Способ ликвидации прихвата колонны труб в скважине

 

Изобретение относится к бурению скважин. Цель изобретения - повышение эффективности ликвидации прихвата за счет сокращения времени на проведение технологических операций. Для этого в зоне прихвата устанавливают ванну и повышают давление до давления гидроразрыва глинистой корки (ГК). Выдерживают ванну под этим давлением в течение времени Т, определяемого в соответствии со следующей зависимостью: Т=[Ь^«-С°ж

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 В 31/03

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛБСТВУ

О ! о

О

-{

Т— (21) 4762309/03 (22) 28.11,89 (46) 07.02.92. Бюл, ¹ 5 (71) Институт проблем освоения Севера СО

АН СССР (72) В,И,Иванников и Е.П.Петров (53) 622.248.14 (088.8) (56) Самотой А,К. Предупреждение и ликвидация прихватов труб при бурении скважины. M.: Недра, 1979, с. 130 — 140, Авторское свидетельство СССР

¹ 1188306, кл, Е 21 В 31/03, 1984. (54) СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ ПРИХВАТА

КОЛОННЫ ТРУБ В СКВАЖИНЕ (57) Изобретение относится к бурению скважин. Цель изобретения — повышение эффективности ликвидации прихвата за счет сокращения времени на проведение технологических операций, Для этого в зоне прихвата устанавливают ванну и повышают давление до давления гидроразрыва глиниИзобретение относится к бурению скважин, а именно к способам ликвидации прихватЬв бурильного инструмента в скважинах, Цель изобретения — повышение эффективности ликвидации прихвата за счет сокращения времени на проведение технологических операций.

Способ ликвидации прихвата колонны труб в скважине осуществляется следующим образом.

Определяют интервал прихвата, устанавливают ванну в интервале прихвата, натягивают колонну труб, повышают давление до давления гидроразрыва глинистой корки

„„. Ж „„1710696 А1 стой корки (ГК). Выдерживают ванну под этим давлением в течение времени Т, определяемого в соответствии со следующей зависимостью: Т=ф и C (1 — CKp))ÙЫРрд е Р)), где h — - начальная толщина ГК;,и — вязкость жидкости, закачиваемой в интервал прихвата; Р« — гидростатическое давление столба бурового раствора на глубине прихвата; Рпл— пластовое давление в интервале прихвата; AP — начальный градиент давления, превышение которого соответствует началу фильтрации жидкости ванны через

ГК, находящуюся под действием перепада давления в системе скважина-пласт, С0„— исходная насыщенность ГК жидкой фазой;

Скр — критическая водонасыщенность ГК, при которой происходит ее разрыв, к — коэффициент пропорциональности. Затем производят сброс давления и его снижение ниже гидростатического с одновременным приложением к трубам механических нагрузок. в зоне прихвата и выдерживают под этим давлением в течение времени Т, определяемого в соответствии со следующей зависимостью: где h — начальная толщина глинистой корки (h=R«> Вк); Вк — радиус корки: Rc<> — радиус скважины; и — вязкость жидкости ванны, закачиваемой в интервал прихвата; Р« — гидростатическое давление столба бурового раствора на глубине прихвата; Рпл — пластовое давление в интервале прихвата; P— начальный градиент давления, превышение которого соответствует началу фильтрации

1710696 жидкости ванны через глинистую корку, находящуюся под действием перепада давления в системе скважина — пласт; Co — исходная насыщенность глинистой корки жидкой фазой; Скр — критическая водонасы- 5 щенность глинистой корки, при которой происходит ее разрыв, k — коэффициент пропорциональности.

Затем производят сброс давления и его снижение ниже гидростатического с одно- 10 временным приложением к трубам механических нагрузок.

Как показали эксперименты, моделирующие условия прихватов труб к стенкам скважины, эффективность ванн прежде все- 15 го связана с необходимостью разрыва глинистой корки для возможности фильтрации жидкости в пласт. Это обусловлено тем, что глинистая корка, во-первых, обладает кратно возвышенным гидравлическим сопро- 20 тивлением и начальным градиентом давления, после превышения которого возможно движение жидкости, а во-вторых, большой поглощающей способностью (ионнообменной емкостью), препятствующей 25 продвижению кислоты и щелочи в породу.

Разрыв глинистой корки для ускорения ликвидации прихвата труб может быть достигнут либо путем замены фильтрирующейся жидкости (вода) на 30 нефильтрующуюся (нефть), либо путем резкого повышения давления в скважине. Тогда глинистая корка подвергается сжатию и претерпевает разрывы по контуру вследствие растяжения. При этом трещины разры- 35 ва имеют радиал ьное нап ра вл ение.

Поверхность S(t), до которой в данный момент времени дошли трещины разрыва, будем называть фронтом уплотнения корки.

Отсчет времени начнем от момента установ- 40 ки ванны (или момента повышения давления в скважине).

Из условия задачи можно записать очевидные соотношения

S(t)=RK np t=0; h=R« Вк, где h — начальная толщина корки.

Предположим, что фронт достигает границы за время Тр, тогда общее время ликвидации прихвата равно 50

Т=Т,+Тф, (1) где Тф — характерное время процесса насыщения жидкостью ванны пористой породы на стенках скважины.

Поскольку Тр»Тф, то время разрыва глинистой корки будет определяющим в 55 процессе ликвидации прихвата с помощью ванны.

Для оценки проведем исследование в рамках механики пористых сред.

Основная физическая предпосылка, реализованная в нашей модели, следующая, Перед установкой ванны (в частности нефтяной ванны) в глинистой корке достигнуто равновесие — давление поровой жидкости определяется уравнением пьезопроводимости с учетом перепада давления Ргс>Рпл, где Prc — гидростатическое давление жидкости в скважине; Pn — пластовое давление. Отток жидкости из корки в пласт очень мэл, но имеет место. При этом для скорости фильтрации жидкости верно уравнение движения в следующей форме:

V= — (grad P -vP ), (2)

k ,И где k — коэффициент проницаемости, зависящий от координаты;,и — вязкость жидко4 сти; e P — начальный градиент давления, превышение которого соответствует началу движения жидкости.

Перераспределение фазовых соотношений (объем жидкости фазы) в пористой среде не происходит вследствие притока жидкости из скважины. O

Замена бурового раствора в скважине на нефть вносит возмещение в приведение равновесие из-за того, что нефть является нефильтрирующейся через корку жиДкостью по причине черезвычайно высоких капиллярных сил, Тогда насыщенность глинистой корки жидкой фазой Сж падает, что приводит, как показано ниже, к возникновению растягивающих усилий. Движение границы S(t) определяется продолжающимся оттоком жидкости из корки, В качестве критерия возникновения трещин разрыва. в матрице пористой среды выбран предел ж

o прочности глинистой корки на разрыв.

Учитывая геометрию задачи, вводим цилиндрическую систему координат r, p, Z так, что ось Z совпадает с осью скважины. Уравнения состояния пористой среды выписываем в виде обобщенного закона, Гука а("=(k — 2G/3)8;;+2G5j+ Д C" 26ЦР (Сж)—

Р(с (C*))(k+4G/3), (3) где К G — модули упругости системы двух фаз, 1д ) — объемная деформация твердой. фазы; (") — компоненты тензоров деформаций в твердой фазеф " — коэффициент усадки матрицы/3 ж >О; P (С ж), P (Сж)— (С ), (с) о с капиллярное давление соответственно при начальной С и текущей Сж, д ) — символ

Кронекера; о ) — эффективные направления в пористой матрице, определяемые выражением

o ;; =Г;;+Ржд;;, (4) ().. где Рж —; Гi) — компоненты полного тензора напряжений, 1710696

Т—

v, (15) Выражения (7), (8) и (15) замыкают математическую модель процесса и позволяют сделать некоторые общие выводы; повысить эффект действия ванн для ускорения ликвидации прихвата можно за счет увеличения гидростатического давления в скважине, а не уменьшения его, как это обычно происходит при установке ванн в результате закачки жидкости меньшей полости, чем буровой раствор; с увеличением толщины глинистой корки время, необходимое на ликвидацин5 прихвата, растет по квадратной зависимости; более плотная структура глинистой корки благоприятствует ее разрывам при создании избыточного давления в скважине, Низкая эффективность различного рода ванн, устанавливаемых в скважинах при ликвидации прихватов. как правило, связа.на с тем, что закачиваемая пачка жидкости (нефть, растворы кислоты и щелочи) не проникает в породу. Глинистая корка, уплотненная действием перепад давлений между скважиной и пластом, имеет черезвычайно низкую проницаемость. Нефть не фильтруется через глинистую корку из-за высокого сопротивления капиллярных сил. Кислота и щелочь не проходят. так как реагируют с глинистой коркой. вызывая ее набухание ил и yc адку.

Эффект ванны имеет лишь место тогда, когда закачиваемая жидкость входит в пласт и взаимодействует с породой. Так, 5 например, кислота растворяет карбонатный цемент в проходах, щелочь вызывает набухание глины в зоне кольматации и разрушение скелета породы.

Нефть, пропитывая породу, гидрофоби. зирует ее и способствует отторжению гидПользуясь осесимметричностью задачи, отсутстрием деформаций zz и г;, последнее верно вследствие малости толщины корки по сравнению с радиусом скважины (h«Rc)(e), существенно упрощаем уравне- 5 ние состояния (3)

aP) = О@ = О )(К-2/G3)/(k+4 G/3)+2Gx хфс(Р (Сж) — P (С ж) /((с+46/3). (5)

Рассмотрим поверхность фронта уплотнения глинистой корки S(t). На ней очевидно выполняется условие отсутствия полного напряжения О (внутри. S(t) матрица разрушена и поровое давление на поверхности

S(t) равно внешнему Prc). Тогда для.радиального эффективного напряжения имеет место соотношение

О =Сж Ргс=0. (6)

Используя-соотношение (5) на $(1) имеем

20 (Ф/ (СжР c(k-2G/3)/(k+4G/3))+(2Gx ж ((Р(с)(Сж) Р(с)(Cîæ))/ (a+4G /3) (7)

В работе исследована зависимость капиллярного давления от насыщенности. Показано, что вследствие уменьшения Сж растет P() (Сж).

Следовательно, из соотношения (7) заключаем, отток жидкости на фронте S(t) приводит к увеличению растягивающих напряжений.

При достижении предела прочности на разрыв, когда а@=а (8) на поверхности S(t) возникает разрывы глинистой корки. 35

Соотношения (7) и (8) есть критериальные условия для разрыва глинистой корки.

Далее определим скорость движения фронта разрывов Vq.

Рассмотрим малую область с огибаю- 40 щей — фронтом S(t) и толщиной М, из которой имеет место отток жидкости.

Для количества жидкости, вытекающего из контура радиусом R(t) имеем

О=Ч2л (Я(с)+Л t)T. (9) 45

Учитывая, что М«Я(с) из соотношения (9) следует

Q=V2 л(S(t) Т. (9 )

Для скорости фронта разрывов имеем очевидно соотношение 50

ЧР= - h,Ã (10)

Из балансового соотношения для жидкого флюида имеем

2_#_ S(t)C жЛ вЂ” Q=C(/ж(С ж2 ЛЯ (t)b,h(11) 5 где С ж — исходная насыщенность корки;

Предполагая, что за время Ткр достигается критическое значение (см. формулы (7). (8) из (9 ), (10), (11)), будем иметь определя ющее уравнение для скорости фронта V)(q

С .-V Ч =С С„, (12)

Ч

Отсюда получим выражение для скорости фронта разрывов в прОизвольный момент времени н,()= —.()/ — .. (1з)

С (1-С.,)

V(t) найдем из выражения (2). При этом значение gradP приближенно равно

p Prc — Рпл (14) ь где h — начальная толщина глинистой корки.

Время ликвидации прихвата, если принять Т=Тр, будет выражаться следующей заВисимостью:

1710696 рыва глинистой корки выбирают из следующего соотношения:, 25

35

45

Составитель И.Левкоева

Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор Е,Савина

Заказ 317 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 рофильн9й глинистой корки от стенок скважины, согласно правилу Антонова, Таким образом, нарушение сплошности глинистой корки является непременным условием для успешного действия ванны. Вот почему многократная установка ванн в ряде случаев дает положительный результат.

Формула изобретения

Способ ликвидации прихвата колонны труб в скважине, включающий определение места прихвата, установку ванны в интервале прихвата, натяжение колонны труб, повышение давления до:давления гидроразрыва глинистой корки в зоне прихвата, сброс давления и приложение механических нагрузок, отличающийся: тем, что, с целью повышения эффективности ликвидации прихвата за счет сокращения времени на проведение технических операций, после сброса давления. производят его снижение ниже гидростатического, э время Т выдержки ванны под давлением гидроразТ— где h — начальная толщина глинистой корки (h=RcKs-R ); Rc s — радиус скважины; R„— радиус корки;,и — вязкость жидкости ванны, закачиваемой в интервал прихвата; Рг,—

10 гидростатическое давление столба бурового раствора на глубине прихвата; Ргл — пластовое давление в интервале прихвата; $P— начальный градиент давления, превышение которого соответствует началу фильтрации жидкости ванны через глинистую корку, находящуюся под действием перепада давления в системе скважина-пласт; С ж о исходная насыщенность глинистой корки фазой(водой); Скр — критическая водонасы20 щенность глинистой корки, при которой происходит ее разрыв; k — коэффициент,пропорциональности.