Способ оценки прихватоопасности бурового раствора

 

Способ оценки прихватоопасности бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин , осуществляют следующим образом . Определяют удельную адгезионную силу, измеряемую отрывом пуансона , рассчитывают распределение давления на скелет по толщине глинистой корки и во времени. Определяют угол охвата колонны труб глинистой коркой , рассчитывают плотность бурового раствора и сравнивают ее с заданной. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

COLlHAËÈÑTÈ×ECHÈÕ

РЕСПУБЛИН щ) Е 21 В 31/00 1Anq!13 Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4684969/03 (22) 26.04.89 (46) 07 ° 08 92, Бюл. Н 29 (71) Апрелевское отделение Всесоюз-. ного научно"исследовательского гео логоразведочного нефтяного института (72) H.В.Степанов, Л.В.Медведева, Д.В.Хуршудов и О,И.Иадрин (5e) Авторское свидетельство СССР

N 1541233, кл. С 09 K 7/02, 1982. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРИХВАТООПАСНОСТИ

БУРОВОГО РАСТВОРА

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для предупреждения прихватов, возникающих под действием перепада давления в системе скважина — пласт.

Известен способ оценки прихватоопасности буровых растворов„ включающий измерение средних значений коэффициента трения и адгезии (липко" сти) глинистой корки, сформированной из исследуемого бурового раст" вора.

Однако в этом способе не учитываются геологические условия, компоновка бурильной колонны, влияющие на силу прихвата, а также изменение этой силы во времени.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является. способ оценки прихватоопасности буро" вых растворов, включающий измереййе коэффициента трения, консолидации и

„„ЯЦ„„1752926 Al

2 (57) Способ оценки прихватоопасности бурового раствора, используемого при бурении нефтяных и газовых скв,— жин, осуществляют следующим образом. Определяют удельную адгезионную силу„ измеряемую отрывом пуансона, рассчитывают распределение давления на скелет по толщине глинистой корки и во времени. Определяют угол охвата колонны труб глинистой коркой, рассчитывают плотность бурового раствора и сравнивают ее с заданной. 1 табл. удельной адгезионной силы глинистой корки созданием нагрузки с последующим отрывом пуансона, а также определение давления в порах корки и угла охвата ею колонны труб, позволяющие определить плотность бурового раствора, необходимую для предуп. реждения прихватов при заданных геологических условиях.

Недостатком этого способа является то, что используются средние значения удельной адгезионной силы и коэффициента трения в то время, как они зависят от времени контакта и угла охвата трубы коркой, поэтому полученная оценка прихватоопасно- . сти бурового раствора недостаточно точна.

Целью изобретения является повыщение точности определения условий прихватоопасности буровых растворов путем учета изменения удельной ад1752926 гезионной силы и коэффициента трения по толщине глинистой корки и во времени, Сущность способа заключается в следующем.

При прихвате происходит консолидация (уплотнение) глинистой корки, сопровождающаяся отжимом поровой влаги под действием приложенной нагрузки. За счет этого уменьшается обьем пор, глинистая корка дефор= мируется, уменьшаясь в обьеме, и количество частиц глины в единице объема корки увеличивается. Нагрузка перераспределяется на глинистые частицы корки и давление Р на них уве личивается пропорционально уменьше-. нию порового давления P согласно соотношению

РК Р) где P — приложенная нагрузка конkсолидации, Как показали эксперименты, пропорционально увеличивается удельная адгезионная сила А, измеряемая отрывом пуансона, перемещаемого нормально поверхности корки. Разрыв корки происходит по различной глубине в зависимости от ее физико-химических свойств. Теория консолидации позволяет рассчитать распределение давления на скелет корки Р по толщине и во времени. Замеряя удельную адгезионную силу Ач и рассчиты" вая величину давления на скелет Рв для интервала времени консолидации и слоя корки, по которому происходит ее разрыв, можно определить эмпирический коэффициент 0, связывающий эти две величины в виде уравнения

А = о(Р, Согласно закону трения Дерягина коэффициент трения (u равен тангенсу угла наклона прямой, исходящей из начала координат и представляющей собой эмпирическую зависимость удельной адгезионной силы А ч от приложенной нагрузки консолидации Р„,т.е. коэффициент трения равен отношению удельной адгезионной силы А к приложенной нагрузке Р .

А

I .2

Рк

Откуда

a Р

Р Рк

Время измере ф ния t мин

А, МПА Р, Mila p

3

5

0,022

0,045

0,060

О, l12

О, ll43

0,011

О, 023

О, 031

0,057

0,074

0,0057

0,012

О, 016

0,03

0,038

Толщина отрыва одинакова и составляет x/L = 0,9, Давление на скелет корки P onpe5 деляют, используя известное соотношение Терцаги между давлением на пуансон Р и давлением в порах корки Р, являющимся функцией от времени и толщины корки.

Для случая одномерной консолида-. ции решение уравнения Терцаги для данных условий имеет вид

Так как Р является функцией времени и толщины корки, то и величина (ц также является функцией этих параметров.

Изобретение осуществляется следую10 щим образом.

Бурение скважины ведется в пластах, сложенных из чередующихся непроницаемых и проницаемых горных пород, доля которых в разрезе составляет

11 40 . В интервале бурения 4200-4300 м применяется следующая компоновка бурильной колонны: долото диаметром

190 мм, УБТ 146 мм х 100 м, бурильные трубы 140 мм х 2150 м, 127 ммх

q 1700 м, 114 мм х 402 м.

Перед бурением заданного интервала измеряют коэффициент консолидации глинистой корки, сформированной из исследуемого бурового раствора. Для замера удельной адгезионной силы Ач прикладывают нагрузку к пуансону, установленному на глинистой корке, и выдерживают ее некоторый промежуток времени, который замеряют. Произ3О .водят отрыв пуансона от глинистой корки, замеряют нагрузку при отрыве

А4 и толщину корки, оторвавшейся.. вместе с пуансоном.

Получают следующие значения

З удельной адгезионной силы A), приведенные в таблице.

175 -9><р(х,Ф) = 8/ р > ------ х (-1) (2п-1)

0=%

1 . Г (2n-1)nx

> ехр -(2n-1) N) siп --- — ——

2L 2 А,2 Су где N=—

4 4 1.- ) С . — коэффициент консолидации, характеризующий динамику изменения давления в глинистой корке (м.с j

L — - толщина глинистой корки (м);

h.

t — время (c) ь — фактор времени (безразмерный}, ) Так как

5 . k то отсюда можно рассчитать Р

Замеренный коэффициент консоли- 20 дации С = 5,2 10 ) м /с. Расчетное значение Р5 приведено в таблице при

Р = 1 МПа. Отсюда Q = 0,52 и можне рассчитать р, приведенное в таблице. 25 . Сила прихвата не должна превышать максимально допустимой. нагрузки, равной С = 790 кН. Длина контакта

УБТ с проницаемыми горными породами составляет Н2 - Н„ = 100 м х 0,4

= 40 м.

Для предупреждения прихватов можно определить, какие параметры буро". вого раствора О, (U, А необходимо поддерживать, чтобы предупредить прихват, Например плотность бурового раствора

Р 2 2.

2 (1 — — ) R g (Н > — Н, ) sing + м„Рк

2 J Pcos old< о

+ т а7на+ Н,)81пО(м

О м

М(Р„sin б(+ — J Pcos9 d М) о .

6 г 7 Р к — (к — в ) - — R,, 0(= агссоs

2 т(1 с 1 т)

R — радиус скважины м)

Давление P определяют, решая численными методами следующее дифференциальное уравнение:

3Р 3 Р .1 3P 1 3 Р

= С (-,— + — — + — — — )

3t < fr1 r 3r r1 gg где т, 8 - координаты.

Это уравнение решается на ЭВК при следующих граничных условиях.

Г: На стенке скважины избыточное давление по сравнению с пластовым равно нулю:

Р(О,t) - fj„gH = О. ;„- градиент пластового давления, Н = (Н,2 - Н )/2.

2. Начальное распределение гидравлического давления в корке линейное:

1- 1 с

P(r,О) = P + (Р -р )"-- —— о и о р -p

% к с

3. Поверхность трубы непроницае" мая: — — в п(М-О) +

3Р

g1 I 3P

+ -- — — cos(g-Q= = О

Используя приведенные выше соотношения, можно получить плотность бурового раствора Р предупреждающую прихват, равную 1860, 1810 и 1680 кг/м соответственно через 1, 5 и 30 мин простоя. Исходя из технологических условий бурения и других ограничений, накладываемых на плотность бурового раствора, выбирают. ее равной

1810 кг/м, что позволяет бурить без прихватов при простоях не более

5 мин.

g(H< + Н,) sin g где. ̈́—

Н2R т ра р); нижняя глуГина рассматриваемого интервала, м, верхняя глубина интервала м ) . ускорение силы тяжести

tHc 3 радиус прихватываемых труб 1мj; максимальный угол охвата трубы глинистой коркой

Формула изобретения

Способ оценки прихватоопасности бурового раствора, включающий измерение коэффициента трения, консолидации и удельной адгезионной силы глинистой корки при создании нагрузки на пуансон, определение силы его отрыва, определение давления в порах глинистой корки и угла охвата ее колонны труб с последующим расчетом

I плотности бурового раствора и сравнения ее с заданной, о т л и ч а юl

1752926 м

2ь (Р в пй, — 1 P гosnldoc

@(Н,2 + Н, ) s an о(где Н

Н L

R т

Р к б

2(1 — — ) R 8(Н - Н ) sing

Р q. Я о(м Рк

2 j P-совМс1 с6

+ о

g (Н <- Н ) s in ь рд

Составитель Н,Степанов

Техред If.Иоргентал Корректор И.Керецман

Редактор Т„Юрчикова

Заказ 2742 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11303S, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,!01 шийся тем, что, с целью повышения его точности за счет учета изменения удельной адгезионной силы и коэффициента трения по толщине глинистой .корки и во времени, дополнительно определяют время создания нагрузки на пуансон и толщину отрыва глинистой корки пуансоном, а плотность бурового раствора определяют по следующему уравнению: нижняя глубина интервала; верхняя глубина интервала „ радиус прихватываемых труб максимальный угол охвата трубы глинистой коркой, .- давление в порах корки, - нагрузка на пуансон, — эмпирический коэффициент; — максимально допустимая нагрузка.