонны труб Советский патент 1987 года по МПК E21B47/06 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при Контроле за динамическими давлениями в скважине, возникающими при движении в ней колонны труб.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет обеспечения возможности контроля давления в любой момент спуско-подъе ма труб.. ,

На фиг.1 по1 азано положение колонны труб и уровни жидкости в затруб- ном пространстве до начала (а) и при спуске (б) очередной трубы или бурильной свечиf на фиг.2 и 3 - примеры возможных случаев распределения гидродинамического давления по глубине скважины.

Способ осуществляют следующим образом.,

В процессе спуска (подъема) колонны труб контролируют длину опу- щёнйой (поднятой) трубы 1 или бурильной свечи с момента.начала движения колонны и контролируют уровень раствора в заколонном пространстве скважины. В контролируемые моменты времени определяют упругое изменение объема в скважине 2 как алгебраическую сумму изменения объема труб в скважине относительно начального момента движения и изменения объема раствора за колонной относительно перв-оначального уровня. При наличии перетока раствора из труб в скважину при подъеме и из скважины в трубы при спуске колонны из полученной суммы изменения объема труб в скважине и измененения объема раствора на устье вычитают объем перетока раствора.- При отсутствии движения раствора на устье в. направлении движения солонны упругое изменение объма в скважине до страгивания раствора будет равно изменению объема труб в скважине. Гидродинамическое давление в каждьй контролируемьй момент времени определяют по формуле н

bV fi(x).F.(x).p(x)-dx,

о.

ЙЦе ЛУ - упругое изменение объема в скважине, равное алгебраической сумме изменения объема раствора в приустьевой зоне скважины и ивменения объема труб в скважине с учетом

0

5

0

5

или без учета перетока раствора из труб в жину или обратно Н - глубина скважины, В(х)- коэффициент упругого изменения объема в скважине i X - координатй с направлением

вдоль оси скважины; F(x)- площадь поперечного сечения в скважине Р(х)- гидродинамическое давление по глубине скважины. На фиг.26 приведен один из возможных вариантов распределения гидродинамического давления по глубине скважины: в заколонном пространстве эпюра давлений имеет треугольный вид, а ниже башмака колонны - прямо- угольньй. На фиг.2в приведена система координат, в которой записана приведенная формула. Для приведенной эпюры закон распределения гидродинамического давления имеет вид:

X

РДх)

6 Р,(х)

0

5

0

5

0

где Р,(х)

)

S

гидродинамическое давление в заколонном пространстве;

гидродинамическое давление ниже башмака колонны;

длина КОЛОННЫ} гидродинамическое давление в зоне башмака. При небольшом промежутке времени движения колонны, в течение которого оценивают давление, гидродинамическое Давление ниже башмака по глубине Скважины может существенно отличаться от значений, получаемых при прямоугольной эпюре распределения давления. При постоянной скорости движения колонны закон распредения гидродинамического давления до мо мента страгивания раствора имеет вид: X-L

)

Pg.(1-) при ,

Ct

5

Р,(х)

Опри X-L $ С-1,

где С - скорость распространения

фронта давления или ф ронта перемещения раствора в скважине ниже башмака колонны; t - время движения колонны. Записанный закон распределения давлений соответствует треугольной

3

эпюре давлений ниже башмака колонны (фронт давлений не достиг забоя сквжины) и трапецеидальной эпюре (фрон давлений достиг забоя скважины).

Объемная скорость распростране- НИН фронта давления или фронта перемещения раствора определяется по результатам опрессовки скважины путем измерения времени стабилизации давления на устье после окончания на- гнетания раствора в скважину при известной глубине скважины или другими известными методами, которыми определяют скорость звука в жидкости. .

Коэффициент упругого изменения объема в скважине Определяют по данным опрессовки скважины и обсадных .колонн,

Пример. Глубина скважины м; средний диаметр скважины ,296 м;длина опущенной обсадной колонны м; наружний диаметр труб спускаемой колонны 0,245 м , средняя скорость спуска ,3 м/с; колонна опускается с установленным в нижней части обратным клапаном. В процессе спуска осуществляют контроль за уровнем раствора в заколонном пространстве, по изменению кото-

рого определяют изменение объема раствора в приустьевой части скважины относительно уровня раствора в начальный момент спуска трубы. В контролируемые моменты времени уменьше- ние объема раствора на устье составило: через t(1. ,5 с ,01 м ; через с ,09 через с ,l5 м ; через с ,14 где AVy - изменение объема раствора на устье. Через с с начала спуска трубы началось движение раствора вверх по за- трубному. пространству, а через началось интенсивное движение раст- вора из скважины с объемным расходом, значительно превьшающим объемную скорость вытеснения раствора спускаемой колонной. Скорость распространений фронта давления в сква- жине равна-С 1000 м/с. Коэффициент упругого изменения объема в скважине определен по результатам опрессовки скважины перед спуском колонны и опрессовки незацементированной обсадной колонны 0 0,245 м на предыдущей скважине и равен: для заколон- ного пространства fi, 5,310. 1/МПа,

5 4

для скважины ниже башмака колонны Рз,4-1а 1/МПа.

Определяют время, в течение которого фронт давления достигнет забоя скважины:

H-L 3000-1000

.2с.

С 1000

Для контролируемых промежутков времени меньше 2 с с начала спуска трубы принимают треугольную эпюру давлений ниже башмака колонны и более 2 с - трапецеидальную.

Окончательные уравнения для определения гидродинамического давления получают в результате решения прИ- веденного интегрального уравнения, При треугольной эпюре давлений ниже башмака колонны гидродинамическое давление в зоне башмака определяют по формуле

2 . (iV

25

20

Р).-V,+ p,-F2-C-t а при трапецеидальной эпюре

AV

РБ

H-LV

0,5.fi,. V,-bfi.V.-d--) .

где V, - объем затрубного пространства ;

F - площадь поперечного сечения скважины;

V - объем скважины Ниже башмака колонны.

По приведенным формулам вычисляют значения гидродинамического давления в зоне башмака колонны Р в кон- тролируемые моменты времени спуска . трубы: при ,5 с Pj,1,17 МПа при с ,12 МПа; при с ,80 та; при ц 12 с ,9бМПа; цричем величину ,96 МПа ирйнима-; ют за максимальное значение гидродинамического давления. Гидродинамическое давление в любом сечении скважины определяют используя приведен-- ные уравнения распределения давления по глубине скважины.

Для других законов распределения давления получают аналогичные расчетные ,формулы.

Формула изобретения

Способ определения гидродинамического давления в скважине при движении колонны труб, включающий определение геометрических размеров скважины, и труб, определение изменения объема труб в скважине с учетом или без учета перетока раствора из труб в скважину или обратно, определение упругого изменения объема в скважине, отличающийся тем, что, с целъю повьшения точности из- 1яерения за счет обеспечения возможности контроля давления в любой момент спускоподъема труб,определяют уровень раствора или- его объемную скорость движения за колонной труб, по ним определяют изменение объема раствора в приустьевой зоне скважины относительно его уровня в началь ньш момент движения колонны, а о гидродинамическом давлении судят по формуле н

liV p,(x)-F(x)vP(x) -сЗх,

1

где

&V - упругое изменение ббъема в скважине, равное алгебраической сумме изменения объема раствора в приустье- вой зоне скважины и изменения объема труб в скважине с учетом или без учета перетока раствора из труб в скважину или обрат- но , . Н - глубина скважины , ft(x) -- Коэффициент упругого

изменения объема в скважине ;

X - координата с направлением вдоль оси скважины;

F(x) - площадь поперечного сечения в скважинеJ Р(х) - гидродинамическое дав ление по глубине сква- I . жины

Изобретение относится к области горного дела и позволяет повысить точность измерения за счет контроля давления в любой момент спуско-подъе- ма труб. В скважину (С) спускают колонну труб и определяют геометрические размеры С и труб. Измеряют изменение рбъ.ёма труб в С с учетом или без учета перетока раствора из труб р С .или обратно. Затем определяют уровень раствора и его объемную скорость движения за трубами и по ним судят об изменении объема раствора в приустьевой зоне С относительно его уровня в начальный момент движения колонны. В контролируемые моменты времени определяют.упругое изменение объема дУ в скважине как алгебраическую сумму изменения объема раствора в приустьевой зоне С и изменения объема труб в С с учетом или без учета перетока раствора из .труб в С или обратно. А гидродинамическое давление вычисляют по фор- п муле: &V | |5(х) F(x). Р(х). dx, где о |i(x) - коэффициент упругого изменения объема в С; х - координата с направлением вдоль оси С; F(x) - площадь поперечного сечения в С; Р(х) - гидродинамическое давление по глубине С. При небольшом промежутке времени движения колонны, в течение которого контролируют давление, гидродинамическое давление ниже башмака по глубине С отличается от значений, получаемых при прямоугольной эпюре распределения давления. 3 ил. СЛ

tf

f ff// f

в

а

-/

vf

Редактор С.Патрушева

Составитель В.Сидоров

Техред В.Кадар Корректор Т.Колб

Заказ 7619/34Тираж 532 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий , 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4