Способ определения параметров газированной пачки,движущейся в кольцевом пространстве газопроявляющей скважины

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗИРОВАННОЙ ПАЧКИ, ДВИЖУЩЕЙСЯ В КОЛЬЦЕВОМ ПРОСТРАНСТВЕ ГАЗОПРОЯВЛЯЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ, включающий возбуждение на устье скважины упругой волны и определение-положения верхней границы раздела газ - жидкость по скорости распространения упругих волн и времени прихода отраженной волны, отличающийсятем, что, с целью повышения точности способа определения параметров газированной пачки, измеряют время прихода отраженной волны от нижней границы раздела газ - жидкость и текущее значение увеличения объема промывочной жидкости в приемных емкостях, после чего определяют положение нижней границы раздела газ - жидкость, размеры и среднее газосодержание газированной пачки, а по разнице времени и положению пачки между двумя замерами определяют скорость ее подъема.

COIO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(5!1 E 21 В 47/00

1 ()

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЭОЬРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3638567/22-03 (22) 31.08.83 (46) 15.05.85. Бюл. 9 18 (72) С.Д.Цейтлин, В.И.Иванников ч А.А..Савенков (53) 622. 243. 144(088.8) (56) 1. Иетодика глушения скважин при газонефтеводопроявлениях.

М., Миннефтепром, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

У 646720, кл. Е 21 В 47/00, опублик. 1979.

3. Линдтрои Н.Т. Исследование уровней в скважинах методом упругих волн. И., Гостехиздат, 1946, с. 14-24.. (54)(57) СНОС08 ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗИРОВАННОЙ ПАЧКИ, ДВИЖУЩЕЙСЯ

В КОЛЬЦЕВОИ ПРОСТРАНСТВЕ ГАЗОПРОЯВЛЯЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ, включающий возбуждение на устье скважины упругой волны и определение положения верхней границы раздела газ — жидкость по скорости распространения упругих волн и времени прихода отраженной волны, о т— л и ч а ю шийся . тем, что, с целью повышения точности способа определения параметров газированной пачки, измеряют время прихода отраженной волны от нижней границы раздела газ — жидкость и текущее значение увеличения объема промывочной жидкости в приемных емкостях, после чего определяют положение нижней границы раздела газ — жидкость, разме— ры и среднее газосодержание газированной пачки, а по разнице времени и положению пачки между двумя замерами определяют скорость ее подъема.

1155730

Изобретение относится к области исследования нефтяных и газовых скважин при бурении v. может быть испольовано для предупреждения и ликвидании газопроявлений при бурении скважин.

Известен способ для обнаружения газа в кольцевом пространстве бурящейся скважины и определения параметров образовавшейся после закрытия превентора и создания противодавления на газопроявляющий пласт газированной пачки, основанный на измереI нии изменения объема промывочной жидкости в емкостях и давления на устье скважины 1 ).

Основным недостатком этого способа является его низкая точность, что связано с принимаемым при определении положения, длины и скорости всплы-> тия газированной пачки рядом предположений. Так, полагают, что гаэопроявление начинается на забое скважины в момент обнаружения увеличения объема промывочной жидкости в емкостях. В действительности газ может поступать иэ любого промежутка необсаженной части скважины или в сЛучае его высокой растворимости (Н p СО ) может начать выделяться 3Q из промывочной жидкости в любой части кольцевого пространства скважины, где давление становится меньше давления насыщения. Кроме того, способ не позволяет определить действитель- 3g ное газосодержание гаэожидкостной пачки, так как при его использовании в каждый момент времени известен лишь общий объем нерастворенного газа в скважине (величина перелива Ф) в емкостях). В связи с этим все необходимые для глушения скважинь. расчеты делаются в предположении, что газ в кольцевом пространстве скважины движется в виде сплошного пузыря. Все эти предположения могут привести к. значительным ошибкам в определении параметров газированной пачки, всплывающей в кольцевом просТранстве газопроявляющей скважи- go ны, что в свою очередь может привести к ошибке при опредении максимально допустимых давлении на устье и забое скважины, времени выхода газа из скважины, давления в местах 55 возможного гидроразрыва пластов и в конечном счете к увепичению риска возникновения открытого выброса и фонтана или к неоправданной ликвидации дорогостоящей скважины.

Известен также способ обнаружения н оперативного контроля за гаэопроявлением в бурящейся скважине, основанный на имерении разницы прихода упругой волны, возбуждаемой на забое и фиксируемой датчиками давления, установленными на устье в бурильных трубах и кольцевом пространстве (23.

Недостаток способа связан с предположением, что газ поступает с забоя в момент его обнаружения, в то время как он может начать выделяться в любой части кольцевого пространства скважины,.где давление меньше давления насыщения растворенного газа.

Кроме того источник возбуждения упругих колебаний в жидкости находится на забое и поэтому для его работы необходимо постоянно осуществлять промывку скважины. Забойное расположение источника упругих волн приводит также к трудностям, связанным с выделением полезного сигнала на устье кольцевого канала скважины, так как нижняя граница газированной пачки отражает большую часть энергии, воэбуждаемой на забое упругой волны.

При этом по мере прохождения сквозь газированную жидкость сигнал заметно затухает и испытывает дополнительное ослабление. Кроме того, для реализации способа необходимо наличие бурильных труб в скважине, в то время как газопроянления часто происходят в процессе спуско-подъемных работ, когда все или часть бурильных труб подняты из скважины. Способ нельзя также реализовать в случаях, когда в бурильных трубах установлен обратный клапан, который ставится сразу при обнаружении начала газопроявления. Таким образом, данный способ не позволяет фактически определять скорость всплытия газированной пачки, а также при определении ее положения, размеров и гаэосодержания может давать большую и недопустимую погрешность °

Наиболее близким по технической сущности к данному является способ, заключающийся н возбуждении на устье скважины упругой волны и определении границы раэдела гаэ — жидкость по скорости распространения упругих волн и времени прихода отраженной волны от гранины раздела (3 1.

1155730

К недостаткам известного способа относится то, что возбуждение упругой волны производится в газе, что не позволяет получить информацию о .наличии других границ раздела ниже. верхней границы газ — жидкость, так как энергия зондирующего сигнала пропорциональна плотности среды, в которой упругая волна распространяется. На устье скважины газовая 10 среда обычно имеет плотность на три порядка ниже, чем промывочная жидкость, т.е. энергия возбузждаемой упругой волны в жидкости на три порядка выше, чем s газе. Другие недостат — 15 ки известного способа: возбуждение ударных волн в среде горючих газов может привести к взрыву; скорость распространения упругих волн в газе существенно зависит от давления и, следовательно, изменяется в зависимости от глубины скважины, что снижает точность определения местонахождения границ газ — жидкость, в промывочной жидкости скорость распространения упругих волн практически не меняется с глубиной; способ не позволяет определять такие параметры, как скорость всплытия газированной пачки и сте- пень ее газонасыщенности. 30

Цель изобретения — повышение ! точности определения параметров газированной пачки, движущейся в кольцевом пространстве газопроявляющей скважины.

Поставленная цель достигается тем, что способ определения параметров газированной пачки, движущейся в кольцевом пространстве газопроявляющей скважины, включающий возбуждение О на устье скважины упругой волны и определение положения верхней границы раздела. газ — жидкость по скорости распространения упругих волн и времени прихода отраженной волны, 4> измеряют время прихода отраженной волны от нижней границы раздела газ жидкость и текущее значение увеличения объема промывочной жидкости в приемных емкостях, после чего определяют положение нижней границы раз дела газ — жидкость, размеры и среднее газосодержание газированной пачки, а по разнице времени и положению пачки между двумя замеРами определяют скорость ее подъема.

Способ осуществляется следующим образом.

На устье кольцевого пространства скважины путем быстрого изменения площади сечения канала, отводящего промывочную жидкость из-под превентора, возбуждают волну давления, интенсивность которой зависит от соотношения начальной и конечной площадей сечения канала. Эта волна, амплитуда которой может достигать нескольких атмосфер, а фронт которой должен быть много меньше полной фазы гидроудара (ь М2с /С ), устремпяется вниз по кольцевому пространству скважины со скоростью (С ), которую с большой степенью точности можно определить и которая почти не меняется по глубине скважины. Дойдя до верхней грани-. цы газированной пачки, волна частйчно отражается с коэффициентом отражения равным

m — и

K= ——

m+n

Р х С, где m= п= ††; р„ С„ удельные плотности промывочной жидкости и газожидкостной смеси;

С вЂ” скорость звука в газожидкостной смеси.

Обычно при газосодержаниях представляющих интерес для практики величина К близка к единице, т.е. происходит значительное отражение от верхней границы газированной пачки. Отражение происходит и от нижней границы газированной пачки.

На устье скважины с помощью безинерционного датчика давления фикси1 руют времена прихода отраженных

o1 верхней (41) и нижней (4 ) границы газированной пачки волн и по скорости распространения возмущения в промывочной жидкости определяют положение верхней границы пачки х,=С 4 2. (2)

Определяя новое положение верхней границы х через фиксированный про2 межуток времени (ЛФ), определяют скорость ее всплытия х1- х2 (3)

Для определения длины газированной пачки (Н.„) и ее среднего гаэосодержания 4. ) измеряют текущее значение объема перелива в емкостях (p9).

Зная значение площади сечения кольцевого пространства скважины, 1155/30

ЬЧ зн„ I5 а4Ч

2 где

40

3 соответствующее положению гаэирован ной пачки з =5(х,,), можно выразить среднюю величину газосодер.кания в ней как

4Ч (5

2 1

5с„,„

2 учитывая,что для определения скорости звука в гаэожидкостной смеси с достаточной для практики точностью 10 можно пользоваться приближенным выражением где давление Р может быть. выражено (при х, ) Нд) как

С 1„

p . ", ((,} находят иэ (4) с учетом (5), (6) среднюю величину газосодержания газожидкостной пачки через ранее изме25 ренные величины „4» 4Ч, 4

1„4

Зная величину газосодержания, а следовательно, и скорость распространения упРугих возмущений в ней .

С находят длину газированной пач ю ки и

Р =C

В случае, когда ее длина достигает нескольких сот метров, можно уточнить величину гаэосодержания и длины газированной пачки, повторив расчет с более точным значением давления в ней

СФ 1 =У ф — р (1- ) 6„/2

Основным достоинством данного 5о способа является возможность доста" точно точно определять положение верхней границы газированной пачки независимо от места ее появления.

По скорости подъема также можно 55 судитъ о виде флюида, вторгнувшегося, в ство-. скважины, что особенно важно в ".лучае, когда нельзя осуществить ее полную первоначальную герметизацию и определить вид флюида известным способом.

На фиг. 1 изображе .а схема скважины и расположения отдельных узлов, необходимых для реализации способа; на фиг. 2 — временная зависимость, снимаемая с датчика давления, расположенного на устье кольцевого пространства скважины, при различных положениях и размерах газированной пачки.

Основными элементами схемы (фиг ° 1) являются бурильные трубы 1, скважина 2, газированная пачка 3, превентор 4, датчик давления 5, регистрируюшее устройство с преобразователем аналог — код 6, микро-ЗВИ 7, быстродействующий клапан 8, блок управления 9, управляемый штуцер 10, емкости ii с буровым раствором и устройством, измеряющим уровень в них.

Быстродействующий клапан 8 срабатывает под действием блока управления 9, резко изменя площадь проходного сечения канала, соединяющего кольцевое пространство скважины 2 с буровыми емкостями 11. Возникшая при этом волна давления устремляется вниз по кольцевому пространству скважины и частично отражается от верхней и нижней границы газированной пачки 3.

Датчик давления 5 фиксирует пришедшие отраженные волны давления, общий характер которых изображен на фиг. 2, Регистрирующее устройство 6 выделяет временные промежутки и одновременно определяет величину изменения объема в буровых емкостях 11. Преобразованные в виде чисел они поступают в микро-3ВН где с помощью встроенной в нее программы они используются для определения расстояния газированной пачки до устья, ее длины и среднего газосодержания в ней. Определяя аналогично новое ее положение, через фиксированный промежуток времени вычисляется скорость ее подъема. Полученные результаты высвечиваются в удобном виде на дисплее микро-ЭВИ 7, а также используются для проведения последующих технологических расчетов, в частности для определения давления в канале и на забое скважины, ожидаемых максимальных величин давления на устье и под баю яком обсадкой колонны, 1155730 времени ожидаемого появления газа на устье и в выработке общей стратегии ликвидации газопроявления.

8 1 8 с

10 2,5 58 ° 1300 10

4 = — — 0 356.

А 1+A

На фиг. 2 показано три варианта изменения давления во времени (из численного решения соответствующей задачи о распространении ударных возмущений в кольцевом канале скважины, содержащей газированную пачку, при различном ее расположении и длине, с учетом эффектов затухания и отражения).

В качестве примера рассмотрим

15 скважину глубиной 5000 м 5 0,01 м, в которой на расстоянии 3750 м от устья находится столб газированной жидкости длиной 500 м (решение представлено на фиг. 2 кривой 1) с о =

0,35. Изменение проходного сечения с 0,01 м до 0,0003 м . эа 0,1 с вызвало возникновение волн давления 6 -10 IIa. Момент времени E„ =5,8 с

5 (фиг. 2) соответствует приходу отраженной волны от верхней границы газированной пачки. Учитывая, что скорость звука в данной промывочной жидкости принималась равной 1300 и/с, по формуле (1) легко определить

30 расстояние х„=3770 м. Далее определим давление в газированной пачке (плотность раствора принималась равной, у =1500 кг/мз ) Р=р g х =

Ф, 565 ° 10 Па. Как следует из фиг. 2, время 1 =-8, 3 с . Объем перелива в .емкостях, соответствующий времени измерения, принимался равным. АЧ=

1,8 м . Рассчитаем величину среднего газосодержания в пачке

Определим скорость распространения упругих возмущений и длину газированной пачки

04 м/с;

"и Cãæ (42) /2=510 м

Полученный результат хорошо согласуется с действительно заданными в модели параметрами с точностьюь 57..

Пересчет с поправкой давления дает еще более близкий к принятому результат.

Данный способ и его реализация позволит сделать более безопасным глубокое бурение в условиях минимальной репрессии на пласт, которое может значительно увеличить коммерческую скорость проходки скважин, улучшить геологическую эффективность разведочного бурения и уменьшить риск загрязнения экологической среды, так как в случае возникновения газопроявления предполагаемый способ значительно уменьшит вероятность возникновения таких осложнений, как открытый выброс, фонтан и т.п.

Технико-экономическая эффективность этого способа связана с предупреждением выбросов и фонтанов, которые являются самыми дорогостоящими осложнениями при бурении нефтяных и газовых скважин, а также с воэможностью использования при бурении более прогрессивной технологии.

f 155730

1155/30

УЮТ 10

Составитель И.Карбачинская

Редактор О.Колесникова Техред,С.Мигунова Корректор А.Тяско

Заказ 3066/29 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4