Способ предотвращения смятия обсадной колонны в скважине при обратном промерзании пород Советский патент 1991 года по МПК E21B36/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, предназначено для предотвращения смятия колонн простаивающих скважин, и может использоваться в строительстве для снижения сил морозного пучения грунтов на фундаменты зданий и сооружений, а также для сброса давлений при накоплении мигрирующего газа вокруг скважин и под свайными фундаментами сооружений в зоне тектонических нарушений на территории с многолетнемер- злыми породами.

Цель изобретения - повышение надежности осуществления способа.

На чертеже показана схема оборудования для реализации способа.

Перфорированная трубка 1 размещена в стволе скважины 2 рядом с обсадной колонной 3 с перекрытием низкотемпературной мерзлой толщи 4, где при промерзании каверн 5 развиваются опасные величины давлений. Каверны 5 сообщаются с высокотемпературной мерзлой толщей 6. где находится каверна 7. Перфорационные отверстия 8 в трубке 1 выполняют в интервалах, промерзающих в последнюю очередь. В скважине имеется фронт 9 промерзания и фронт 10 оттаивания. Стрелками на рисунке показаны направления перемещения ледяных пробок 11 по трубке 1 при выравнивании давлений до неопасных значений при сбросе избытка жидкости.

Способ осуществляется следующим образом.

Определяют мощность низкотемпературной мерзлой толщи 4 по величине критического давления смятия обсадной колонны или крепи скважины. Этот интервал и представляет опасность для колонны. По кавер- нометрии или геологическим данным определяем интервалы размещения неустойчивых при оттаивании пород (каверны 5 и 7), В трубке 1 перфорируют отверстия 8 на глубине каверн 5 и 7. Трубку 1 опускаем на глубину мерзлой толщи 4 рядом с обсадной колонной 3 в специальную скважину

Ё

или в ствол скважины 2, расширенный за счет оттаивания или специально. Внутреннюю поверхность трубки смазывают нефтепродуктами (солидолом) при помощи штанг или путем заполнения периодической про- давкой их через трубку. После прекращения теплового воздействия со стороны колонны при остановке скважины многолетнемерз- лые породы 4 и 6 промерзают. Промерзает жидкость в трубке 1, образуя ледяные пробки 11. В зэколонном пространстве образуются замкнутые промерзающие объемы 9, промерзание которых сопровождается ростом давления. Вероятность образования замкнутой талой зоны более высока, если ствол скважины осложнен кавернами 5 и 7. Но так как сопротивление сдвигу льда по внутренней поверхности трубки невелика, то при определенном давлении ледяные пробки 11 теряют связь с внутренней стенкой трубки 1 и начинают перемещаться на устье через слой отрицательных температур многолетнемерзлых пород 4 и слой сезонного промерзания. По мере перемещения ледяных пробок новые объемы жидкости поступают в трубку 1 через перфорированные отверстия 8 и промерзают по мере перемещения на дневную поверхность. Таким образом, обеспечивается непрерывный сброс избытка жидкости в виде ледяных пробок. Сопротивление сдвигу льда по внутренней стенке трубки выбирается таким, чтобы развиваемое давление в промерзакщем объеме 5 было ниже давлений смятия обсадных колонн.

При наличии нескольких замкнутых промерзающих объемов 5, сообщающихся по трубке 1, удаление избыточной жидкости в виде льда на поверхность осуществляется последовательно сначала из верхних каверн, затем из нижележащих.

Если силы сопротивления перемещению ледяных пробок не дневную поверхность увеличиваются, го возрастающее давление обратного промерзания перемещает ледяные пробки в нижележащие замкнутые объемы, находящиеся в более высокотемпературной мерзлой толще 6. И по мере промерзания верхней части 4 ледяные пробки при перемещения и сама высокотемпературная толща начинают оттаивать с образованием фронта 11. При этом давление обратного промерзания будет поддерживаться автоматически на заданном уровне. И только при полном промерзации верхней части мерзлой толщи 4 начинает промерзать заколонное пространство в нижней части мерзлой толщи 6. Конечная величина давления будет соответствовать величине естественной температуры мерзлой толщи 6.

Пример. Определяют мощность низкотемпературной мерзлой толщи по величине критического давления смятия обсадной колонны. По расчетам она составила 30 МПэ, Согласно уравнению Клайперона-Кла- узиуса давление выше указанной величины возникает при температуре мерзлых пород

ниже Т -30/13,4 -2,23°С. Такие температуры пород находятся в интервале глубин до 110 м. Этот интервал и представляет опасность для колонны. По кавернометрии или геологическим данным определяют интервалы размещения неустойчивых при оттаивании пород (каверны 5 и 7), которые находятся на глубине от 20 до 65, от 80 до 96 и от 105 до 150м. В трубке 1 перфорируют отверстия 8 на глубине 45 и 88 м, Трубку 1

опускают на глубину 110-115м рядом с обсадной колонной 3. Внутреннюю поверхность трубки 1 периодически покрывают смазкой.

Силы трения скольжения ледяных пробок внутри трубки оцениваются по силам сопротивления сдвигу льда по поверхности смерзания. Внутренняя стенка трубки, покрытая солодолом, снижает сопротивление сдвигу льда до 0,01 МПэ с 4-5 МПа длястальной неподготовленной стенки. При внутреннем диаметре трубки 0 3 см, при сопротивлении сдвигу льда по поверхности смерзания Т 0,01 МПа и максимально допустимой величине давления обратного промерзания, равном, например, Р 30 МПа, получаем длину ледяной пробки 4, которая способна перемещаться по трубке

40

Н Р D/4T 30 3(4- 0,01) 2250 см.

Максимальная величина ледяных пробок между кавернами составляет 20,15 и 21 м по разрезу, что меньше величины Н 22,5 м. Испытания показали, что максимальное

5 давление образуется при страгивании ледяных пробок. В дальнейшем идет непрерывно их перемещение по трубке на поверхность. Поступающая в трубку вода превращается в ледяные пробки, которые

0 не успевают смерзаться с поверхностью. Избыточное давление развивается только в начальный период на преодоление сил смерзания, а затем по мере промерзания ледяные пробки не успевают смерзаться с

5 внутренней стенкой трубки и фактическая величина Т снижается.

Технико-экономические преимущества способа заключаются в повышении надежности предотвращения смятия обсадной колонны в скважине при обратном промерзании пород за счет получения саморегулирующегося процесса удаления избыточной жидкости без затрат дополнительной энергии на поддержание канала в свободном состоянии.

Формула изобретения Способ предотвращения смятия обсадной колонны в скважине при обратном промерзании пород, включающий перепуск

0

избыточной жидкости в интервале каверно- образований путем установки в нем трубки для образования канала, связывающего каверны в толще мерзлых пород с дневной поверхностью, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности осуществления способа, трубку перфорируют в интервале кавернообразований, в внутреннюю поверхность трубки периодически покрывают смазкой.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Цель - повышение надежности осуществления способа. Избыточную жидкость в интервале каверно- образований перепускают путем установки в нем трубки для образования канала, связывающего каверны в толще мерзлых пород с дневной поверхностью. Внутреннюю поверхность трубки периодически покрывают смазкой. Изобретение позволяет предотвратить смятие обсадной колонны в скважине при обратном промерзании пород за счет получения саморегулирующегося процесса удаления избыточной жидкости без затрат дополнительной энергии на поддержание канала в свободном состоянии. 1 ил.