Способ эксплуатации скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B43/10 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам эксплуатации скважин в условиях изменяющейся отметки поверхности земли.

Известны способы эксплуатации скважин в условиях оседающей поверхности зем- ли. Эти способы преимущественно предназначены для районов распространения многолетнемерзлых пород, где в случае их растепления возможно проседание земли вокруг сважин, образование воронок и провалов. Эксплуатационная колонна в таких скважинах может потерять устойчивость, изогнуться и сломаться под действием собственного веса и веса оседающих горных пород. Поэтому предусмотрены различные варианты поддержания

верхней части колонны в натянутом виде. Например, предусмотрено цементирование эксплуатационной колонны ниже многолетнемерзлых пород и передача веса незацементированной части колонны ниже многолетнемерзлых пород и передача веса незацементированной части колонны на конструкции, которые расположены на поверхности и на которые не оказывает влияние оседание пород в оттаявшей области.

Конструкции, к которым крепится эксплуатационная колонна, могут быть установлены на сваи, забитые в грунт вокруг устья скважины.

Для обеспечения растягивающего усилия могут применяться гидравлические домкраты. Их устанавливают между колонной

XJ

Ю

Ю Ю

.А

головкой и кондуктором, снабжают манометром, имеющим градуировку в единицах силы,

Недостатком этих способов является то, что они не применимы для скважин, эксплу- атирующихся в условиях, когда поверхность земли не оседает, а поднимается. Кроме того, эти способы требуют применения специальных конструкций и приспособлений для обеспечения необходимого режима на- тяжения эксплуатационной колонны. Т.е. скважины уже в процессе их строительства должны быть оборудованы соответствующим образом.

Для условий, когда поверхность земли поднимается, разработан способ прогнозирования разрушения эксплуатационных колонн. Он включает измерение среднегодовой скорости перемещения земли поверхности и определение времени об- разования дефектов в колоннах по формуле

.о)

где t - время образования дефектов, г.;

v - среднегодовая скорость современных движений земной коры, мм/г.;

Ah- максимально допустимая амплитуда смещения точек земной поверхности (Ah 50 мм),

Недостаток способа заключается в том, что он в состоянии только в какой-то мере предсказать, через какое время эксплуатации можно ожидать нарушений колонн, но вмешаться в процесс, предотвратить ава- рии он не в состоянии.

Наиболее близким к предлагаемому является способ эксплуатации скважин, имеющих кондуктор с колонной головкой, эксплуатационную колонну, подвешенную в колонной головке, включающий регулирование силы натяжения в незацементированной части эксплуатационной колонны путем установки там компенсатора осевых напряжений,

Компенсатор встраивается в эксплуатационную колонну, спускается в скважину и устанавливается на 50-70 м выше предполагаемого уровня подъема цементного раствора в кольцевом пространстве. Компенсатор имеет телескопическую конструкцию. После окончания затвердевания цементного раствора (03 Ц) с устья эксплуатационную колонну вращают вправо, в результате чего компенсатор приводится в рабочее положение. При этом нижняя часть колонны (от цементного кольца до компенсатора) оказывается сжатой собственным весом, а верхняя часть колонны (от компенсатора до устья растянута. При изменении температурного режима, давления в колонне нижняя и верхняя части колонны удлиняются или укорачиваются. При этом.их концы в компенсаторе перемещаются относительно друг друга и дополнительных осевых напряжений в трубах эксплуатационной колонны не возникает. Аналогичным образом компенсатор работает при перемещении кондуктора: компенсируется как опускание кондуктора, так и поднятие его.

Однако надежность компенсатора со временем может снизиться, повышается опасность негерметичности эксплуатационной колонны. Известный способ не применим в наклонно направленных скважинах, поскольку для проведения компенсатора в рабочее положение необходимо вращение эксплуатационной колонны. Известно, что в наклонно направленном стволе ни бурильную, ни обсадную колонны вращать нельзя. Часть эксплуатационной колонны, находящейся под компенсатором, оказывается в сжатом состоянии, что неблагоприятно влияет на герметичность резьбовых соединений.

Исследованиями установлено, что причиной нарушений колонн является подъем слоя горных пород совместно с кондуктором под воздействием техногенных факторов. Дело втом, что для поддержания пластового давления в продуктивные пласты необходимо закачивать большое количество воды. Воду нагнетают через специальные нагнетательные скважины, которые совместно с добывающими располагают на кустах. Конструкция водонагнетательных скважин является ненадежной и не исключает образования дефектов в эксплуатационной колонне. Давление нагнетания передается на стенки ствола скважины и, если оно оказывается больше горного давления, происходит гидроразрыв пласта и образование масштабных трещин гидроразрыва. В интервалах глин люлинверской, чеганской, та- лицкой, ганькинской, сладковской свит трещины гидроразрыва имеют горизонтальное проектирование. По мере нагнетания жидкости (воды) в трещину она приобретает вид линзы и вынуждает горные породы, находящие над трещиной, а также связанный с ними кондуктор перемещаться вверх. Эксплуатационная колонна, зацементированная в нижней части и закрепленная на кондукторе, испытывает растягивающие нагрузки и при достижении предела прочности на страгивание резьбовых соединений разрушается. В кусте устья скважины находятся в непосредственной близости от негерметичной нагнетательной скважины и

попадают в зону вертикальных перемещений, что является причиной выхода из строя и этих скважин независимо от их назначения и способа эксплуатации.

Цель изобретения - повышение надеж- ности работы в наклонно направленных скважинах.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе эксплуатации скважин, включающем регулирование натяжения подвешенной на кондукторе с устья эксплуатационной колонны в ее незацементированной части, перед началом и в процессе эксплуатации скважины производят замер абсолютных отметок положений колонной головки и поверхности земли вокруг скважины, по их изменению судят о величине натяжения незацементированной части эксплуатационной колонны, а регулирование натяжения последней осуществляют пу- тем изменения длины кондуктора с верхнего его конца.

Предлагаемый способ эксплуатации скважин осуществляют следующим образом.

На месторождении, где отмечаются случаи нарушения эксплуатационных колонн, устанавливают тщательное наблюдение за абсолютными отметками положений колонных головок и поверхности земли вокруг скважин. Для этого через месторождение периодически прокладывают топографические ходы с привязкой к реперам, находящимся за пределами месторождения. При обнаружении факта подъема поверхности земли совместно с кондуктором какой-либо скважины замеряют величину этого подъема. Затем с помощью землеройных технических средств грунт вокруг такой скважины убирают на глубину, равную величине подъ- ема кондуктора. С помощью газорезательного аппарата из кондуктора ниже места подвешивания эксплуатационной колонны (ниже колонной головки) вырезают и удаляют часть кондуктора. Длина вырезанной и удаленной части кондуктора должна быть равна величине подъема кондуктора. При этом под действием упругих сил, накопленных в эксплуатационной колонне, происходит смыкание концов кондуктора в месте вырезания. С помощью электросварки восстанавливают герметичность кондуктора.

Таким образом производят компенсацию тех растягивающих усилий, которые возникают в эксплуатационной колонне в результате подъема кондуктора совместно с окружающими его породами.

Пример. Топографическими исследованиями установлено,что абсолютные отметки колонных головок скважин куста

увеличились на 56 см. На такую же величину увеличилась отметка поверхности земли вокруг скважин. Следовательно, куст находится в районе распространения трещины гидроразрыва горизонтальной ориентации и скважины, пробуренные с него подвержены опасности нарушения эксплуатационной колонны. Определим на сколько увеличится растягивающая нагрузка в эксплуатационной колонне в результате подъема кондуктора. Для этого воспользуемся законом Гука

EFAI(2)

АР

I

где АР - величина увеличения растягивающей нагрузки, кгс;

Е - модуль упругости для стали, Е 2,1-Ю6 кгс/см2;

F - площадь сечения тела эксплуатационной колонны, см ;

Д| - величина подъема кондуктора, Д| 56см;

I - величина незацементированной части эксплуатационной колонны, I 510 см.

Площадь сечения тела труб определим по формуле

F 0,785 cT-(d-2 д Г,

(3)

где d - внешний диаметр труб эксплуатационной колонны, d 14,6 см;

д - толщина стенки, д 0,8см.

F 34,7 см2.

Подставив числовые значения в формулу (2) получаем

АР 81614 кгс -81,6 тс.

В результате подъема кондуктора в незацементированной части эксплуатационной колонны возникает дополнительная растягивающая нагрузка 81,6 тс. Обсадные трубы, изготовленные из стали группы прочности Д диаметром 14,6 см с толщиной стенки 0,8 см имеют прочность на страгивание резьбовых соединений 84 тс. Таким образом, даже в эксплуатационной колонне, не имеющей предварительных растягивающих нагрузок, силы растягивания в результате перемещения кондуктора приближаются к критическим.

Для предупреждения нарушения эксплуатационных колонн на кусте необходимо; грунт вокруг скважины с помощью бульдозера снять таким образом, чтобы расстояние между колонной головкой и новой поверхностью земли было минимум на 56 см больше. После этого с помощью газорезательного аппарата ниже колонной головки на кондукторе на расстоянии друг от друга 3-5 см делают два круговых разреза. Кольцо, ограниченное двумя разрезами, разрезают по образующей и затем с помощью

лома и кувалды выбивают. В результате этого колонная головка перемещается вниз соответственно на 3-5 см. На 3-5 см ниже места смыкания частей кондуктора делают новый круговой разрез. Полученное кольцо также удел я ют и тем самы м дости гают допол н ител ь- ного опускания верхнего конца эксплуатационной колонны. Эти операции производят до тех пор, пока длина вырезанной и удаленной части кондуктора не будет равна 56 см. После этого круговой разрез с помощью электродуговой сварки ликвидируют.

Формула изобретения Способ эксплуатации скважин, включающий регулирование натяжения подвешен0

5

ной на кондукторе с устья эксплуатационной колонны в ее незацементированной части, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы в наклонно-направленных скважинах, перед началом и в процессе эксплуатации скважины производят замер абсолютных отметок положений колонной головки и поверхности земли вокруг скважины, и по их изменению судят о величине натяжения незацементированной части эксплуатационной колонны, а регулирование натяжения последней осуществляют путем изменения длины кондуктора с верхнего его конца.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам эксплуатации скважин (С) в условиях изменяющейся отметки поверхности земли возле устья С. Цель - повышение надежности работы в наклонно-направленных скважинах. Способ включает регулирование натяжения с устья незацементированной части эксплуатационной колонны (ЭК). Последняя подвешена на кондукторе (К). Перед началом и в процессе эксплуатации С производят замер абсолютных отметок положения колонной головки и поверхности земли вокруг С. Затем за ними устанавливают тщательное наблюдение и по их изменению судят о величине натяжения незацементированной части ЭК. Регулирование натяжения ЭК осуществляют путем изменения длины К с его верхнего конца. Для этого из К ниже места подвешивания ЭК удаляют часть тела К. Под действием упругих сил в ЭК происходит смыкание концов к в месте его разреза и с помощью сварки восстанавливают его герметичность. (Л С