Способ эксплуатации скважин

 

Изобретение относится к горной промышленности , в частности к способам эксплуатации скважин (С) в условиях изменяющейся отметки поверхности земли возле устья С. Цель - повышение надежности работы в наклонно-направленных скважинах . Способ включает регулирование натяжения с устья незацементированной части эксплуатационной колонны (ЭК). Последняя подвешена на кондукторе (К). Перед началом и в процессе эксплуатации С производят замер абсолютных отметок положения колонной головки и поверхности земли вокруг С. Затем за ними устанавливают тщательное наблюдение и по их изменению судят о величине натяжения незацементированной части ЭК. Регулирование натяжения ЭК осуществляют путем изменения длины К с его верхнего конца. Для этого из К ниже места подвешивания ЭК удаляют часть тела К. Под действием упругих сил в ЭК происходит смыкание концов к в месте его разреза и с помощью сварки восстанавливают его герметичность. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 В 43/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 ЬЗ

0 (21) 4797968/03 (22) 28.02.90 (46) 23.03.92. Бюл. и 11 (71) Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности (72) А. В. Колотое, А. 6, Огороднова и

В.А. Шуплецов (53) 622.245.7 (088.8) (56) Гайворонский А.А. и Цыбин А.А. Крепление скважин и разобщение пластов. — M.:

Недра, 1981, с.121-123. (54) СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам эксплуатации скважин (С) в условиях изменяющейся отметки поверхности земли возле устья С. Цель — повышение надежности работы в наклонно-направленных скваИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам эксплуатации скважин в условиях изменяющейся отметки поверхности земли.

Известны способы эксплуатации скважин в условиях оседающей поверхности земли. Эти способы преимущественно предназначены для районов распространения многолетнемерзлых пород, где в случае их растепления возможно проседание земли вокруг сважин, образование воронок и провалов, Эксплуатационная колонка в таких скважинах может потерять устойчивость, изогнуться и сломаться под действием собственного веса и веса оседающих горных пород. Поэтому предусмотрены различные варианты поддержания Ы 1721219 А1 жинах. Способ включает регулирование натяжения с устья незацементированной части эксплуатационной колон н ы (Э К).

Последняя подвешена на кондукторе (К), Перед началом и в процессе эксплуатации С производят замер абсолютных отметок положения колонной головки и поверхности земли вокруг С. Затем за ними устанавливают тщательное наблюдение и по их изменению судят о величине натяжения незацементированной части ЭК. Регулирование натяжения ЭК осуществляют путем изменения длины К с его верхнего конца, Для этого из К ниже места подвешивания Э К удаляют часть тела К. Под действием упругих сил в ЭК происходит смыкание концов к в месте его разреза и с помощью сварки восстанавливают его герметичность. верхней части колонны в натянутом виде.

Например, предусмотрено цементирование эксплуатационной колонны ниже многолетнемерзлых пород и передача веса незацементированной части колонны ниже многолетнемерзлых пород и передача веса незацементированной части колонны на конструкции, которые расположены на поверхности и на которые не оказывает влияние оседание пород в оттаявшей области.

Конструкции, к которым крепится эксплуатационная колонна, могут быть установлены на сваи, забитые в грунт вокруг устья скважины, Для обеспечения растягивающего усилия могут применяться гидравлические домкраты. Их устанавливают между колонной

1721219 головкой и кондуктором, снабжают манометром, имеющим градуировку в единицах силы.

Недостатком этих способов является то, что они не применимы для скважин, эксплу- 5 атирующихся в условиях, когда поверхность земли не оседает, а поднимается. Кроме того, эти способы требуют применения специальных конструкций и приспособлений для обеспечения необходимого режима на- 10 тяжения эксплуатационной колонны, Т.е. скважины уже в процессе их строительства должны быть оборудованы соответствующим образом.

Для условий, когда поверхность земли 15 поднимается, разработан способ прогнозирования разрушения эксплуатационных колонн. Он включает измерение среднегодовой скорости перемещения земли поверхности и определение времени об- 20 разования дефектов в колоннах по формуле т=, (1) ч где т — время образования дефектов, г.; 25 ч — среднегодовая скорость современных движений земной коры, мм/г.;

Л h — максимально допустимая амплитуда смещения точек земной поверхности (ЛЬ = 50 мм), 30

Недостаток способа заключается в том, что он в состоянии только в какой-то мере предсказать, через какое время эксплуатации можно ожидать нарушений колонн, но вмешаться в процесс, предотвратить ава- 35 рии он не в состоянии.

Наиболее близким к предлагаемому является способ эксплуатации скважин, имеющих кондуктор с колонной головкой, эксплуатационную колонну, подвешенную в 40 колонной головке, включающий регулирование силы натяжения в незацементированной части эксплуатационной колонны путем установки там компенсатора осевых напряжений. 45

Компенсатор встраивается в эксплуатационную колонну, спускается в скважину и устанавливается на 50-70 м выше предполагаемого уровня подъема цементного раствора в кольцевом пространстве. 50

Компенсатор имеет телескопическую конструкцию. После окончания затвердевания цементного раствора (03 Ц) с устья эксплуатационную колонну вращают вправо, в результате чего компенсатор приводится в 55 рабочее положение. При этом нижняя часть колонны (от цементного кольца до компенсатора) оказывается сжатой собственным весом, а верхняя часть колонны (от компенсатора до устья растянута. При изменении температурного режима, давления в колонне нижняя и верхняя части колонны удлиняются или укорачиваются. При этом.их концы в компенсаторе перемещаются относитель-но друг друга и дополнительных осевых напряжений в трубах эксплуатационной колонны не возникает. Аналогичным образом компенсатор работает при перемещении кондуктора: компенсируется как опускание кондуктора, так и поднятие его.

Однако надежность компенсатора со временем может снизиться, повышается опасность негерметичности эксплуатационной колонны. Известный способ не применим в наклонно направленных скважинах, поскольку для проведения компенсатора в рабочее положение необходимо вращение эксплуатационной колонны. Известно, что в наклонно направленном стволе ни бурильную. ни обсадную колонны вращать нельзя, Часть эксплуатационной колонны, находящейся под компенсатором, оказывается в сжатом состоянии, что неблагоприятно влияет на герметичность резьбовых соединений, Исследованиями установлено, что причиной нарушений колонн является подъем слоя горных пород совместно с кондуктором под воздействием техногенных факторов.

Дело в том, что для поддержания пластового давления в продуктивные пласты необходимо закачивать большое количество воды.

Воду нагнетают через специальные нагнетательные скважины, которые совместно с добывающими располагают на кустах. Конструкция водонагнетательных скважин является ненадежной и не исключает образования дефектов в эксплуатационной колонне. Давление нагнетания передается на стенки ствола скважины и, если оно оказывается больше горного давления, происходит гидроразрыв пласта и образование масштабных трещин гидроразрыва. В интервалах глин люлинверской, чеганской, талицкой, ганькинской, сладковской свит трещины гидроразрыва имеют горизонтальное проектирование, По мере нагнетания жидкости (воды) в трещину она приобретает вид линзы и вынуждает горные породы, находящие над трещиной, а также связанный с ними кондуктор перемещаться вверх, Эксплуатационная колонна, зацементированная в нижней части и закрепленная на кондукторе, испытывает растягивающие нагрузки и при достижении предела прочности на страгивание резьбовых соединений разрушается. В кусте устья скважины находятся в непосредственной близости от негерметичной нагнетательной скважины и

1721219 попадают в зону вертикальных перемещений, что является причиной выхода из строя и этих скважин независимо от их назначения и способа эксплуатации.

Цель изобретения — повышение надежности работы в наклонно направленных скважинах, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе эксплуатации скважин, включающем регулирование натяжения подвешенной на кондукторе с устья эксплуатационной колонны в ее незацементированной части, перед началом и в процессе эксплуатации скважины производят замер абсолютных отметок положений колонной головки и поверхности земли вокруг скважины, по их изменению судят о- величине натяжения незацементированной части эксплуатационной колонны, а регулирование натяжения последней осуществляют путем изменения длины кондуктора с верхнего его конца.

Предлагаемый способ эксплуатации скважин осуществляют следующим образом.

На месторождении, где отмечаются случаи нарушения эксплуатационных колонн, устанавливают тщательное наблюдение за абсолютными отметками положений колонных головок и поверхности земли вокруг скважин. Для этого через месторождение периодически прокладывают топографические ходы с привязкой к реперам, находящимся за пределами месторождения. При обнаружении факта подъема поверхности земли совместно с кондуктором какой-либо скважины замеряют величину этого подьема, Затем с помощью землеройных технических средств грунт вокруг такой скважины убирают на глубину, равную величине подъема кондуктора, С помощью газорезательного аппарата из кондуктора ниже места подвешивания эксплуатационной колонны (ниже колонной головки) вырезают и удаляют часть кондуктора. Длина вырезанной и удаленной части кондуктора должна быть равна величине подъема кондуктора, При этом под действием упругих сил, накопленных в эксплуатационной колонне, происходит смыкание концов кондуктора в месте вырезания. С помощью электросварки восстанавливают герметичность кондуктора.

Таким образом производят компенсацию тех растягивающих усилий, которые возникают в эксплуатационной колонне в результате подъема кондуктора совместно с окружающими его породами.

Пример. Топографическими исследованиями установлено,что абсолютные отметки колонных головок скважин куста

55 увеличились на 56 см. На такую же величину увеличилась отметка поверхности земли вокруг скважин. Следовательно, куст находится в районе распространения трещины гидроразрыва горизонтальной ориентации и скважины, пробуренные с него, подвержены опасности нарушения эксплуатационной колонны, Определим на сколько увеличится растягивающая нагрузка в эксплуатационной колонне в результате подьема кондуктора. Для этого воспользуемся законом Гука, р EFhl

1 где Л р — величина увеличения растягивающей нагрузки, кгс;

Š— модуль упругости для стали, Е= 2,1.10 кгс/см;

F — площадь сечения тела эксплуатационной колонны, см;

2, Лl — величина подъема кондуктора, Л! =56см;

I — величина незацементированной части эксплуатационной колонны, I = 5 10 см.

Площадь сечения тела труб определим по формуле

F=0,785(d — (d — 2д ) ), (3) где d — внешний диаметр труб эксплуатационной колонны, d = 14,6 см; д — толщина стенки,. д = 0,8 см.

F =347 см, Подставив числовые значения в формулу (2) получаем

Л Р = 81614 кгс =81,6 тс.

В результате подъема кондуктора в незацементированной части эксплуатационной колонны возникает дополнительная растягивающая нагрузка 81,6 тс. Обсадные трубы, изготовленные из стали группы прочности Д диаметром 14,6 см с толщиной стенки 0,8 см имеют прочность на страгивание резьбовых соединений 84 тс, Таким образом, даже в эксплуатационной колоннЕ, не имеющей предварительных растягивающих нагрузок, силы растягивания в результате перемещения кондуктора приближаются к критическим.

Для предупреждения нарушения эксплуатационных колонн на кусте необходимо грунт вокруг скважины с помощью бульдо-, зера снять таким образом, чтобы расстояние между колонной головкой и новой поверхностью земли было минимум на 56 см больше. После этого с помощью газорезательного аппарата ниже колонной головки на кондукторе на расстоянии друг от друга

3 — 5 см делают два круговых разреза, Кольцо, ограниченное двумя разрезами, разрезают по образующей и затем с помощью

1721219

25

35

50

Составитель А. Колотое

Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик

Редактор М. Янкович

Заказ 935 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 лома и кувалды выбивают. В результате этого колонная головка перемещается вниз соответственно на 3 — 5 см. На 3 — 5см ниже места смыкания частей кондуктора делают новый круговой разрез. Полученное кольцо также уделяют и тем самым достигаютдополнительного опускания верхнего конца эксплуатационной колонны. Эти операции производят до тех пор, пока длина вырезанной и удаленной части кондуктора не будет равна 56 см. После этого круговой разрез с помощью электродуговой сварки ликвидируют.

Формула изобретения

Способ эксплуатации скважин, включающий регулирование натяжения подвешенной на кондукторе с устья эксплуатационной колонны в ее незацементированной части, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы в наклон5 но-направленных скважинах, перед началом и в процессе эксплуатации скважины производят замер абсолютных отметок положений колонной головки и поверхности земли вокруг скважины, и по их изме10 нению судят о величине натяжения незацементирован ной части эксплуатационной колонны, а регулирование натяжения последней осуществляют путем изменения длины кондуктора с верхнего

15 его конца.