Способ ликвидации прихвата колонны труб в скважине Советский патент 1992 года по МПК E21B31/03 

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к способам ликвидации п.рихватЬв бурильного инструмента в скважинах.

Цель изобретения - повышение эффективности ликвидации прихвата за счет сокращения времени на проведение технологических операций./

Способ ликвидации прихвата колонны труб в скважине осуществляется следующим образом.

Определяют интервал прихвата, устанавливают ванну в интервале прихвата, натягивают колонну труб, повышают давление до давления гидроразрыва глинистой корки

в зоне прихвата и выдерживают под этим давлением в течение времени Т, определяемого в соответствии со следующей зависимостью:

h CS ( 1-Скр ) k ( Ргс-Рпл )

где h - начальная толщина глинистой корки (h RcKB-RK); RK- радиус корки: RCKB - радиус скважины:« - вязкость жидкости ванны, закачиваемой в интервал прихвата; Ргс - гидростатическое давление столба бурового раствора на глубине прихвата; Рпл - пластовое давление в интервале прихвата: Р начальный градиент давления, превышение которого соответствует началу фильтрации

жидкости ванны через глинистую корку, находящуюся под действием перепада давления в системе скважина - пласт; Сож исходная насыщенность глинистой корки жидкой фазой; Скр - критическая водонасыщенность глинистой корки, при которой происходит ее разрыв, k - коэффициент пропорциональности, i

Затем производят сброс давления и его снижение ниже гидростатического с одновременным приложением к трубам механических нагрузок.,

Как показали эксперименты, моделирующие условия прихватов труб к стенкам скважины, эффективность ванн прежде всего связана с необходимостью разрыва глинистой корки для возможности фильтрации жидкости в пласт. Это обусловлено тем, что глинистая корка, во-первых, обладает кратно возвышенным гидравлическим сопротивлением и начальным градиентом давления, после превышения которого возможно движение жидкости, а во-вторых, большой поглощающей способностью (ионнообменной емкостью), препятствующей продвижению кислоты и щелочи в породу.

Разрыв глинистой корки д|ля ускорения ликвидации прихвата труб может быть достигнут либо путем замены фильтрирующейся жидкости (вода) на нефильтрующуюся (нефть), либо путем резкого повышения давления в скважине. Тогда глинистая корка подвергается сжатию и претерпевает разрывы по контуру вследствие растяжения. При этом трещины разрыва имеют радиальное направление.

Поверхность S(t), до которой в данный момент времени дошли трещины разрыва, будем называть фронтом уплотнения корки. Отсчет времени начнем от момента установки ванны (или момента повышения давления в скважине).

Из условия задачи можно записать очевидные соотношения

S(t)RK при h RcKB-RK.

где h - начальная толщина корки.

Предположим, что фронт достигает границы за время Тр. тогда общее время ликвидации прихвата равно

Т Тр+Тф,(1)

где Тф - характерное время процесса насыщения жидкостью ванны пористой породы на стенках скважины.

Поскольку . то время разрыва глинистой корки будет определяющим в процессе ликвидации прихвата с помощью ванны.

Для оценки проведем исследование в рамках механики пористых сред.

Основная физическая предпосылка, реализованная в нашей модели, следующая.

Перед установкой ванны (в частности нефтяной ванны) в глинистой корке достигнуто равновесие - давление поровой жидкости определяется уравнением пьезопроводимости с учетом перепада давления , где РГС - гидростатическое давление жидкости в скважине; Рпл пластовое давление. Отток жидкости из корки в пласт очень мал. но имеет место. При этом для скорости фильтрации жидкости верно уравнение.движения в следующей форме;

(grad P-vP),

(2) г

где k - коэффициент проницаемости, зависящий от координаты;/ - вязкость жидкости; Р - начальный градиент давления, превышение которого соответствует началу движения жидкости.

Перераспределение фазовых соотношений (объем жидкости фазы) в пористой среде не происходит вследствие притока жидкости из скважины. ,/Г)

Замена бурового раствора в скважине на нефть вносит возмещение в приведение равновесие из-за того, что нефть является нефильтрирующейся через корку жидкостью по причине чрезвычайно высоких капиллярных ,сил. Тогда насыщенность глинистой корки жидкой фазой Сж падает, что приводит, как показано ниже, к возникновению растягивающих усилий. Движение границы S(t) определяется продолжающимся оттоком жидкости из корки. В качестве критерия возникновения трещин разрывав матрице пористой среды выбран предел

а прочнрсти глинистой корки на разрыв.

Учитывая геометрию задачи, вводим цилиндрическую систему координат г,(р,2так. что ось Z совпадает с осью скважины. Уравнения состояния пористой среды выписываем в виде обобщенного закона Гука (k-2G/3)K) ij+2Geij+ /9 2Gk{pЧCж)PlC ;)}(k+4G/3).(3)

где k. G - модули упругости системы двух фаз, fd ij - объемная деформация Твердой, фазы; Cij - компоненты тензоров деформаций в твердой фазе;/ - коэффициент усадки матрицы/ ; (С°ж). Р (Сж) капиллярное давление соответственно при начальной С°ж и текущей Сж; 5ij - символ Кронекера; а ij - эффективные направления в пористой матрице, определяемые выражением

а()П +Ржди,(4)

где РЖ поровое давление; fij - компоненты полного тензора напряжений. Пользуясь осесимметричностью задачи, отсутствием деформаций fzz и {Vr, последнее верно вследствие малости толщины корки по сравнению с радиусом скважины (h«RcKB), существенно упрощаем уравнение состояния (3) о(Р 0 o)(k-2/G3)/{k+4G/3)+2Gx ))-P%%)}/(k+4G/3).(5) Рассмотрим поверхность фронта уплотнения глинистой корки S(t)i На ней очевидно выполняется условие отсутствия полного напряжения Ozz (внутри S(t) матрица разрушена и поровое давление на поверхности S(t) равно внешнему Ргс). Тогда для радиального эффективного напряжения имеет место соотношение аМ СжРгс 0. .(6) , Используя-соотношение (5) на S(t) имеемf/VrCxPrc(k-2G/3)/(k+4G/3) {р(С)-р(С)}/ (k+4G/3). (7) В работе исследована зависимость капиллярного давления от насыщенности. Показано, что вследствие уменьшения Сж растет ). Следовательно, из соотношения (7) заключаем, отток жидкости на фронте S(t) приводит к увеличению растягивающих напряжений. При достижении предела прочности на разрыв, когда о (8) на поверхности S(t) возникает разрывы глинистой корки. Соотношения (7) и (8) есть критериальные услория для разрыва глинистой корки. Далее определим скорость движения фронта разрывов Vp. Рассмотрим малую область с огибающей - фронтом S(t) и толщиной ДС, из которой имеет место отто.к жидкости. Для количества жидкости, вытекающего из контура радиусом R(t) имеем (t).(9) Учитывая, что At«S(t) из соотношения (9) следует л S(T) Т.( 9) Для скорости фронта разрывов имеем очевидно соотношение (10) 1Лз балансового соотношения для жидкого флюида имеем 27Г 5(г)С°жДе-а С ж С°ж2 яЗ (t)A6(11 где С°ж - исходная насыщенность корки; Предполагая, что за время Ткр достигается критическое значение (см. формулы (7). (8) из (9), (10), (11)), будем иметь определяющее уравнение для скорости фронта VKP о 1 С Y7С жСкр. Отсюда получим выражение для скорости фронта разрывов в произвольный момент времени т cS (1 -Скр) V(T) найдем из выражения (2). При этом значение gradP приближенно равно p PlczPn/L,(14) где h - начальная толщина глинистой корки. Время ликвидации прихвата, если принять , будет выражаться следующей зависимостью: (15) ь лсН1-Скр) VP k ( Ргс-Рпл ) Выражения (7), (8) и(15) замыкают математическую модель процесса и позволяют сделать некоторые общие выводы; повысить эффект действия ванн для ускорения ликвидации прихвата можно за счет увеличения гидростатического давления в скважине, а не уменьшения его, как это обычно происходит при установке ванн в результате закачки жидкости меньшей полости, чем буровой раствор; с увеличением толщины глинистой корки время, необходимое на ликвидаци1б прихвата, растет по квадратной зависимости; более плотная структура глинистой корки благоприятствует ее разрывам при создайии избыточного давления в скважине. Низкая эффективность различного рода ванн, устанавливаемых в скважинах при ликвидации прихватов, как правило, связа.на с тем, что закачиваемая пачка жидкости (нефть, растворы кислоты и щелочи) не проникает в породу. Глинистая корка, уплотненная действием перепад давлений между скважиной и пластом, имеет чрезвычайно низкую проницаемость. Нефть не фильтруется через глинистую корку из-за высокого сопротивления капиллярных сил. Кислота и щелочь не проходят, так как реагируют с глинистой коркой, вызывая ее набухание или усадку. Эффект ванны имеет лишь место тогда, когда закачиваемая жидкость входит в пласт и взаимодействует с породой. Так, например, кислота растворяет карбонатный цемент в проходах, щелочь вызывает набухание глины в зоне кольматации и разрушение скелета породы. Нефть, пропитывая породу, гидрофобизирует ее и способствует отторжению гидрофильнрй глинистой корки от стенок скважины, согласно правилу Антонова.

Таким образом, нарушение сплошности глтнистой корки является непременным условием для успешного действия ванны. Вот почему многократная установка ванн в ряде случаев дает положительный результат., Формула из.обретения Способ ликвидации прихвата колонны труб в скважине, включающий определение места прихвата, установку ванны в интервале прихвата, натяжение колонны труб, повышение давления до давления гидроразрыва глинистой корки в зоне прихвата, сброс давления и приложение механических нагрузок, отличающийся, тем, что, С целью повышения эффективности ликвидации прихвата за счет сокращения времени на проведение технических операций. после сброса давления-производят его снижение ниже гидростатического, а время Т выдержки ванны под давлением гидроразрыва глинистой корки выбирают из следующего соотношения: ,

(1-C

кр

Т

k.. ( Ргс-РпО- Р где h - начальная толщина глинистой корки (Ь РСКВ-РК): RCKB - радиус скважины; RK радиус корки; ,а- вязкость жидкости ванны, закачиваемой в интервал прихвата; Ргс гидростатическое давление столба бурового раствора на глубине прихвата; Рпл - пластовое давление в интервале прихвата; начальный градиент давления, превышение которого соответствует началу фильтрации жидкости ванны через глинистую корку, находящуюся под действием перепада давления в системе скважина-пласт; С°ж исходная насыщенность г/1инистой корки фазой (водой); Скр критическая водонасыщенность глинистой корки, при которой г poиcxoдитee разрыв; k- коэффициент.пропорциональности.

Изобретение относится к бурению скважин. Цель изобретения - повышение эффективности ликвидации прихвата за счет сокращения времени на проведение технологических операций. Для этого в зоне прихвата устанавливают ванну и повышают давление до давления гидроразрыва глинистой корки (ГК). Выдерживают ванну под этим давлением в течение времени Т, определяемого в соответствии со следующей зависимостью: Т=[Ь^«-С°ж