Способ предупреждения деформаций обсадных колонн в соленосных отложениях эксплуатирующихся скважин

 

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить эффективность предупредительных мер за счет повышения достоверности прогнозных оценок и предот-вращения нарушении режима эксплуатации скважин. Способ включает прогнозную оценку устойчивости обсадных колонн от внешних нагрузок при текущих давлениях эксплуатации . По прогнозной оценке создают противодействие (П) критическим внешним нагрузкам, обусловленным релаксацией солей . Указанное П создают с момента выполнения условия, определяемого расчетным путем. Причем обеспечивают это П за счет избыточного давления между обсадной и насосно-компрессорной колоннами, создаваемого за счет гидростатического давления столба жидкости, плотность которой определяют расчетным путем. Таким образом, обеспечивается возможность регулирования величины избыточного сминающего напряжения на стенках ствола путем варьирования срока.ми крепления интервала текучих пород в процессе бурения скважин или созданием внутреннего противодавления. 1 з. п. ф-лы. о (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1511 4 E 21 В 33 13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

БК4) :;; гп, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4178908/22-03 (22) 09.01.87 (46) 23.07.88. Бюл. № 27 (71) Украинский научно-исследовательский институт природных газов (72) В. Н. Филев, Л. Д. Галян и М. И. Дмитровский (53) 622.245.12 (088.8) (56) Инструкция по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин.

Куйбышев,ВНИИТнефть, 1976, с. 10.

Авторское свидетельство СССР № 1224401, кл. Е 21 В 47/00, 1983. (54) СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ОБСАДНЫХ КОЛОНН В СОЛЕНОСНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить эффективность предупредительных мер за счет повышения достоверности прогнозных оценок и предот„„SU„„1411438 А 1 вращения нарушений режима эксплуатации скважин. Способ включает прогнозную оценку устойчивости обсадных колонн от внешних нагрузок при текущих давлениях эксплуатации. По прогнозной оценке создают противодействие (П) критическим внешним нагрузкам, обусловленным релаксацией солей. Указанное П создают с момента выполнения условия, определяемого расчетным путем. Причем обеспечивают это П за счет избыточного давления между обсадной и насосно-компрессорной колоннами, создаваемого за счет гидростатического давления столба жидкости, плотность которой определяют расчетным путем. Таким образом, обеспечивается возможность регулирования величины избыточного сминающего напряжения на стенках ствола путем варьирования сроками крепления интервала текучих пород в процессе бурения скважин или созданием внутреннего противодавления. 1 з. п. ф-лы.

l5

50

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к креплению скважин в соленосных отложениях.

Целью изобретения является повышение эффективности предупредительных мер против деформации обсадных колонн за счет повышения достоверности прогнозных оценок

1 и предотвращения нарушений режиму экi сплуатации скважин.

Способ осуществляют следующим образом.

Для скважин, находящихся в эксплуата(! ции и в которых интервал текучих пород перекрыт только одной эксплуатационной колонной, по степени релаксации напряжений в породах текучего солевого пласта и текущим давлениям эксплуатации прогнозируют момент времени, соответствующий предельному внутреннему давлению в колонне пластового флюида (Р ), при котором возможно возникновение деформации колонны.

По прогнозной оценке устойчивости обсадных колонн от внешних нагрузок при текущих давлениях эксплуатации создают противодействие критическим внешним нагрузкам, обусловленным релаксацией солей.

При этом противодействие критическим внешним нагрузкам создают с момента выполнения условия

R(t )--H(t )(+ где R (t ) — — степень релаксации солей на ( момент спуска и крепления обсадной колонны, отсчитываемой от времени вскрытия солей;

Rlt ) -- степень релаксации солей на момент определения прогнозной оценки, отсчитываемой от времени вскрытия солей;

Р— внутреннее давление в колонне, создаваемое пластовым флюидом при эксплуатации МПа;

ЛР— величина релаксации напряжений в солях, равная разности геостатического давления (Р ) горных пород и гидростатическо го давления (Р ) столба бурового раствора в процессе вскрытия солей на глубине Н, МПа;

Р„- величина критического сминающего давления обсадной колонны, МПа.

Причем противодействие обеспечивают за счет избыточного давления между обcBjI,Hoé н насосно-компрессорной колонками.

Кроме того, избыточное давление между обсадной и насосно-компрессорной колоннами создают за счет гидростатического давления столба жидкости, плотность которой (р,) определяют из выражения

10" Р +АР (R(t.,) — R(t,)g) — Р

Н

К

) где g — ускорение свободного падения, м/с .

1 . 6 у f : H!, и х с я скважинах, В K oT o p hl x и нтервал текучих поро L перекрывается только одной обсадной эксплуатационной колонной. регулируют плотность бурового раствора и время от момента вскрытия текучих пород до их крепления эксплуатационной обсадкой колонной. В зависимости от этих факторов, влияющих на степень релаксации напряжений в текучих породах, определяют величину внешнего сминающего давления для любого прогнозируемого момента времени и спускают обсадные тру бы соответствующей прочности.

Использование предлагаемого способа позволяет в эксплуатирующихся скважинах прогнозировать время начала деформации эксплуатационных колонн и своевременно принимать профилактические меры, а при бурении новых скважин применять менее прочные обсадные трубы.

Отмеченные признаки позволяют регулировать величину избыточного сминающего напряжения на стенках ствола утем варьирования сроками крепления интервала текучих пород в процессе бурения скважины или созданием внутреннего противодавления, если скважина уже находится в эксплуатации и, кроме того, прогнозировать время деформации эксплуатационной колонны.

Случай первый. В эксплуатационной скважине действующего фонда требуется определить возможность возникновения деформации обсадных труб вследствие течения солевых пород и момент времени, когда необходимо произвести дополнительные упрочнения крепи.

Известным методом по данным о фактической продолжительности бурения ствола скважины с момента вскрытия текучих солевых пород до момента крепления их обсадной колонной определяют степень релаксации напряжений и внешнее сминающее давление в интервале текучих пород на любой интересующий момент времени. Полученное значение внешнего сминающего давления сравнивают с суммарной величиной критического сминающего давления обсадных труб, установленных в этом интервале, и внутреннего давления в колонне, создаваемого пластовым флюидом на этой же глубине. Если Р. (Р +Р, то деформация не происходит. Определяют предельное внутреннее давление ниже которого возможна деформация колонны труб из соотношения

AR(+ " - —. Для каждой конЬ Р Р ЬРг кретной законченной бурением скважины все члены соотношения постоянны, кроме

ЛК и P . Методом подстановки для любого момента времени определяют ЛК и соответствующее ему Р и наоборот. Когда фактическое давление в скважине на глубине текучих пород снизится до полученного

1411438 расчетного предельного Р, осуществляют спуск пакерной установки, заполняют пространство между НКТ и обсадной колонной жидкостью, плотность которой определяют из условия обеспечения требуемого противодавления Р из соотношения о,)

10- (Рл +ЛРю. ЛК) — PI, )

R Н

Пример 1. Скважина 210 Крестишенского НКМ. На глубине 2215 м обнаружено сужение в НКТ, в данном интервале 168 мм эксплуатационная колонна составлена из труб группы прочности D с толщиной стенки

10 мм. Колонна спущена и зацементирована 04.02.78 г. Интервал текучих солей вскрыт

26.09.77 r. при плотности бурового раствора 1260 кг/м . Необходимо определить возможность смятия эксплуатационной колонны при понижении внутреннего давления до

8 МПа.

Исходные данные: 20

Р =8 МПа, Р|,=30 МПа, р .=1260 кг/м, р =2300 кг/м, Н=2215 м, (-=132 сут, t =

=2713 сут.

Определяют степень релаксации напряжений в солевых породах с использованием известной методики для горно-геологических условий Крестищенского месторождения:

К(1") =0,137 ехр (— 0,168 132) +

+0,863 exp (— 0,0029 132) = 0,5885;

R (t ) = 0,137 ехр (— 0,168 2713) + 30

+ 0,863 ехр(— 0,0029-2713) = 0,0003;

ЛК = (!с||) — К (1„) = 0,5882.

Определяют внешнее сминающее давление с учетом релаксации напряжений.

P..==D10 (p Н+ (p„H — р Н). ЛК) =

= 40,63 МПа. 35

Сравнивают полученную величину Р.. с

Р> и Р>, 40,63)30+8, т. е. действительно деформация обсадной колонны под действием внешнего сминающего давления текучих пород должна иметь место.

Определяют предельное понижение внутреннего давления.

0 Ро 30 27 35

22,57 22,57 22,57

Р ) 10,63 МПа, т. е. во избежание деформации обсадной колонны необходимо при снижении внутреннего давления в колонне на глубине текучих пород до 10,63 МПа спустить пакерное устройство, заполнить междутрубное пространство жидкостью, плотность которой должна быть не ниже р,)489,5 кг/м .

Пример 2. Скважина 38? Крестищенского ГКМ. Интервал текучих солей вскрыт

18.11.85 г. с глубины 2145 м при плотности бурового раствора 1250 кг/м . Обсадка и цементирование этого интервала эксплуатационной колонной осуществлены 06.04.86 r., трубы 168 Q 10Ä. Внутреннее давление в начале эксплуатации 15,5 МПа. Требуется определить состояние колонны через 2 гo. iа, когда внутреннее давление составляет !

0,5 МПа. Исход ые данные:

P =!О 5 МПа, Р =30 МГ1а, рл.=—

=1250 кг/м, и==-2300 кг/м, H=2145 м, t;. 141 сут., t;=-870 сут.

Производят вычисления в порядке аналогично примеру 1.

R (t. ) =0,137 е. р (— 0,168 141) +

+ 0,863 ехр(— 0,0029 141) = 0,5734:

R(t ) = — 0,137 ехр(- 168 870) +

+ 0,863 ехр (— 0,0029 870) =- 0,0692;

AR = 0,5042;

Р; = 389 МГ1а;

Р-.-. Р„+Р,, так как 38,98(30+ 10,5.

Определяют при каком Р следует осуществить спуск пакерного устройства

Р| 30 26 81

22 52 22 52 22 52

По прогнозному темпу падения пластового давления в районе скважины 387 определяют. что давление в колонне на глубине

2145 м понизится до величины 9 МГ1а в декабре 1988 r. Поэтому в ноябре 1988 г. уточняют расчетные данные и осу цествляют спуск пакерного устройства.

В процессе бурения скважины требуется осуществлять крепление интервала текучих солевых пород имеюп имися в наличии обсадными трубами, например 168)(9D (вместо 168 х, 12Л, исходя из горного давления) и предупредить деформацию колонны в процессе эксплуатации.

С этой целью вскрытие текучих пород осуществлят на буровом растворе минимально возможной Ilлотности, а время между вскрытием текучих пород и их креплением удлиняют до максимально возможного Ilo технологическими экономическим соображениям. Опи-.анным выше способом определяют степень релаксации напряжений и внсп:— нее сминающее давление в интервале текучих пород на любой момент времени. Полученное значение внешнего сминающего давления сравниваю с суммарной величиной критического сминающего давления предполагаемь х к установке обсадных труб, и ожидаемого внутреннего давления в процессе эсплуатации в этом интервале.

Если Р )P +Р, то определяют предельное внутреннее давление, которое нужно создавать в колонне, чтобы предупредить деформацию обсадных труб из соотношения:

>R(Р + "" . Определяют миниgP< LPGA ЬРл мальную плотность нядпакерной жидкости из соотношения

) . (Р +АР К) Р„

И Н

Осушествляют спуск и крепление интервала текучих пород имеющимися в наличии обсадными трубами, а по мере снижения пляс1411438

Формула изобретения

25

35

Составитель В. Гришанов

Редактор Г. Волкова Техред И. Верес Корректор Н. Король

За каз 3629, 29 Тираж 531 Подписное

ВИИИПИ Гос1дарствснного комитета СC(.Ð Ilo делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Рау инская наб., д. 4/5

Производственно-полипрафииесI«()c предприятие, т. Ужгород, ул. Проектная, 4 тового дав, вЂ,ения ьэ предельной величины Р спускают паксрнук) установку и заполняют

Mc;+;TB) áHîI: п1н "тра яство жидкостью расчетной плотност 1. .Пример,3. Для крепления интервала текучих солевых пород с 2100 до 2200 м имеются обсадные трубы диаметром 168 мм с толшиной стенки 9 мм группы прочности 3„для которых P„= 25,1 МГ1а. Осушествляют вскрытие интервала текучих пород на буровом растворе минимально возможной плотности Р, = 1260 кг/м . Время с момента вскрытия до спуска и цементирования эксплуатационной обсадной колонны, перекрываюгцей интервал текучих пород, выдержи( вают максимально возможным (по технологическим и экономическим условиям) для уменьшения напряжений на стенках ствола в интервале текучих пород. Например, после окончания углубления ствола, длившегося в течение 150 сут с момента вскрытия текучих пород, перед спуском эксплуатационной колонны осуществляют его проработку, калибровку в течение !5 сут. Таким образом, общая продолжительность !.«составляет 165 сут.

Определяют степень релаксации напряжений в солевых породах

R (t ) = О,!37 ехр(— 0,.168 165)— — 10,863 ехр (— 0,0029 165) = 0,535

Определяют максимальное внешнее давление смятия в интервале текучих пород после полной релаксации напряжений, т. е. когда К(!.,) = О, ЛК = 0,535 — 0 = 0,535.

P .. = 39,.16 МПа.

Сравнивают полученное значение с суммой Р„+ Р„

39,16 (25,1 + Р

Рв ) 14 06 МПа

Таким образом, если в начале эксплуатации скважины внутреннее давление в колонне на глубине 2200 м более 14,06 МПа, то можно первоначально эксплуатировать скважину без пакерного устройства. По данным прогноза темпа падения пластового давления определяют время, когда внутреннее давление снизится до 14;06 МПа, например, через 5 лет, уточняют величину. внешнего давления смятия на этот период (! = 990 сут.).

R(t„) = 0,137 exp (— 0,168 1990) +

+ 0,863 ехр (— 0,0029 1990) = 0,003;

ЛК = 0,532;

Р,. = 39,99 МПа.

Т. е. через 5 лет внешнее давление будет близко к максимальному, поэтому спускают пакернук установку и заполняют межтрубное пространство жидкостью, плотность которой должна быть не ниже р,)648,7 кг/м .

1. Способ предупреждения деформаций обсадных колонн в соленосных отложениях эксплуатируюшихся скважин, включающий прогнозную оценку устойчивости обсадных колонн от внешних нагрузок при текущих давлениях эксплуатации и создание противодействия критическим внешним нагрузкам, обусловленных релаксацией солей, отличаюи4ийся тем, что, с целью повышения эффективности предупредительных мер за счет повышения достоверности прогнозных оценок и предотвращения нарушений режима эксплуатации скважин, противодействие критическим внешним нагрузкам создают с момента выполнения условия где R (t .) — степень релаксации солей на момент спуска и крепления обсадной колонны, отсчитываемой от времени вскрытия солей;

R (t ) — степень релаксации солей на момент определения прогнозной оценки, отсчитываемой от времени вскрытия солей;

P — внутреннее давление в колонне, создаваемое пластовым флюидом при эксплуатации, MIla;

AP< — величина релаксации напряжений в солях, равная разности геостатического давления (Р„) горных пород и гидростатического давления (Р ) столба бурового раствора в процессе вскрытия солей на глубине Н, МПа;

Є— величина критического сминающего давления -обсадной колон40 ны, МПа, а обеспечивают это противодействие за счет избыточного давления между обсадной и насосно-компрессорной колоннами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что избыточное давление между обсадной и насосно-компрессорной колоннами создают за счет гидростатического давления столба жидкости, плотность которой (p ) определяют из выражения

l0, -1-ЛР, (R(t«) — R(t,) j — Р

50 gH где g — ускорение свободного падения, м/с .