Способ изоляции зон поглощения бурового раствора Советский патент 1992 года по МПК E21B33/13 

р

Qo Кн п Ризб , гк

где Кн - начальный коэффициент приемистости пласта (перед проведением изоляционных работ). м3/ч-МПа;

Рн - опрессовочное давление всего пласта перед изоляционными работами при нагнетании жидкости в пласт с расходом Оз м3/ч;

Рк - запланированное конечное опрессовочное давление всего пласта на заключительной стадии нагнетания смеси в пласт с расходом Оз, м3/ч.

Риэб избыточное давление, возникающее в кровле пласта за счет дополнительного сопротивления, МПа.

Кроме того, в способе изоляции зон поглощения бурового раствора в качестве дополнительного сопротивления используют разделительную пробку. Предварительно создаваемое дополнительное сопротивлегде К - конечное значение коэффициента приемистости пласта, при котором обеспе- 40 чивается надежность изоляции.

Взаимосвязь начальной гидродинами- . ческой характеристики пласта - коэффициента приемистости Кн (до проведения изоляционных работ) и ее конечной величи- 45 ны (Кк) после изоляции определяется из выражения:

v -°з

Кн-р

03 Кн Рн .

(3)

где Рн - опрессовочное давление всего пласта перед изоляционными работами при нагнетании жидкости в пласт с расходом Оз:

Решая уравнение (2) относительно Оз и приравнивая соответствующие части (2) и (3), получаем:

W

Поставляя в (1) величину Рк из (2) и заменяя Кк из (4), получим:

Риэб - гГ г

ГН К-Н

(5)

Pk

Из-(2), (3) видно, что отношение -к- в

Н

формуле (5) и Кн являются величинами постоянными относительно конкретного пла- ста при различных расходах нагнетания жидкости в пласт.

Отсюда соотношение (5) представляет собой функцию двух переменных Q и Ризб, где Ризб определяется в основном принци- пом действия и конструктивными особенностями подвижной разделительной пробки, которые наперед заданы и обусловлены условиями в скважине и особенностями пред- стоящей изоляционной работы. Независимой переменной, изменением которой можно реализовать предлагаемый способ, является расход тампонажной смеси Qo, при котором выполняется условие (1).

Отсюда соотношение (5) запишем в еле- дующем виде:

тельную пробку устанавливают в кровле поглощающего пласта. Конструкции подвижных разделительных пробок могут быть различными. Рассмотрим, например, вариант предлагаемого способа с использованием всплывающей самоуплотняющейся разделительной пробки. В рассматриваемом случае избыточное давление (Ризб) создается за счет подъемной (архимедовой) силы. Для создания Ризб необходимо, чтобы средняя плотность всей пробки была меньше плотности жидкости, заполняющей скважину.

Для всплывающей пробки определим Ризб:

Р r Gapx-Gn Уп(уР-Уп) иэб SCKB 0.785- DcW

0.785 -dn -InCyp-yn) 0,785 DCKB

принимая dn DCKB получим:

ур -уп ) ,(7)

Рн -Р « Р7

(6)

где Ризб - избыточное давление, возникающее в кровле пласта за счет дополнительного сопротивления.

Таким образом, выполнение соотношения (6) позволяет задать такой режим нагне- тания смеси в пласт, при котором обеспечивается заполнение приствольной части пласта на определенную глубину, при которой достигается надежная изоляция.

Аналогичных технических решений авторами не обнаружено. Следовательно, данное решение обладает существенными отличиями.

Способ осуществляют следующим образом.

После вскрытия поглощающего пласта проводят гидродинамические исследования с целью определения его характеристики, т.е. начальной величины коэффициента приемистости Кн, а также определения типа тампонажной смеси (в зависимости от Кн) для предстоящих изоляционных работ, и в зависимости от свойств смеси устанавливают величины Рк и Оз (опрессовочный режим). После этого в скважину на бурильных трубах 1 спускают устройство 2 для герметизации кольцевого пространства, например гидромеханический пакер и разделительную пробку 3 (фиг. 1). Разделигде Gapx - масса жидкости, равная объему пробки;

dn. In, Vn,ynpn - соответственно диаметр, длина, объем, плотность и масса пробки;

ур - плотность жидкости, находящейся в скважине;

SCKB, DCKB - соответственно площадь поперечного сечения скважины и диаметр. Подставляя величину РИзб из (7) в (6), рассчитывают расход Qo.c которым тампо- нажную смесь нагнетают в пласт:

|Ј Кур-уп), (8)

После спуска и установки пробки в кровле пласта (фиг. 2) производят распа- керовку гидромеханического пакера 2 и приступают к приготовлению и закачиванию тампонажной смеси в колонну труб. По достижению нижней границы смеси по- движной разделительной пробки 3, расположенной в кровле пласта, расход тампонажной смеси О0 задают в срответст- вии с (8). При этом пробка 3 опускается, открывая верхнюю проницаемую часть пла- ста, в которую начинает поступать смесь. По мере заполнения открытой части пласта смесью давление нагнетания ее увеличивается за счет закупоривания проницаемой породы и повышения сопротивления движению смеси по пласту. Когда давление нагнетания смеси в пласт достигнет величины Ризб в соответствии с (1), всплывающая пробка опускается еще ниже, открывая следующую, неизолированную, часть пласта, в которую начинает поступать смесь.

Так последовательно осуществляется изоляция всего пласта от кровли до подошвы. Причем пласт заполняется в каждой его части тампонажным веществом до получения технологических необходимого давления Рк, т.е. на заданную глубину, что обеспечивает надежность изоляции пласта. При этом исключается преимущественное заполнение подошвенной части.

Момент окончания нагнетания смеси в пласт контролируют по повышению давления нагнетания смеси в пласт на 5-10% по сравнению с Рк, а также по расчетному (запланированному) объему смеси.

По окончании продавки колонну труб с пакером поднимают из скважины, выдерживают время ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента), затем цементный мост, образовавшийся в скважине, разбуривают и исследуют пласт на приемистость для оценки надежности изоляции.

Пример реализации способа.

При бурении скважины диаметром 215,9 мм в отложениях Намюрского яруса в интервале 850-870 м встречена зона полного поглощения. По результатам гидродинамических исследований коэффициент приемистости пласта составил м3/ч МПа.

В качестве разделительной пробки может быть использована пробка из облегченного материала плотностью 500 кг/м длиной 10 м и диаметром 205 мм. В верхней части пробки закреплены резиновые уплот- нительные манжеты наружным диаметром 216 мм.

Для ликвидации поглощения приготовили тампонажную смесь на основе 10 т цемента с добавками до 5% крупноразмерных наполнителей и 10% бентонита. Для данного типа смеси и начальной приемистости пласта м3/ч.МПа) критерию надежности изоляции удовлетворяет МПа при м3/ч. По данным исследований при м3/ч ,1 МПа.

По формуле (8) определяем расход там- понажной смеси Q0 при ее нагнетании в пласт, который должен составить не менее 0,5 мэ/ч.

()

0,1

10 150 - 10 (1500 - 500) 0,5 MJ/M

где 10 - переводной коэффициент, учитывающий размерности величин в формуле (8). Плотность жидкости (ур). в которой находится пробка, в расчете приняли равной плотности бурового раствора, зэполняющего скважину.

Технологический процесс осуществляют следующим образом.

В скважину спускают разделительную пробку и доставляют ее к кровле пласта

путем проталкивания по скважине колонной бурильных труб, на конце которой установлен гидромеханический пакер.

После этого колонну труб с пакером приподнимают и запакеровывают пакер на

глубине 800 м. Затем приступают к приготовлению и нагнетанию в трубы тампонаж- ной смеси. По мере нагнетания смеси вытесняемый буровой раствор, находящийся в колонне труб и подпакерной зоне, поглощается верхней частью изолируемого пласта. При этом пробка находилась чуть ниже кровли, т.е. этот процесс осуществляется при давлении, меньшем Рк. После подхода тампонажной смеси, к кровле пласта режим ее нагнетания, т е. расход, установили в соответствии с расчетом, т.е. на уровне 4 м /ч. что удовлетворяет условию расчета. После откачки расчетного объема продавочной жидкости давление нагнетания повышается до 3,5 МПа, что служит сиг- налом окончания процесса изоляции. Колонну бурильных труб с пакером поднимают из скважины и после выдержки времени ОЗЦ разбуривают цементный мост в

интервале 820-880 м. Поглощение ликвидировано.

Технико-экономические преимущества описанного способа изоляции зон поглощения бурового раствора по сравнению с известным заключаются в сокращении расхода тампонажных материалов и времени изоляционных работ. Указанные преимущества достигаются за счет последовательного заполнения поглощающего пласта от кровли до подошвы тампонажным материалом и исключения необходимости проведения дополнительных изоляционных работ.

Формула изобретения

Способ изоляции зон поглощения бурового раствора, включающий спуск заливочных труб и нагнетание тампонажной смеси

в пласт, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности изоляционных работ за счет последовательного заполнения4 поглощающего пласта тампонажной смесью, начиная от его кровли и до подошвы, создают дополнительное сопротивление нагнетаемой тампонажной смеси путем размещения в кровле поглощающего пласта до нагнетания последней разделительной пробки, при этом расход нагнетаемой смеси определяется соотношением:

Qo Кн Риэб. .

ГК

Г . Т

0

где Кн начальный коэффициент приемистости пласта (перед проведением изоляционных работ), м3/ч-МПа;

Рн -опрессовочное давление (МПа) всего пласта перед изоляционными работами при нагнетании жидкости в пласт с расходом Оз м3/ч;

Рк - запланированное конечное опрессовочное давление (МПа) всего пласта на заключительной стадии нагнетания смеси в пласт с расходом Оз м3/ч;

Ризб.-избыточноедавление, возникающее в кровле пласта за счет избыточного сопротивления, МПа.