Способ гидродинамического контроля проводки скважин

 

СПОСОБ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПРОВОДКИ СКВАЖИН, включающий измерение давления промывочной жидкости и ее дифференциального рас хода при сменах перепада давления на пласт, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа I и повьштения точности определения Дифференциального давления при сокращении сроков гидродинамического контроля , смену перепада давления осуществляют путем, изменения гидравлического сопротивления затрубнрго пространства, а давление промывочной жидкости измеряют на манифольде буровых насосов, причем дифференциальное давление находят из формулы I (PнгPнгV Q, A«f iQ,-u(J. и Рц - давления на манифольгде Р, HI де при первом и втором перепаде давления , МПа; uQ и лОд - дифференциальный рас (Л ход жидкости при первом и втором перепаде давления, л/с.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) 01) ЗЮ1) Е 21 В 47 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬППФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3621017/22-03 (22) 11.07.83 (46) 30.10.84. Бюл. У 40 (72) С.Г.Фурсин и Б.Л.Александров (71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро промысловой геофизики (53) 622.276.53(088.8)

{56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 186915, кл. E 21 В 47/00 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

У 832081, кл. E 21 В 47/06, 1976.

>(54) (57) СПОСОБ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО

КОНТРОЛЯ ПРОВОДКИ СКВАЖИН, включающий измерение давления промывочной жидкости и ее дифференциального расхода при сменах перепада давления на пласт, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повьппения точности определения дифференциального давления при сокращении сроков гидродинамического контроля, смену перепада давления осуществляют путем. изменения гидравлического сопротивления затрубного пространства, а давление промывочной жидкости измеряют на манифольде буровых насосов, причем дифференциаль" ное давление находят из формулы

Ф (PH1 н2) i Q1 р г

Аиср

° е где Р и Р— давления на манифольн, н де при первом и втором перепаде давления, MIIa

ЬЯ, и ЬЯ вЂ” дифференциальный рас" ход жидкости при первом и втором перепа- С де давления, л/с.

Ф

° а

1121409 изобретение относится к бурению глубоких скважин и может быть исполь"1 зовано при гидродинамическом контроле проводки скважин с целью оперативной оптимизации процесса механического бурения особенно при проходке высокопроницаемых пластов с отличным от нормального пластовым давлением.

Известен способ гидродинамического контроля проводки скважины, включающий измерение дифференциального расхода промывочной жидкости, характеризующего интенсивность поглощения или притока жидкости в системе скважина — пласт. Отклонение измеряемого расхода от нулевого значения указывает на отсутствие баланса между пластовым и забойным

1О

45 давлением, т.е. неравенство нулю 20 дифференциального давления, и используется для оперативной корректировки забойного давления путем изменения плотности или расхода промывочной жидкости с целью приведения гидродинамической системы в новое устойчивое состояние, необходимое для проведения работ по дальнейшему углублению скважины (1) .

Недостатком этого способа является низкая его точность, что объясняется невозможностью количественной оценки дифференциального давления, Этот способ позволяет определить только направление перетока флюида, т.е. знак дифференциального

35 давления в системе скважина — пласт, что ведет к созданию неправильной величины дифференциального давления — больших депрессий и репрессий на пласт. Это, в свою очередь, ве40 дет к осложнениям при проходке проницаемых пластов, некачественному их вскрытию и к невозможности оптимггэации процесса механического бурения скважины.

Известен также способ гидродинамического контроля проводки скважин, основанный на определении пластового давления и включающий измерение при циркуляции забойного давления промывочной жидкости и ее дифференциального расхода при сменах перепада давления на проницаемый пласт режимах фильтрации, создаваемых путем изменения или гидростатической, или динамической составляющей забой ного давления. Этот способ позволяет количественно оценивать дифференциальное давление путем вычисления алгебраической суммы пластового и забойного давлений (2$ .

Недостатком способа является его сложность и длительность процесса определения дифференциального давления, что объясняется необходимостью измерения давления промывочной жидкости на забое скважины. Забойное давление может быть определено и расчетным путем с использованием дополнительно измеряемых параметров на устье скважины — плотности промывочной жидкости, геометрических размеров скважины и бурильного инструмента и коэффициентов потерь динамического давления в циркуляционной системе скважины. Однако это также усложняет способ. В этом случае большая погрешность расчета забойного давления (h3-57.) снижает соответственно точность определения пластового, а следовательно, и дифференциального давлений. При этом абсолютная ошибка в оценке дифференциального давления может превысить допустимую погрешность (3 МПа) в

2-3 и более раза.

Цель изобретения — упрощение способа и повышение точности определения дифференциального давления при сокращении сроков гидродинамического контроля.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу гидродинамического контроля проводки скважин, включающему измерение давления промывочной жидкости и ее дифференциального расхода при сменах перепада давления на пласт, смену перепада давления на пласт осуществляют путем изменения гидравлического сопротивления эатрубного пространства, а давление промывочной жидкости измеряют на манифольде буровых насосоа причем дифференциальное давление находят иэ формулы где 1 и 11 — давления на манифольН1 2 де при первом и втором перепаде давления, МПа, Ь g1 и 0 Я2 — дифференциальный расход жидкости при первом и втором перепаде давления, л/с.

Предлагаемый способ в отличие от известного Йозволяет определять дифференциальное давление без необходимости измерения как забойного, так и пластового давлений, причем по меньшему числу параметров, из.меряемых на устье скважины. Это существенно упрощает гидродинамический контроль проводки скважин в коллекторах.

По аналогии с известным способом, используя закон Дарси для двух режимов фильтрации, имеем

1121409 4

В известном способе режим фильтра-. ции (перепад давления) меняют путем изменения или плотности промывочной жидкости, или ее расхода. При этом

5 изменяется как гидростатическая составляющая забойного давления (Р )

CT)так и составляющая потерь напора внутри бурильного инструмента (Р ) что ведет к необходимости либо пря4 мых замеров забойных давлений, ларбо их определений расчетным путем через ряд дополнительно измеряемых параметров на устье скважины, а также к необходимости определения абсолют15 ных значений составляющих.дифференциального давления.

В предлагаемом способе плотность и расход пр6мывочной жидкости при измерении не изменяют, что обеспечивает постоянное давление P и Р „

20 ст и"

При этом режим фильтрации меняют путем изменения только динамической составляющей давления P (P3 или P )

v 3 " о причем в отличие от известного спосо25 ба ее изменяют таким образом чтоУ бы остальная часть потерь динамического напора(Р„) при разных режимах была бы одинаковой. Последнее достигается изменением местного гидравлического сопротивления в затрубном

30 пространстве, например, путем штуцирования выходного потока и изменения потерь Р или путем отрыва долота: от забоя и изменения потерь Р . И в о том и в другом случае изменяется

35 только динамическая составляющая

Р„ забойного (дифференциального ) давления при постоянстве всех остальных составляющих давлений в скважине.

Это, в свою очередь, позволяет oripe40 делить приращение дифференциального давления на изменяемую величину(gР

Ч путем прямого замера давления промывочной жидкости на манифольде при смене режимов фильтрации

45 Ч 4м Р Ам Р % И

Тогда, используя уравнения (1) и введенное условие смены режимов (2), непосредственно определяют искомое дифференциальное давление

50 р (Рн -Р 2 ьд

*И AQUA- kgb (3) Давление, измеряемое на манифольде,(Рн), определяется через сумму потерь напора следующим образом:

Рм Ртр +Paoñ òPÇ Pо

Ртр Рло Рм

PH — -Ри+Р„, где P — постоянные для данного

1аст расхода и параметров промывочной жидкости потери напора в насадках долота, турбобуре (если он имеется} и обвяэка насосов, Р— потери напора в трубах для данной глубины;

P> — суммарные потери напора внутри бурильного инструмента в целом;

Р„ — суммарные потери напора в затрубном пространстве в целом (динамическая составляющая забойного, а следовательно, и дифференфциального давления).

Kg(М РДм(р "92

1где Р „и1 м,Р— перепад давлений диф 2 ференциальное давле— ние) соответственно при первом и втором ре жиме фильтрации; — коэффициент пропорциональности (приемистости) .

В общем случае дифференциальное давление равно

РАм р Рст Р Ро Рпл, где P — гидростатическое давление

Ст столба жидкости на забое, P — потери напора в затрубном пространстве;

P — потери напора под долотом за счет близости забоя (стеснения потока);

Р„„ — пластовое давление.

Амур АиФ М

Дальнеишие работы по углублению скважины проводят с учетом рассчитан55 нои по соотношению (3) величины дифференциального давления.

Изменение давления P путем как

Ч штуцирования потока, так и отрыва

1121409 и-3а— Подписиое д,.ул.Проектная, 4 долота от забоя возможно проводить независимо от направления перетоков жидкости в системе скважина — пласт„ а использование варианта отрыва долота от забоя не снижает оператив5 ности способа, так как известный способ также требует прекращения углубления скважины после смены режима фильтрации для обеспечения постоянства коэффициента (К) в системе уравнений (1) .

Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известным является большая его точность. Изменение давления на манифольде насосов (P« -Рп может быть измерено с меньшей погрешностью, чем абсолютные значения забойного давления. Кроме того, в известном способе погрешность вычисления дифференциального давления равна сумме погрешностей определения забойного и пластового давлений.

Способ осуществляется следующим образом.

Измеряют установившуюся величину дифференциального расхода {gQ<) и давления на манифольде (Р ) при поглощении промывочной жидкости или притоке флюида при проходке коллектора в оежиме, обусловленном общим

ЗС регламентом бурения, т.е. заданным проектом бурения и условиями проходки. Меняют режим бурения (фильтрации), не изменяя динамические потери напора внутри бурильного инструмен- З5 та, например, путем штуцирования выходного потока жидкости и создания избыточного давления на устье скважины. Вновь измеряют на этом режиме установившуюся величину диф- 4О ференциального расхода {an <) и давления на манифольде (Р„ )при поглощении промывочной жидкости или притока флюида при проходе коллектора в новом режиме. Величину дифференциаль- 45 ного давления рассчитывают по соотношению

{Р}1 -Р„, 2 ь g }}

Ц2

Если рассчитанная величина дифференциального давления соответствует оптимальному, близкому к нулю, значению, то бурение скважины родолжают в прежнем режиме до глубины следующего по разрезу интервала притока или поглощения. В противном случае предварительно изменяют режим бурения, добиваясь баланса забойного и пластового давлений. Аналогичным образом проводят измерения для всех последовательно вскрываемых интервалов притока или поглощения, осуществляя тем самым гидродинамический контроль проводки скважины в коллекторах.

Пример. При поглощении промывочной жидкости первый режим фильтрации характеризуется следующими величинами:

Р„ =16 МПа и (» =0,23 л/с, второй

P„ =17,5 МПа и g g =0,5 л/с, я z

Величина дифференциального давления (в данном случае репрессии ) равна (16-17 51 0 23

Р— --- - - > 1,28 МПа, " Р 0,23-0,5

Рассчитанная репрессия {1,28 МПа) является оптимальной — бурение продолжают в прежнем режиме до глубины следующего по разрезу интервала притока или поглощения.

Использование предлагаемого спо-соба позволяет проще и точнее контролировать процесс бурения глубоких и сверхглубоких скважин путем прямой оценки разбалансировки забойного и пластового давления, что повышает технику безопасности при геологоразведочных работах, уменьшает вероятность загрязнения окружающей среды, а также способствует оптимизации процесса бурения в целом

Технологическая эффективность способа заключается в возможности поддержания более устойчивого гидродинамического равновесия в системе скважина — пласт и обеспечения проводки скважины в более сложных геологических условиях, например в высокопроницаемьгх трещиноватых пластов с аномально высоким пластовым давлением.

Экономическая эффективность способа определяется сокращением затрат на ликвидацию осложнений, а оптимальный режим бурения на равновесии позволяет увеличить скорость проходки, сэкономить буровой инструмент и материалы, а также повысить достоверность выделения и оценки промьппленной ценности коллекторов нефти и газа и улучшить их освоение.