Способ предупреждения деформаций обсадных колонн в соленосных отложениях эксплуатирующихся скважин Советский патент 1988 года по МПК E21B33/13 

4

00 00

1

Изобретение отноеится к бурению скважин, в частности к креплению скважин в соленосных отложениях.

Целью изобретения является повышение эффективности нредуиредительных мер против деформации обсадных колонн за счет повышения достоверности прогнозных оценок и предотвращения нарушений режиму эксплуатации скважин.

Способ осуществляют следующим образом.

Для скважин, находящихся в эксплуатации и в которых интервал текучих пород перекрыт только одной эксплуатационной колонной, по степени релаксации напряжений в породах текучего солевого пласта и текущим давлениям эксплуатации прогнозируют момент времени, соответствующий предельному внутреннему давлению в колонне пластового флюида (Рв), при котором возможно возникновение деформации колонны.

По прогнозной оценке устойчивости обсадных колонн от внешних нагрузок при текущих давлениях эксплуатации создают про- тив()действие критическим внешним нагрузкам, обусловленным релаксацией солей.

При этом противодействие критическим внен1ним нагрузкам создают с момента выполнения условия

R(U.)--R(U),

гдеК(11-к) -степень релаксации солей на момент спуска и крепления обсадной колонны, отсчитываемой от времени вскрытия солей; Rit.) -степень релаксации солей на момент определения прогнозной оценки, отсчитываемой от времени вскрытия солей; Р - внутреннее давление в колонне, создаваемое пластовым флюидом при эксплуатации МПа; . - величина релаксации напряжений в солях, равная разности геостатического давления (Рг) горных пород и гидростатическо го давления (Р) столба бурового раствора в процессе вскрытия солей на глубине Н, МПа; РХ - величина критического сминающего давления обсадной колонны, МПа.

Причем противодействие обеспечивают за счет избыточного давления между обсадной и насосно-компрессорной колонками. Кроме того, избыточное давление между обсадной и насосно-компрессорной колоннами создают за счет гидростатического давления столба жидкости, плотность которой (РЦ) определяют из выражения

Ра

.ll bzRiy l iiL

gH

где g - ускорение свободного падения, м/с

5

0

5

0

5

0

5

0

Ь бу Н11Цихся скважкн.ах, в которых интервал текучих порот перекрывается только одной обсадной эксплуатационной колонной, регулируют плотность бурового раствора и время от момента вскрытия текучих пород до их крепления эксплуатационной обсадкой колонной. В зависимости от этих факторов, влияющих на степень релаксации напряжений в текучих породах, определяют величину внешнего сминающего давления для любого прогнозируемого момента времени и спускают обсадные трубы соответствующей прочности.

Использование предлагаемого способа позволяет в эксплуатирующихся скважинах прогнозировать время начала деформации эксплуатационных колонн и своевременно принимать профилактические меры, а при бурении новых скважин применять менее прочные обсадные трубы.

Отмеченные признаки позволяют регулировать величину избыточного сминающего напряжения на стенках ствола утем варьирования сроками крепления- интервала текучих пород в процессе бурения скважины или созданием внутреннего противодавления, если скважина уже находится в эксплуатации и, кроме того, прогнозировать время деформации эксплуатационной колонны.

Случай первый. В эксплуатационной скважине действующего фонда требуется определить возможность возникновения деформации обсадных труб вследствие течения солевых пород и момент времени, когда необходимо произвести дополнительные упрочнения крепи.

Известным методом по данным о фактической продолжительности бурения ствола скважины с момента вскрытия текучих cj- левых пород до момента крепления их обсадной колонной определяют степень релаксации напряжений и внешнее сминающее давление в интервале текучих пород на любой интересующий момент времени. Полученное значение внешнего сминающего давле-, ния сравнивают с суммарной величиной критического сминающего давления обсадных труб, установленных в этом интервале, и внутреннего давления в колонне, создаваемого пластовым флюидом на этой же глубине. Если РськСР к+Рв, то деформация не происходит. Определяют предельное внутреннее давление ниже которого возможна деформация колонны труб из соотношения

Щ + °

кретной законченной бурением скважины все члены еоотнощения постоянны, кроме AR и Ре, . Методом подстановки для любого момента времени определяют AR и соответствующее ему РВ и наоборот. Когда фактическое давление в скважине на глубине текучих пород снизится до полученного

расчетного предельного Р , осуществляют спуск пакерной установки, заполняют пространство между НКТ и обсадной колонной жидкостью, плотность которой определяют из условия обеспечения требуемого противодавления Р. из соотношения ра

) gH

Пример 1. Скважина 210 Крестищенско- го НКМ. На глубине 2215 м обнаружено сужение в НКТ, в данном интервале 168 мм эксплуатационная колонна составлена из труб группы прочности D с толщиной стенки 10 мм. Колонна спущена и зацементирована 04.02.78 г. Интервал текучих солей вскрыт 26.09.77 г. при плотности бурового раствора 1260 кг/м. Необходимо определить возможность смятия эксплуатационной колонны при понижении внутреннего давления до 8 МПа.

Исходные данные;

РВ 8 МПа, МПа, р 1260 кг/м- кг/м м, сут, t 2713 сут.

Определяют степень релаксации напряжений в солевых породах с использованием известной методики для горно-геологических условий Крестищенского месторождения:

R(tcK)0,137exp (-0,168 132) + +0,863 ехр (-0,0029 -132) 0,5885;

R(t) 0,137 ехр(-0,168 2713) + + 0,863 ехр(-0,0029-2713) 0,0003;

AR (tcK)-R(t) 0,5882.

Определяют внешнее сминающее давление с учетом релаксации напряжений.

Pc« D10-« p..H+()-AR 40,63 МПа.

Сравнивают полученную величину Рем с Pk и РЬ, 40,(-8, т. е. действительно деформация обсадной колонны под действием внешнего сминающего давления текучих пород должна иметь место.

Определяют предельное понижение внутреннего давления.

05882 Р Ц-

0,5882 10,63 МПа,

т. е. во избежание деформации обсадной колонны необходимо при снижении внутреннего давления в колонне на глубине текучих пород до 10,63 МПа спустить пакер- ное устройство, заполнить междутрубное пространство жидкостью, плотность которой должна быть не ниже ,5 кг/м.

Пример 2. Скважина 387 Крестищенского ГКМ. Интервал текучих солей вскрыт 18.11.85 г. с глубины 2145 м при плотности бурового раствора 1250 кг/м. Обсадка и цементирование этого интервала эксплуатационной колонной осуществлены 06.04.86 г., трубы 168 X 10Д- Внутреннее давление в начале эксплуатации 15,5 МПа. Требуется

опредсл 1ть состояь;т;е колонны через 2 года, когда внутреннее дав.чение составляет, 10,5 МПа. Исходн.ые данные:

Рв 10,5 МПа, Р« 30 МПа, р. 1250 кг/м кг/м- Н 2145 м. сут.. t, сут.

Производят вычисления в порядке аналогично примеру 1.

R(tcK) 0,137 ехр (-0,168 141) + + 0,863 ехр (-0,0029 141) 0.5734: R(t.r) 0,137 ехр(-168 870) + + 0,863 ехр (-0,0029 870) 0,0692;

AR 0,5042; Рс„ 38,9 МПа;

Pcs,, так как 38,98 30+10,5. 5 Определяют при каком Р следует осуществить спуек пакерного устройства

Р 09fi 81

« «2 2&2+21|2-|§ 9 0 По прогнозному темпу падения пласто вогй давления в районе скважины 387 определяют, что давление в колонне на глубине 2145 м понизится до величины 9 МПа в декабре 1988 г. Поэтому в ноябре 1988 г. уточняют расчетные данные и осуществляют

5 спуск пакерного устройства.

В процессе бурения скважины требуется осуществлять крепление интервала текучих солевых пород имеющимися в наличии обсадными трубами, например 168X9D (вместо 168 X 12Л, исходя из горного дав0 ления) и предупредить деформацию колонны в процессе эксплуатации.

С этой целью вскрытие текучих пород осуществлят на буровом растворе минимально возможной плотности, а время между вскрытием текучих пород и их креплением

5 удлиняют до максимально возможного по технологическим и экономическим соображениям. Описанным выще способом определяют степень релаксации напряжений и внеп1- нее сминающее давление в интервале текуд чих пород на любой момент времени. Полученное значение внешнего смин ающего давления сравнивают с суммарной величиной критического сминающего давления предполагаемых к установке обсадных труб, и ожидаемого внутреннего давления в про5 цессе эсплуатации в этом интервале.

Если Рс«.Р -|-1 , то определяют предельное внутреннее давление, которое нужно создавать в колонне, чтобы предупредить деформацию обсадных труб из соотношения:

+

Р- JPi

ДР#

bPj

. Определяют минимальную плотность надпакернои жидкости из cooTHOiuetiHH

р.- 1.0 (

55 - gH

Осуществляют спуск и кренление интервала текучих пород имеющимися в наличии обсадными трубами, а по мере снижения пластового лав,:е;1ия до Г1рсде, величины Р спускают паксриую установку и заполняют мс; трубное iipocTjiaHCTBO жидкостью расчетной плотности.

Пример 3. Для крепления интервала текучих солевых порол с 2100 до 2200 м имеются обсадные трубы диаметром 168 мм с тол- шиной стенки 9 мм группы прочности Д, для которых 1 25,1 МПа, Осуществляют вскрытие интервала текучих пород на буровом растворе минимально возможной плотности ()j 1260 кг/м Время с момента вскрытия до спуска и цементирования эксплуатационной обсадной колонны, перекрывающей интервал текучих пород, выдерживают максимально возможным (по технологическим и экономическим условиям) для уменьщения напряжений на стенках ствола в интервале текучих пород. Например, после окончания углубления ствола, дливще- гося в течение 150 сут с момента вскрытия текучих пород, перед спуском эксплуатационной колонны осуществляют его проработку, калибровку в течение 15 сут. Таким образом, общая продолжительность 1ск составляет 165 сут.

Определяют степень релаксации напряжений в солевых породах

Ri(tcK) 0,137 ехр(-0,,168 165)- - 10,863 ехр(-0,0029 165) 0,535 Определяют максимальное внещнее давление смятия в интервале текучих пород после полной релаксации напряжений, т. е. когда R(t.r)0, AR 0,535-О 0,535. Pcv, 39,-16 МПа.

Сравнивают полученное значение с суммой РХ + PU

39,16 25,1 + Рт, РВ 14,06 МПа

Таким образом, если в начале эксплуатации скважины внутреннее давление в колонне на глубине 2200 м более 14,06 МПа, то можно первоначально эксплуатировать скважину без пакерного устройства. По данным прогноза темпа падения пластового давления определяют время, когда внутреннее давление снизится до 14,06 МПа, например, через 5 лет, уточняют величину внешнего давления смятия на этот период (t., 990 сут.).

Rd.) 0,137 ехр (-0,168 1990) -14-0,863 ехр(-0,0029 1990) 0,003;

AR 0,532;

Р.м 39,99 МПа.

Т. е. через 5 лет внешнее давление будет близко к максимальному, поэтому спускают пакерную установку и заполняют межтруб0

ное пространство жидкостью, плотность которой должна быть не ниже ,7 кг/м.

Формула изобретения

1. Способ предупреждения деформаций обсадных колонн в соленосных отложениях эксплуатирующихся скважин, включаюш,ий прогнозную оценку устойчивости обсадных колонн от внещних нагрузок при текущих давлениях эксплуатации и создание противодействия критическим внещним нагрузкам, обусловленных релаксацией солей, отличающийся тем, что, с целью повыщения эффективности предупредительных мер за счет повышения достоверности прогнозных оценок и предотвращения нарушений режима эксплуатации скважин, противодействие критическим внешним нагрузкам создают с момента выполнения условия

0

5

0

5

0

5

0

R(tcK)-R(t.)fp + ,

гдеН(1ск) -степень релаксации солей на момент спуска и крепления обсадной колонны, отсчитываемой от времени вскрытия солей; R(t) -степень релаксации солей на момент определения прогнозной оценки, отсчитываемой от времени вскрытия солей; РВ - внутреннее давление в колонне, создаваемое пластовым флюидом при эксплуатации, МПа; ЛР - величина релаксации напряжений в солях, равная разности геостатического давления (Р,,) горных пород и гидростатического давления (Р.) столба бурового раствора в процессе вскрытия на глубине Н, МПа;

Р - величина критического сминающего давления-обсадной колонны, МПа,

а обеспечивают это противодействие за счет избыточного давления между обсадной и насосно-компрессорной колоннами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что избыточное давление между обсадной и насосно-компрессорной колоннами создают за счет гидростатического давления столба жидкости, плотность которой (ро) опреде.тя- ют из выражения

- ).) II-PI gri

где g - ускорение свободного падения, м/с.

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить эффективность предупредительных мер за счет повышения достоверности прогнозных оценок и предот-вращения нарушении режима эксплуатации скважин. Способ включает прогнозную оценку устойчивости обсадных колонн от внешних нагрузок при текущих давлениях эксплуатации. По прогнозной оценке создают противодействие (П) критическим внешним нагрузкам, обусловленным релаксацией солей. Указанное П создают с момента выполнения условия, определяемого расчетным путем. Причем обеспечивают это П за счет избыточного давления между обсадной и на- сосно-компрессорной колоннами, создаваемого за счет гидростатического давления столба жидкости, плотность которой определяют расчетным путем. Таким образом, обеспечивается возможность регулирования величины избыточного сминающего напряжения на стенках ствола путем варьирования срока.ми крепления интервала текучих пород в процессе бурения скважин или созданием внутреннего противодавления. 1 з. п. ф-лы. о (Л с