Способ прогнозирования разрушения эксплуатационных колонн
Использование: нефтегазодобывающая промышленность, в частности способы прогнозирования места разрушения обсадных колонн эксплуатационных скважин. Сущность изобретения: на стадии проек.тирования сетки скважин месторождений выделяют места пересечения границ тектонических блоков со слоями пород, имеющих гравитационную неустойчивость. Замеряют плотность и толщину этих пород и определяют давление, оказываемое породами с меньшей плотностью на вышележащие породы с большей плотностью, после чего для межблочной определяют предельное сопротивление сдвигу и при превышении давления над сопротивлением сдвигу делают вывод об опасности разрушения колонн. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 В 47/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4864548/03 (22) 06.09.90 (46) 23.10.92. Бюл. N 39 (71) Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности (72) B.È.Áåëêèí, О,M.Ãàðèïîâ и С.B.ÊîáûлинскиЙ (56) Авторское свидетельство СССР
N1260509,,кл. Е 21 В 45/00, 1984.
Авторское свидельство СССР
¹ 1399458, кл. Е 21 В 47/00, 1986. (54) СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗРУШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН (57) Использование: нефтегазодобывающая промышленность, в частности способы проИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам прогнозирования места разрушения обсадных колонн эксплуатационных скважин.
Известен способ прогнозирования разрушения эксплуатационных колонн в скважинах, построенных в условиях повышенной сейсмичности земной коры, включающий фиксацию и измерение среднегодовой скорости перемещения земной поверхности и определение времени образования дефектов в колоннах(1).
Недостатки способа: во-первых, способ действителен только в районах с высокой сейсмической активностью, во-вторых, для определения среднегодовой скорости перемещения земной поверхности необходимо время, измеряемое годами, что небезопасно для целостности обсадных колонн, втретьих, в сейсмически активных районах перемещение поверхности земной коры не всегда опасно для скважины, поскольку перемещается вся земная кора, или ее отдель„„5U„, 1770558 А1 гнозирования места разрушения обсадных колонн эксплуатационных скважин, Сущность изобретения: на стадии проектирования сетки скважин месторождений выделяют места пересечения границ тектонических блоков со слоями пород, имеющих гравитационную неустойчивость. Замеряют плотность и толщину этих пород и определяют давление, оказываемое породами с меньшей плотностью на вышележащие породы с большей плотностью, после чего для межблочной определяют предельное сопротивление сдвигу и при превышении давления над сопротивлением сдвигу делают вывод об опасности разрушения колонн. 3 ил. ные крупные блоки толщиной, намного превосходящей глубину скважины, т.е, возможно перемещение скважины совместно с тектоническими блоками без нагрузок на обсадные колонны, в-четвертых, максимально допустимая амплитуда смещения точек земной поверхности, равная 50 мм, принятая из опыта эксплуатации скважин в Азербайджане, не является универсальной, приемлемой для других нефтяных районов.
Известен способ прогноза, взятый за прототип. заключающийся в прогнозировании разрушения обсадных колонн, спущенных в скважины, имеющих интервалы с пластической деформацией горных пород (2). Способ включает проектирование сетки разбуривания скважин, установку обсадных колонн в скважины, эксплуатацию скважин и определение соотношения эт а1
Рг, где P3T, — экспериментальное критическое давление текучести пород, ЧПа;
1770558
Pc, — геостатическое давление в интервале залегания пластических пород, МПа, по величине которого прогнозируют деформацию пород и смятие обсадных колонн.
Недостаток способа заключается в том, что возможно только прогнозирование смятия колонн и только в интервале пластических пород. На месторождениях Западной
Сибири имеет место особый вид разрушения обсадных колонн. В основном разрушаются резьбовые соединения от возникающих дополнительных осевых и боковых усилий, Нарушения имеют место как в интервале пластических глинистых пород, так и в интервале скважины, перекрытом кондуктором, Кроме того, прогнозирование невозможно до проектирования и разбуривания скважин; во-вторых, способ не действителен после ввода скважины в эксплуатацию, т.е, он применим только на этапах бурения, освоения и ввода скважин в эксплуатацию, что говорит о его малоэффективности.
В Западной Сибири(ЗС) последние полтора десятилетия с 1976 г. получили широкое распространение порывы обсадных колонн эксплуатационных и, значительно реже, разведочных скважин. Распределение скважин с нарушением целостности обсадной колонны представлено в табл. 1, из которой видно, что 67,29О потерявших целостность колонн скважин приходится на глубины менее 700 м, причем более 2/3 из них или 47,53 от общего количества скважин поломано в интервале 400 — 700 м, Как было установлено исследованиями
СибНИИНП, за небольшим исключением скважины, поломанные на глубинах 400—
700 м, приурочены к стометровому стратиграфическому интервалу залегания гравитационно-неустойчивой толщи пород люлинворской свиты, которая погружается .от бортов 3 С от дневной поверхности к центру и северу ее (до 700 м), что говорит о недоучете влияния геологических факторов на. разрушение целостности колонн скважин.
Цель изобретения — повышение эффективности способа, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем проектирование сетки разбуривания скважин, измерение физических параметров пород, по которым судят об искривлении или сломе колонн, при проектировании сетки разбуривания скважин выделяют места пересечения границ тектонических блоков со слоями пород, имеющих гравитационную неустойчивость, замеряют плотности и толщину этих пород и определяют давление, оказываемое породами с меньшей плотностью на вышележащие породы с большей плотностью, после чего для межблочий определяют предельное сопротивление сдвигу и при
5 превышении давления всплывающих пород над сопротивлением сдвигу делают вывод об опасности разрушения колонн.
Сущность предлагаемого способа прогнозирования состоит в том, чтобы обезопа10 сить попадание колонн скважин в наиболее напряженные участки земной коры, особенно там, где возможн ы перемещен ия горн ых пород, характерные для толщ с гравитационно неустойчивым залеганием слоев по15 род, В системе с гравитационной неустойчивостью всегда имеет место Архимедова сила всплытия легких пород, действующая на вышележащие тяжелые породы с давлением
20 Рв и препятствующее ей, предельно» сопротивление сдвигу 7пред,, где
Рв < 2пред. (1)
Исключением являются участки, приуроченные к межблочьям, 25 Предельное сопротивление сдвигу определяется формулой;
Т пред. = С + f Р, (2) где С вЂ” коэффициент сцепления. М la;
С=0,1осж, где осж — сжимающее напря30 жение, МПа; коэффициент внутреннего трения, Р осж 0 1Ц
P — эффективное давление, МПа (P =
35 =Рг- Ри);
Рг — горное давление, МПа;
P — нейтральное (поровое, гидростатическое) давление, МПа;
B межблочьях слои пород . еряют
40 сплошность за счет разломов и разрывов без смещений. Коэффициент стру стурного ослабления, характеризующий отношение сцепления по контактам естественных трещин к сцеплению в монолитной породе. для
45 крупноблоковой трещиноватости в:реднем составляет 0.01, т.е, С = 0,01 (0,1 о; ж) и для мелкоблоковой трещиноватости — 0,1, т.е.
С = 0,1 (0,1 асж).
Тогда формула (2) будет иметь следую50 щий вид: для крупноблоковой трещиноватости тпред, = ггсж = 0,001 гтсж + 0,0001 Осж Р. (3) для мелкоблоковой трещиноватости
Хпред = Осж = 0,01 Усж + 0,001 6 сж Р. (4)
55 При гравитационно неустойчив:м залегании породы с меньшей плотностью оказывают давление на вышележащие псроды с большей плотностью, рассчитываемое по формуле:
1770558
Р =(У - У1, ЬЦ, (5) где у1 — плотно-ть легких пород, кг/м; з.
yz — плотность тяжелых пород, кг/м; з.
h — толщина слоя легких пород, м;
Ра — давление, оказываемое всплывающими породами, МПа;
q — ускорение свободного падения, м/с, При выполнении соотношения Pa >
>tnpep. произойдут вертикальные перемещения пород, что является причиной выхода из строя скважин.
На фиг. 1, 2, 3 схематически изображены планы расположения скважин на кустах, соответственно кустам 42, 37, 23, где сплошной линией показаны проекции целых скважин, прерывистой — поломанных, Окончания отрезков соответствуют проекциям забоев скважин. Интервалы поломок выделены крестами, в случае неполоманных скважин (443, 817) штрихами обозначены проекции люлинворской свиты. Ось межблочья показана штрихпунктирной линией, Границы межблочий выделены сплошными двойными линиями, Предлагаемый способ прогнозирования реализуют следующим образом, На стадии проектирования сетки скважин месторождений, где известно присутствие в отдельных стратиграфических интервалах регионально выдержанных слоев с гравитационно неустойчивым залеганием пород, выделяют на основе полевой геофизики и дешифрирования аэро-космоснимков границы тектонических блоков. Далее устанавливают места пересечения межблочий с гравитационно неустойчивыми слоями пород. В гравитационно неустойчивых толщах измеряют плотности слагающих их пород и определяют разность плотностей наиболее легких из них с вмещающими породами. Устанавливают среднее значение тол щин ы легких пород. Измеряют сжимающее напряжение (o
5
Пример 1, В качестве конкретного примера рассмотрим условия для прогнозирования разрушения эксплуатационных колонн на кусте 42 Северо-Варьеганского месторождения (см. фиг. 1), На этом кусте 13 скважин, 11 из которых разрушено на глубинах 500 — 700 м (см. табл, 2), причем интервал поломки сопоставим с глубиной залегания люлинворской свиты, Поданным полевой геофизики и дешифрирования космоснимков установлено, что куст 42 расположен на пересечении межблочий северо-восточного и северо-западного простирания, ограничивающих крупные тектонические блоки.
Как известно, люлинворская свита сло,жена гравитационно неустойчивыми породами. Плотность и сжимающее напряжение по данным лабораторных исследований керна приведены в табл. 3.
По данным изучения керна и ГИС толщина наиболее легких диатомитовых пород колеблется от 7 до 15 м (верхняя часть свиты), в среднем в пределах куста 42 составляет 10 м. Среднее значение плотности пород (ynn.), перекрывающих люлинворскую свиту,2,0 10 кг/м . Тогда, подставив в срормуле з (3) и (5) выше приведенные значения, учитывая, что абсолютная отметка кровли диатомитового слоя равна 550 м, рассчитаем минимальное Pamm и максимальное птах
1п ред. ат1п min max
Рв = () глин ) диатом . ) х оо max х диатом. ° q гпред. = 0,001 х
" + 0,0001 о,. " х (Н диатом диатом х а — Н ув q).где ) глин " = 1,9 10 (Ki /м ):. ) диатом
= 1,1 10 (кг/м ). тдиатом Р = 10 (M). Осж = 6 (Mila). диатом
Н = 550 (м)
ynn. = 2,0 10 (кг/м ), ye = 1,0 10з (кг/м") тогда Рр " = 0,8 (М Па). tn peg " = 0.4 (МПа) т е Pe > Пример 2. С меньшей степенью детальности рассмотрим применение способа прогнозирования для куста 37 СевероВарьеганского месторождения, где граница тектонических блоков проходит в 150 — 165 м от места заложения куста (см. фиг, 2). Пять из 11-ти скважин поломано, причем 4 из них разрушено в интервале залегания люлинворской свиты (на глубинах 550 — 750 м), а 348 скважина разрушена на глубине 17001740 м. По 350 скважине нет сведений о ее 1770558 Таблица Распределение скважин с нарушением герметичности обсадной колонны по интервалам глубин порыва Таблица 2 герметичности, судя по геолого-промысловой информации, длительное время находится в бездействии. что говорит о ее возможной неисправности, Проведенный анализ (аналогичен рассмотренному выше для К-42) показал, что Ps "> unpen "., т,е. при толщине диатомитового слоя в 7 м Рв " =0,56 МПа при гпред. " = 0,4 МПа. Следствием чего явилось разрушение скважин, пересекающих гравитационно неустойчивую толщу в пределах межблочья. П риме р 3. На примере куста 23(фиг. 3) рассмотрим соотношение минимального выталкивающего напряжения и максимального предельного сопротивления сдвигу для мелкоблоковой трещиноватости, При толщине диатомитового слоя в 11 м минимальное выталкивающее напряжение составит 0,88 МПа при максимуме в-1,43 МПа, тогда как максимальное сопротивление сдвигу будет равно 3,9 MRa при минимуме 2,6 МПа, т.е. pem < г р д.m " что говорит о невозможности всплытия или перемещения пород. Как видно из фиг. 3 поломанной на кусте 23 является единственная скважина 750, которая оказалась на пересечении межблочий, где мелкоблоковая трещиноватость за счет значительного усиления ее интенсивности приближается к крупноблоковой трещиноватости, что делает ее аварийноопасной для эксплуатационных колонн, Таким образом, если бы заблаговременно использовали способ прогнозирования разрушения колонн на этих кустах, то спасли бы 16 скважин. 5 Предлагаемый способ прогнозирования разрушения колонн найдет широкое применение в тех нефтяных районах страны, где имеются слои гравитационно-неустойчивых пород, причем независимо от 10 природной активности земной коры, Формула изобретения Способ прогнозирования разрушения эксплуатационных колонн, включающий проектирование сетки разбуривания сква15 жин, измерение физических параметров пород, по которым судят об искривле, ии или сломе колонн, отn и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения эффективности способа, при проектировании сетки разбурива20 ния скважин выделяют места пересечения границ тектонических блоков со слоями пород, имеющих гравитационную неустойчивость, замеряют плотности и толщину этих пород и определяют давление, оказываемое 25 породами с меньшей плотностью на вышележащие породы с большей плотностью, после чего для межблочий определяют предельное сопротивление сдвигу и при превышении давления над сопротивлением 30 сдвигу делают вывод об опасности разрушения колонн, Продолжение табл. 2 1770558 Таблица 3 1770558 1 799 4:ИГ. к-83 и Редактор Заказ 3723 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 / / g /97 I I l7Q8 Составитель О. Гарипов Техред М,Моргентал КоРРектоР В, Петраш
