Способ крепления скважин в пластичных породах Советский патент 1988 года по МПК E21B33/13 E21B33/14 

Изобретение относится к горной промьшшенности, в частности к области крепления нефтяных и газовых скважин в пластичных породах, и предназначено для борьбы со смятием обсадных колонн при явлениях текучести пластичных пород, и может быть использовано для крепления стволов шахт, тоннелей и подземных сооруже

НИИ при проявлениях текучести пород при проходке этих сооружений.

Целью изобретения является повышение эффективности крепления скважин путем обеспечения возможности умень- шения затрат времени на их крепление и снижение вероятности смятия обсадных колонн.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед спуском колонны выдерживают скважину незакрепленной до момента разгрузки избыточного давления в пластичных породах.

По известным соотношениям рассчи- тывают противодавление бурового раствора, начальное избыточное давление и допустимое давление на колонну, а также скорость сужения ствола, при достижении которой следует прекратить разгрузку избыточного давления. После вскрытия зоны пластичных пород, склонных к текучести (ползучести), установив расчетное противодавление бурового раствора известным способом,систематически измеряют скорость суже- ния ствола. По этой скорости, а также по допустимому сужению ствола рассчитывают моменты времени для проработки (разбуривания) ствола известными способами.

При этом конечную скорость сужения ствола (V j) определяют по формуле

PD

Г Р7

рость сужения ствола; Рд и Р/ji избы точное давление в пластичных породах, соответственно начальное и допустимое.

Последнюю проработку заканчивают при расчетной конечной скорости суже

где

ско

ния, после чего спускают обсадную ко- лонну и осуществляют ее цементирование . При необходимости осуществляют установку в .колонне временного цементного моста с последующим его разбу- риванием (после выравнивания давле- ния на колонну).

1. Рассчитывают начальное избыточное давление на обсадную колонну,При

этом учитывают, что после крепления скважины на обсадную колонну действует разность между боковым горным давлением и противодавлением флюида в скважине. Расчет ведут, исходя из наиболее неблагоприятных условий, возникающих при минимальном противодавлении флюида по формуле

10

YP

- удельные веса, соответственно вьппележащих пород и флюида в скважине,г/см

20

j

25JQ

40

50 55

н глубина крепления зоны ползучести, м; 6 - предел текучести породы,

Н/м2.

Наиболее неблагоприятные условия могут возникнуть при эксплуатации скважины на нефть.

Удельный вес нефти 0,85x10 Н/м . Удельный вес вышележащих пород 2,4 х X 10 Н/м,

Глубина крепления зоны ползучести 4000 м. Предел текучести породы 20x10 Н/м, Начальное избыточное давление в этом случае равно

Рр (2,4-0,85)х10 хАООО-20х10 600x10 Н/м2.

2.Определяют допустимое избыточное давление на обсадную колонну.

Обсадная труба имеет наружньш диаметр 146, внутренний 130 мм, овальность 0,015, группа прочности стали Е, предел текучести 55 кгс/см . По справочнику этому сортаменту трубы соответствует допустимое избыточное давление 300 кгс/см.

3.Если крепить зону ползучести этой трубой без разгрузки горного давления, то обсадная колонна будет смя45 та, потому что начальное избыточное давление вдвое превьшгает допустимое. Следовательно, для исключения смятия обсадной колонны следует выполнять разгрузку избыточного давления ниже допустимого. Разгрузку следует проводить при том противодавлении флюида, которое заложено в расчет, в данном случае при 340x10 Н/м. Разгрузку следует систематически контролировать и управлять ею. Контроль производится путем измерения скорости сужения ствола, а управление производится путем проработки, которые выполняются cлeдyюшJ м образом.

4, Определяют начальную скорость сужения ствола. Для чего сразу же после вскрытия пласта измеряют диаметр ствола. Второй замер выполняют ..

Г)

спустя некоторое время. Скорость сужения ствола находят путем деления разности диаметров на промежуток времени между замерами.

Например зону ползучести вскрыв ают ю долотом 198 мм. Создают противодавление раствора 340x10 Н/м. Измеряют диаметр ствола, который оказывается равным 190 мм. Второй замер выполняют спустя 24 ч, при этом диаметр умень- is шился до 174 мм. В этом случае начальная скорость сужения равна

190 - 174

v

16 мм/сут.

1 5. Рассчитывают скорость сужения ствола, при достижении которой следует прекратить разгрузку. При этом исходят из того, что между скоростью сужения ствола и избыточным давлени20

6. Рассчитывают момент первой пр работки ствола. При этом исходят из того, что разгрузка избыточного дав ления вследствие спонтанной пластической деформации пород в пристволь ной зоне приводит к сползанию пород

ствол и его сужению. I

Сужение ствола препятствует спол занию пород и затрудняет разгрузку избыточного давления. Поэтому для облегчения разгрузки избыточного да ления необходима проработка ствола. При .расчете момента проработки ство ла исходят из его допустимого сужения и скорости сужения ствола. Расч выполняют по формуле:

-I.

где t - момент проработки ствола,су D - допустимое сужение ствола, мм; V - скорость сужения ствола, мм/сут Допустимое с гжение ствола 40% от

ем существует взаимно однозначное со- номинала 200 мм, т.е. равно 80 мм.

Скорость сужения ствола равна

ответствие, т.е. эти величины релак- сируют по общему закону затухания. Расчет ведут по формуле

v

Р

РГ

..

Г)

ю is

0

6. Рассчитывают момент первой проработки ствола. При этом исходят из того, что разгрузка избыточного давления вследствие спонтанной пластической деформации пород в приствольной зоне приводит к сползанию пород в

ствол и его сужению. I

Сужение ствола препятствует сползанию пород и затрудняет разгрузку избыточного давления. Поэтому для облегчения разгрузки избыточного давления необходима проработка ствола. При .расчете момента проработки ство- ла исходят из его допустимого сужения и скорости сужения ствола. Расчет выполняют по формуле:

-I.

где t - момент проработки ствола,сут; D - допустимое сужение ствола, мм; V - скорость сужения ствола, мм/сут. Допустимое с гжение ствола 40% от

номинала 200 мм, т.е. равно 80 мм.

Скорость сужения ствола равна

16 мм/сут. Момент проработки в этом

случае равен

80

16

5 сут.

Изобретение относится к горной пром-ти и предназначено для борьбы со смятием обсадных колонн (ОК) при явлениях текучести пластичных пород .(ПП). Цель - повышение эффективности крепления скважин за счет уменьшения затрат времени на их крепление и снижение вероятности смятия ОК. Перед спуском ОК скважину выдерживают незакрепленной до момента разгрузки избыточного давления (ИД) в ПП. По известным соотношениям рассчитьшают противодавление бурового раствора, начальное ИД, допустимое давление на ОК и скорость сужения ствола. При достижении этой скорости следует прекратить разгрузку ИД. После вскры - тия ПП, склонных к текучести, установив рассчетное противодавление бурового раствора, систематически измеряют скорость сужения ствола. По этой скорости, а также по допустимому сужению ствола рассчитывают моменты времени для проработки ствола. Конечную скорость v/ji сужения ствола определяют по ф-ле: v v () ,гке V - начальная скорость сужения ствола; , и Р - начальное и допустимое ИД в ПП. Последнюю проработку заканчивают при расчетной,конечной скорости сужения. Затем спускают ОК и цементируют ее. При необходимости в ОК устанавливают временный цементный мост с последуюшям его разрушением после вьфавнивания давления на ОК. fi а а

где VP, v - скорости сужения ствола, соответственно начальная и конечная расчетная, мм/сут,- Р , Р - избыточное давление в пластичных породах сомое, н/м .

Начальное избыточное давление равно 600x10 Н/м, а допустимое избыточное давление по примеру 2 равно 300 кгс/см, начальная скорость сужения ствола п. 4 равна 16 мм/сут. Конечная (расчетная) скорость сужения ствола в этом случае равна

16 X

300 600

8 мм/сут.

8,Проработку ствола п до тех пор, пока скорость ствола по примеру 7 не сн расчетной, а избыточное д

допустимого:

Следовательно, при достижении скорости сужения ствола расчетной, равной 8 мм/сут, разгрузку следует прекратить.

Порядковый № проработкиО

Момент проработки, сутО 5,0 10,5 16,7 23,6 31,7 41,1

Скорость сужения, мм/сут16,0 14,5 13,0 11,5 10,0 8,5 7,0

Избыточное давление

хЮ Н/м2600 544 488 341

50

1

375 319 263

Из этих результатов следует, что скорость сужения ствола снизилась

35

40

Следовательно, первую проработку ствола следует выполнять через 5 сут после вскрытия пласта.

Скорость сужения ствола после первой проработки 14,5 мм/сут. Момент второй проработки ствола при допустимом сужении 80 мм 5,5 сут или 10,5 сут с Момента вскрытия пласта. Разгрузка избыточного давления равна

Р 600x10 544x10 Н/м2 . 1о

8,Проработку ствола продолжают до тех пор, пока скорость сужения ствола по примеру 7 не снизится ниже расчетной, а избыточное давление ниже

допустимого:

50

488 341

375 319 263

ниже расчетного (8 мм/сут), а избыточное давление ниже допустимого

300x105 II/м. Следовательно, после выравнивания концентрации избыточного давления на колонну путем установки цементного моста и его разбури- вания смятие обсадной колонны будет исключено, потому, что прочность колонны превысит уровень избыточного давления.

Формула изобретения

Способ крепления скважин в пластичных породах, включающий вьщержку скважины после разбуривания зоны пластичных пород в течение времени до разгрузки избыточного давления в пластичньтх породах до величины ниже уровня допустимого давления на обсадную колонну, спуск обсадной колонны и ее последующее цементирование, отличающийся тем, что, с целью повьппения эффективности крепления скважин путем обеспече

ния возможности уменьшения затрат, времени на их крепление и снижения вероятности смятия обсадных колонн, в процессе выдержки скважины осуществляют контроль и управление разгрузкой избыточного давления в пластичных породах путем систематически чередующихся измерений скорости сужения ствола скважины и его проработки, причем проработку осуществляют в момент достижения допустимого сужения ствола, а последнюю проработку заканчивают при достижении конечной

скорости сужения ствола деляемой из выражения:

€

опреv

Р«

Д 0

- начальная скорость сужения ствола, мм/сут; и Р/р- избыточное давление в пластичных породах, соответственно начальное и допустимое, Н/м2 .