Способ управления процессом движения колонны труб в скважине

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1) 4 Е 21 В 21/08

ВСЕО(:: ° ° Г-" 1,7

Ii )

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3899501/22-03 (22) 29 ° 03.85 (46) 23. 12.86. Бюл. р 47 (7 1) Украинский научно-исследовательский институт природных газов (72) В.С.Котельников и Г.Г.Панченко (53) 622.243.13 (088.8) (56) Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин./Под ред.проф.

И.А.Булатова. — M. Недра, 1981, с.206-208.

M.Ê.Ñåèä-Рза и др ° Исследование влияния запаздывания выхода бурового раствора из скважины на процесс спуска колонн. — Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1981, У 11, с.34-38. (54) (57) 1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДВИЖЕНИЯ КОЛОННЫ ТРУБ В СКВАЖИНЕ, включающий определение допустимого изменения давления в скважине, контроль изменения объема труб в скважнне, определение упругого изменения объема внутри скважины, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с цеI лью предотвращения возникновения осложнений при спуске-подъеме колонны труб в скважине эа счет повышения

„„SU„„3278440 А1 эффективности регулирования режима движения колонны, определяют изменение объема раствора с эаколонном пространстве скважины, сравнивают величину упругого изменения объема в скважине, которую определяют как алгебраическую сумму изменения объема раствора в заколонном пространстве в приустьевой части и изменение объема труб в скважине с допустимой величиной упругого изменения объеь.а, которая соответствует допустимому изменению давления в скважине и при выполнении условия aV((AVj, где, dV и fgV) — соответственно текущие и допустимые упругое изменение объема в скважине, движение колонны продолжают, а при заведомом невыполнении указанного условия процесс движения прерывают, выдерживают колонну без движения, после чего движение возобновляют.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что движение колонны в скважине, заполненной раствором с высокими, структурно-механическими свойствами, после перерыва возобновляют до момента окончания движения раствора на устье скважины.

1278440 где д Ч вЂ” упругое изменение объема.

1 в заколонном пространст:ве скважины; дЧ вЂ” упругое изменение объема.

S :в части скважины ниже башмака колонны.

Согласно закону Гука и эпюре распределения гидродинамических давлений в скважине (фиг.3) имеют: дЧ,= р, Ч„Р1 (3) 2 (4) 15 где ф — коэффициент упругого изме1 нения обьема в кольцевом пространстве скважины;

V — объем кольцевого пространства скважины;

20 °

P — гидродинамическое давление ниже башмака колонны; — коэффициент упругого изме2 нения обьема в части скважины ниже башмака колонны;

V — объем части скважины ниже башмака колонны.

Упругое изменение объема в скважине равно: дЧ дР

P V где дР— изменение давления в скважине; дЧ вЂ” упругое изменение объема в скважине при изменении давления на дР; — коэффициент упругого изменения объема в скважине;

V — объем раствора в .скважине (объем скважины).

Упругое изменение объема в скважине должно отражаться в конечной (интегральной) форме или величине.

Изменение объема раствора на устье и изменение объема труб в скважине, ÇS и дают в сумме интегральную величину упругого изменения объема в скважине.

На фиг. 1 показано положение ко лонны труб в скважине до начала спуска очередной трубы или бурильной свечи; на фиг. 2 — то же, при спуске трубы; на фиг. 3 — эпюра распределения гидродинамических давлений.

При положении колонны труб 1 в скважине 2 до начала спуска очеред- 45 ной трубы или бурильной свечи уровень раствора находится на уровне желобной системы 3, а при спуске трубы уровень раствора находится ниже уровня желобной системы на вели- 50 чину а

Упругое изменение объема в скважине равно сумме упругого изменения объема в заколонном пространстве и в части скважиньТ ниже башмака 55 (низа) спускаемой колонны: дЧ + дV (6) 05 P Ч„+ Pà Ч (2) 2

Изобретение относится к бурению скважин, преимущественно на полезные ископаемые, и может использоваться при регулировании режимов движения труб при спуска-подъемных операциях.

1 ель изобретения — предотвращение возникновения осложнений при спускеподъеме колонны труб в скважине за счет повышения эффективности регулирования режима движения колонны.

По закону Гука изменение давления в скважине сопровождается упругим изменением объема раствора, стенок скважины и движущейся в скважине колонны труб. Закон Гука для системы скважина — буровой раствор записывают как

+ дЧ, =F f +F а т т у (5) где дЧ вЂ” изменение объема труб в скважине; дЧ„ — изменение объема раствора на устье скважины;

Р— площадь поперечного сечеТ ния труб; — длина спущенной трубы или бурильной свечи (несколько соединенных труб);

F — площадь поперечного сечеу ния измерительной емкости (затрубного пространства, фиг.1 и 2); а — изменение уровня раствора на устье.

Из совместного решения уравнений (3)-(5) получают следующее выражение для гидродинамического давления: дЧ

0 5 (3„ Ч, +5 Ч

Уравнение (6) получено для условия отсутствия перетока раствора в колонну труб.

8440

127 (7) 5 где (P 7 — допустимая величина гид3 родинамического давления; (ЬЧ ) — допустимая величина уп1О

pyroro изменения объема в скважине.

При движении колонны труб в скважине гидродинамическое давление не должно превьппать допустимой величины, т.е. (8) $Pg J неравенство, 20 (9) д17 с 1,17 ) Предварительно определяют допустимое значение упругого изменения объема в скважине. При треугольной эпюре распределения гидродинамического давления в заколонном пространстве и прямоугольной эпюре в части скважины ниже башмака спущенной колонны, используя закон Гука, получается следующее выражение для определения доЗаписывают уравнение для допусти,мой величины гидродинамического дав-, ления:

Ь73 (P )— 3 05 (V, + P V р с (р )

Подставляя вместо P их выражения (6) и (7), (8) принимает вид

Управление процессом движения ко25 лонны труб согласно условию (9) позволяет осуществлять контроль и регулировать режим спуска-подъема труб непосредственно при спуске-подъеме каждой трубы, своевременно уменьшить скорость спуска-подъема или прерывать процесс спуска-подъема, Способ прост для подключения его к системе автоматического управления процессом бурения.

При высоких значениях структурно- 35 механических свойств раствора страгивающие давления превьппают давления при движении раствора, когда структура раствора разрушена, Поэтому возобновление спуска или подъема трубы 4О до момента окончания движения растс вора на устье после прерывания спуска (подъема) позволяет уменьшить страгивающее гидродинамическое давление и одновременно ускорить про- 45 цесс спуска (подъема).

Способ осуществляют следующим образом, При спуско-подъемных операциях контролируют уровень раствора на устье скважины в заколонном пространстве и длину спущенной (поднятой) трубы или бурильной свечи. Определяют величину изменения объема раствора на устье скважины и объем .спущенной (поднятой) трубы или бурильной свечи. Определяют упругое изменение объема в скважине как

4 алгебраическую сумму изменения объема раствора на устье и изменения объема труб в скважине за время движения колонны. Полученное значение упругого изменения объема в скважине сравнивают с допустимой его величиной. Если текущая величина упру-. гого изменения объема в скважине

1 достигнет допустимого или близкого к нему значения, спуск (подъем) прерывают, выдерживают колонну без движения до восстановления давления в скважине, после чего спуск (подъем) продолжают. При применении высокострукФурированного раствора спуск (подъем) колонны возобновляют до момента окончания движения раствора на устье скважины.

Для контроля уровня раствора на устье скважины можно использовать поплавковые системы, например тарированную емкость с поплавковым устройством, сообщающуюся с заколонным пространством скважины и с желобной системой, или системы, основанные на измерении давления. Иожно использовать другие устройства, например микротрубки, спускаемые в скважину или образующие с ней U-образную слс" тему.

Пример. Глубина скважины H

1800 м, средний диаметр скважины D

0,296 м, длина спущенной обсадной колонны L 1500 м, наружный диаметр труб спускаемой колонны д 0,245 м.

Колонна спускается с установленным в нижней части обратным клапаном, допустимое увеличение давления под башмаком колонны составляет 4 ИПа и определено из условия предупрждения гидроразрыва в призабойной части скважины. Часть желобной системы, сообщающейся со скважиной, отделена перегородкой и оттарирована, причем перегородка установлена ниже верхнего уровня желоба. Оттарированная часть желоба используется для контроля изменения уровня и объема на устье скважины.

1278440

1О лонны

40 — 0,069 L (12) 55 пустимой величины упругого изменения объема в скважине:

Г 171 (0,5 I, V + P2 V ) (Pß)i (10) где (ЬУ 1 - допустимое значение упругого изменения объема в скважине;

P — коэффициент упругого из1 менения объема в затруб ном пространстве скважины, равный 13,2 10 " 1/MIa;

V — объем затрубного прост1 ранства; — коэффициент упругого из2 менения объема в части скважины ниже башмака колонны, равный 12> 10 1/NIIa;

V — объем части скважины ниже

2 . башмака, колонны; (Р 1 — допустимая величина гидродинамического давления, равная 4 МПа.

Площадь поперечного сечения труб

q,gz

F= — — -=0047м

4 9

Площадь поперечного сечения скважины

1т. D2

Р = — - — 0 069 м, 4

Объем затрубного пространства

V = (F - F ) 1. = 0,022 Т. (11)

Объем скважины ниже башмака коЧ = Р (Н - L) = 124,2

Подставляя в выражение (10) значения равенств (11) и (12) входящих параметров, получают:

$ aV g = (5961,6 — 2,472 Т ) 10 (м ) (i3) Уравнение (13) можно использовать для определения любой длины спущенной колонны. При длине спущенной колонны 1500 м имеют lhV3 =0,225 м .

Через 5 с спускают 2 м „трубы и объем раствора на устье уменьшается на О, 1 м и продолжает уменьшаться.

Объем 1 и- трубы равен 0,047 м, и через 5 с объем труб в скважине увеличивается на 0,094 м . Упругое иэменение объема в скважине через 5 с после спуска составляет О, 194 м .

Сравнивают упругое изменение объема в скважине с допустимой величиной:

О, 194 < 0,225 ; Так как на контролируемый момент времени (5 с) уровень раствора продолжает снижаться, а следовательно, гидродинамическое давление в скважине продолжает возрастать, то принимают решение прервать спуск, так как примерно через

1 с при выбранном темпе спуска может произойти гидроразрыв. После того, как давление в скважине стравливается, о чем свидетельствует отсутствие движения раствора иэ сква20 жины, спуск трубы продолжают, контролируя описанным способом изменения упругого объема в скважине и,сравнивая его с допустимой величиной. Если в скважине находится раствор с высокими структурно-механическими свойствами, спуск трубы после прерывания возобновляют до окончания движения раствора на устье скважины.

Коэффициенты р, и определяют

30 по результатам опрессовки скважины и обсадных колонн или расчетным путем с помощью известных методов при известных упругих свойствах раствора,. стенок скважины и труб.

Способ можно применять как при спуске, так и при подъеме бурильных и обсадных колонн.

В случае„ если при спуске труб уровень раствора за колонной не снижается, а при подъеме труб уровень не повышается, то текущее упругое изменение o(neMa в скважине до момента страгивания раствора принимают равным увеличению объема труб в скважине при спуске и уменьшению при

Подъеме.

Изменение объема раствора в при устьевой части скважины можно контролировать путем изменения объемной

50 скорости движения раствора за колонной, применяя для этой цели расходомеры. Можно применятькомбинированный. метод контроля объема раствора в приустьевой части скважины путем контроля эа уровнем раствора за колонной и измерения расхода жидкости за колонной. Например, при спуске колонны до выхода раствора иэ скважины конт1278440

Составитель Е.Столбцов

Редактор И.Дербак Техред А.Кравчук Ко ектор С.Шекмар

Заказ 6812/27 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгор д, у . р о л.П оектная, 4 ролируют уровень раствора в скважине, а после выхода раствора в желобную систему измеряют. расход раствора из скважины.

Способ позволяет регулировать режим движения колонны от начала и до конца спуска (подъема) трубы или бурильной свечи.

Применение способа позволит умень» шить аварийность с элементами обсадных колонн, сократить случаи воэнИкновения осложнений в скважине (по- глощений проявлений пластового флюида, нарушений устойчивостй стенок скважины), имеющих место при спускоподъемных операциях бурильных и обсадных колонн.