Способ определения состояния ствола скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B47/10 

ё

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности при вскрытии пластов и цементировании скважин. Сущность изобретения: в открытом стволе скважины измеряют скорости деформации стенок скважины, а в качестве акустического параметра - периоды шумозых колебаний, по соотношению которых определяют коэффициент К пропорциональности. Затем в обсаженном стволе скважины измеряют периоды шумовых колебаний, по которым с учетом найденного коэффициента пропорциональности выделяют неустойчивые интервалы ствола скважины. 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при бурении и заканчивании скважин.

Известен способ определения состояния ствола скважины, основанный на выделении неустойчивых пород по уменьшению в них скоростей продольных волн после вскрытия, оцениваемого путем многократных (временных) замеров акустического каротажа.

Однако уменьшение скоростей продольных волн, как правило, обусловлено в основном разгрузкой приствольной зоны после вскрытия пластов и вовсе не однозначно связан у с возможной в дальнейшем неустойчивостью пород, вызванной, например, их ползучестью. Отсюда недостатком способа является непредусмотренность в нем оценки скорости радиальной деформации стенок скважины, являющейся главным критерием устойчивости состояния ствола скважины.

Ближайшим прототипом является способ определения состояния ствола скважины, основанный на измерениях отношения пределов прочности пород по данным электрического и акустического каротажа. Однако и этот способ не предусматривает оценки скорости радиальной деформации ствола скважины. Снижение же предела прочности пород, вычисленной по соответствующему снижению скорости продольных волн в зоне разгрузки по сравнению с пределом прочности по электрическому каротажу с радиусом исследования 1-2 м, т.е. в нетронутом массиве, не дают полных представлений о напряженном состоянии и динамике упру- гопластических деформаций околоскважин- ного пространства.

N

XI

ел ел ел

GO

Таким образом, оба известных способа не позволяют в полной мере определять состояние ствола скважины и, следовательно, успешно осуществлять заканчивание скважины, в частности, выбор оптимальной технологии цементирования скважины.

К тому же, прототип реализуется при проведении акустического каротажа по истечении весьма длительного времени релаксации в породах, которое не менее 7,5 сут.

Целью изобретения является снижение трудоемкости и повышение эффективности за счет определения состояния ствола скважины, обсаженного колонной труб,

Для этого в открытом стволе скважины определяют скорости деформации стенок скважины, в качестве акустического параметра измеряют периоды шумовых колебаний, по соотношению которых определяют коЗффициент К пропорциональности из выражения:

к--г

I т т/т I п - 1/ I п

где Vn-1, Vn - скорости деформаций, стенок скважины в п-1 и п измерениях;

Тр-1, Тп - периоды шумовых колебаний соответственно в п-1 и п измерениях, затем в обсаженном стволе скважины измеряют периоды шумовых колебаний, по которым с учетом найденного коэффициента пропорциональности выделяют неустойчивые интервалы ствола скважины.

Существенным отличием предлагаемого способа от известных является возможность более оперативного и надежного выделения неустойчивых интервалов как в открытом, так и в обсаженном стволе скважины по установленной зависимости скорости радиальной деформации стенок скважины от периода шумовых колебаний или акустической эмиссии, возникающей в неустойчивых породах,

На фиг. 1 приведен график зависимости периода Т регистрируемых шумовых колебаний от скорости V радиальной деформации стенки скважины по каверномеру в интервалах глинистых терригенных пород (через 0,1 и 3 ч - точки А и AI, через 8ч- точка Б, через 5 сут - точка В, через 25 сут - точка 1); на фиг. 2 - диаграмма периодов шумовых колебаний, зарегистрированных на точках после спуска обсадной колонны в интервалах глинистых пород, перекрытых колонной.

Способ реализуется следующим образом.

0

5

В скважине, пробуренной в терриген- ном разрезе на глубину 2900 м, произвели измерения скорости V деформации стенок с помощью каверномера КМ-2 и периоды шумовых колебаний Т акустическим шумоме- ром АКИ-36-7, Так, в пласте глинистого алевролита в интервале 2793-2802 м по разности диаметров, измеренных после промывки скважины через 0,1 и 3 ч, скорость Vi деформации стенки составила в точке А на фиг. 1 0,4-10 м/с. При этом период шумов Т0 350 мкс в точке AI (через 0,1 ч) возрос до TI 600 мкс в точке А (через 3 ч). Через 8 ч период шумовых колебаний возрос до Jz 750 мкс, а скорость Va снизилась до 0,1-10 м/с. По полученным данным вычислен коэффициент пропорциональности К из следующего соотношения:

-6

20

К

Уп - 1/Vn V1/V2

тп - 1/тп TVtT

5

0

5

0

5

0

5

(0,4/0,1 ) 5 600/750)-

который затем использован для определения скорости деформации стенки скважины и степени ее неустойчивости в любое время после промывки ствола скважины.

Таким образом, значение скорости V0, например, в предыдущей (начальной) точке AI (т.е. при п 1} равно: V0 Vn-i Vn -К- Tn-i/Tn 0,4 -10 6 5 350/600 «1,16 -10 6 м/с, а значение скорости /з в последующей точке В (при п 3): V3 Vn (V,,-i/К) -(Tn/Tn-i) (V2/K)-(T3/T2) (0,1 ) (1000/750)- -0,027-10 6 м/с.

Дальнейшие временные измерения V ч Т с интервалами, приближающимися к временам релаксации (через 5 сут в точке В и через 25 сут в точке Г), целесообразно проводить лишь в контрольной скважине после обсадки ее колонной труб. При этом период шумовых колебаний в околоскважинном пространстве массива пород не изменяется, т.к. незацементированная колонна свободна и практически не мешает деформированию стенок скважины вплоть до смыкания заколонного пространства. Сама колонна как частотный фильтр практически прозрачна для шумовых колебаний с периодами 350-1000 мкс (2,85-1,0 кГц), т.к. собственная частота радиального резонанса ее, как правило, выше , например, при диаметре 146 мм равна 12 кГц (период 83,5 мкс),

После тщательной промывки заколон- иого пространства глинистым раст-вором (перед его цементированием) в интервале

2790-2812 м, включающем вышеисследованный в открытом стволе пласт глинистого алевролита, проведены повторные измерения периодов шумовых колебаний с шагом 2 м (фиг. 2). Характерно, что почти сразу (через 0,1 ч) после промывки значения периодов в пласте 2793-2802 м находятся в пределах 350-400 мкс и близки к значению периодов в открытом стволе с той же задержкой (0,1 ч) после промывки. Следователь- но, и вычисленная скорость деформации VoM м/с близка к первоначальной скорости в открытом стволе. Таким образом, установленное значение коэффициента К в открытом стволе скважины может быть использовано для выделения в ней других неустойчивых интервалов, перекрытых обсадной колонной.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа обусловлена более ускоренным, точным и надежным определением скоростей деформации стенок скважины и, следовательно, выделения в ней неустойчивых интервалов как в процессе бурения, так и при заканчивании скважины. Так, найденное значение скорости деформации стенки (1 10 м/с) приведет к полному перекрытию кольцевого зазора в заколонном пространстве скважины диаметром 214 мм, обсаженной колонной диа- метром 146 мм, через 10 ч. т.е. через достаточное время для цементирования. При весьма неустойчивых породах скорость деформации может достигать 5 -10 м/с и выше (Т 200 мкс), смыкается через 2 ч и ранее после промывки. Безусловно, что этого времени недостаточно для цементирования всего ствола глубокой скважины. Однако известные значения времени и местоположения смыкания позволяют прове-

сти расчет ступенчатого (поэтапного) цементирования заколонного пространства - сначала до неустойчивого пласта, а затем после ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) и перфорации колонны над этим пластом - до устья скважины. В конечном итоге этот расчет позволяет избежать возможного оставления затвердевшего цемента в трубах и необходимости его последующего разбури- вания.

Формула изобретения Способ определения состояния ствола скважины, включающий проведение многократных измерений акустических параметров по открытому стволу скважины и определение состояния ствола скважины, о тличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и повышения эффективности за счет определения состояния ствола скважины, обсаженного колонной труб, одновременно в открытом стволе скважины определяют скорости деформации стенок скважины, в качестве акустического параметра измеряют периоды шумовых колебаний, определяют коэффициент пропорциональности К из выражения

„frn-1/Vn).

чЛТп-1/Тп/

где Vn-1, Vn - скорости деформаций стенок скважины в п-1 и п измерениях;

Тп-1, Тп - периоды шумовых колебаний соответственно в п- и п измерениях, затем в обсаженном стволе скважины измеряют периоды шумовых колебаний, по которым с учетом-найденного коэффициента пропорциональности выделяют неустойчивые интервалы ствола скважины.

4

Ti (I| I It IJ TlFi 11 Т 1 I

fOOO 2000

Период шумоё,мкс Фиг. 1

-1000 3

f-

§ 500

Оч

со tr

2790

2800 DlVBHHA.M

Фиг.2

0,6

О

п-

1200 2400 3600

Время после ПРОМЫВКИ, с

Фиг. 3

2810

п-

2400