Способ освобождения прихваченной колонны труб

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к способам ликвидации прихватов колонны бурильных труб путем установки жидкостной ванны. Цель изобретения - повышение эффективности ликвидации прихвата за счет увеличения амплитуды изменения давления в зоне прихвата путем создания депрессии в зоне прихвата. Для этого во время продавки жидкостной ванны в зону прихвата в составной столб продавочной жидкости, закачиваемой в колонну труб, включают облегченную жидкость, высота столба которой выбирается из условия создания технологически допустимой депрессии в зоне прихвата. После этого формируют пачку газа в изолированном затрубном пространстве необходимой высоты и сжимают ее до получения максимально допустимого давления на устье закачкой в колонну труб жидкости. По достижении этого давления внутреннее пространство колонны труб сообщают с атмосферой и стравливают жидкость из колонны до получения необходимой депрессии в скважине. После этого ванну вымывают из скважины и извлекают колонну.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к способам ликвидации прихватов колонны труб путем установки жидкостных ванн.

Известен способ освобождения прихваченной колонны труб, включающий установку в зоне прихвата жидкостной ванны, закачку в изолированное затрубное пространство пачки газа и ее сжатие созданием избыточного давления с последующим сбросом через колонну труб.

Недостаток способа состоит в том, что в зоне прихвата перепад давления создается только в репрессионном режиме, что снижает эффективность ликвидации прихвата, возникшего под действием перепада давления. Снижение давления ниже пластового (создание депрессии) при реализации данного способа невозможно.

Цель изобретения - повышение эффективности ликвидации прихвата за счет увеличения амплитуды изменения давления в зоне прихвата путем создания депрессии в скважине.

Цель достигается тем, что во время продавки жидкости ванны в зону прихвата в составной столб продавочной жидкости, закачиваемой в колонну труб, включают облегченную жидкость, формируют пачку газа в затрубном пространстве и перекрывают его, после чего созданием избыточного давления пачку газа сжимают до получения необходимого давления на устье и далее внутреннее пространство колонны труб сообщают с атмосферой. Стравливание жидкости из колонны ведут до момента, когда в колонне остается порция облегченной жидкости, высота стола h_o которой определяется из соотношения h₀= , а высоту пачки газа h_г, закачиваемого в затрубное пространство, выбирают из соотношения h_г= ,, где Р_р - гидростатическое давление в трубах при их заполнении буровым раствором до нижнего уровня жидкостной ванны; Р_в - гидростатическое давление, создаваемое столбом жидкостной ванны от верхней границы прихвата до нижнего уровня жидкости ванны, знак (+) выбирается, если нижняя граница жидкости ванны находится в колонне труб выше зоны прихвата, знак (-), если ниже зоны прихвата в затрубном пространстве или в колонне труб; Р_пл - пластовое давление; Δр - величина технологически допустимой депрессии, которую необходимо создать в зоне прихвата; g - ускорение силы тяжести; ρ_бр и ρ_o - плотность буpового раствора и облегченной жидкости; Р_у - давление на устье скважины при закачке пачки газа; Р_р^в - гидростатическое давление, создаваемое столбом бурового раствора в затрубном пространстве от устья скважины до уровня жидкостной ванны в затрубье;
Р_в^з - гидростатическое давление столба жидкостной ванны, находящейся над зоной прихвата в затрубном пространстве.

Способ осуществляют следующим образом.

При возникновении прихвата колонны труб определяют глубину прихвата и необходимый объем жидкостной ванны, который выбирают с учетом перекрытия ванной всей зоны прихвата при ее перемещениях вверх и вниз. Расчетный объем жидкостной ванны и буферной жидкости закачивают в колонну и продавливают в зону прихвата. В качестве продавочной жидкости используют буровой раствор и облегченную жидкость, плотность которой меньше плотности бурового раствора. После продавки жидкостной ванны в затрубное пространство (продавливают ее несколько выше, так чтобы при максимальном снижении уровня жидкости в затрубном пространстве во время формирования "пузыря" верхняя граница ванны находилась на 50 м выше верхней границы прихвата) внутреннее пространство колонны труб сообщают с атмосферой. При этом происходит переток жидкости из затрубного пространства в трубы за счет разности плотностей до момента уравновешивания гидростатических давлений. Во время снижения уровня жидкости в затрубном пространстве в нем формируют нужной высоты пачку газа, при необходимости используя подсоединенный к затрубному пространству компрессор. После этого скважину герметизируют и продавкой буровыми насосами через колонну труб требуемого объема жидкости перемещают вверх ванну, сжимая пачку газа на устье. Создаваемое таким образом избыточное давление на устье определяется из условия его максимизации с учетом предотвращения гидроразрыва пластов и поглощения жидкости. По мере увеличения давления на устье при закачке жидкости в колонну увеличивается давление в зоне прихвата, что интенсифицирует процесс проникновения жидкости ванны в пласт.

Продавив заданное количество жидкости в колонну труб и по достижении заданного давления на устье скважины, внутреннее пространство колонны труб сообщают с атмосферой. Под действием сжатой пачки газа и за счет разности плотностей (наличие в колонне облегченной жидкости) в трубах и затрубье происходят переток жидкости и перемещение ванны. При этом давление в зоне прихвата снижается.

Отбор жидкости из колонны труб производят в мерную емкость до момента когда в колонне остается порция облегченной жидкости, высота столба которой определяется по приведенному соотношению. Это обеспечивает создание в зоне прихвата технологически допустимой депрессии.

При реализации способа рассчитанный по приведенному соотношению столб облегченной жидкости можно закачать в колонну труб, а сжатие пачки газа производить путем закачки в колонну либо бурового раствора, либо той же облегченной жидкости. При этом контроль закаченной в колонну и отобранной жидкости производится известными объемными методами.

Описанные выше операции производят необходимое количество раз до ликвидации прихвата, после чего жидкостную ванну вымывают из скважины с противодавлением на устье и извлекают колонну бурильных труб.

Приведенные выше соотношения получены из равенства давлений в затрубном пространстве и в колонне труб при разжатой пачке газа (равновесное состояние столбов жидкости в колонне и в затрубье) с учетом созданной технологически допустимой депрессии на уровне верхней границы прихвата.

П р и м е р. Производят расчет основных параметров предлагаемого способа без учета структурных свойств бурового раствора для следующих исходных данных: глубина скважины Н = 3000 м, расстояние от устья до верхней границы прихвата h_п = 2000 м, длина прихваченной части колонны h_пр = 300 м, высота перекрытия зоны прихвата ванной Δh = 50 м, плотность жидкостной ванны ρ_в = 800 кг/м³, плотность бурового раствора ρ_бр = 1300 кг/м³, плотность облегченной жидкости ρ_о = 1000 кг/м³, пластовое давление Р_пл = 24 ˙ 10⁶ Па, допустимая величина создаваемой депрессии Δp = 10˙ ˙ 10⁵ Па, давление на устье при закачке газа Р_у = 6 ˙ 10⁵ Па.

При реализации предлагается закачивать пачку газа с использованием компрессора, Ру = 6 ˙ 10⁵ Па.

Определяют высоту пачки газа, закачиваемого в затрубное пространство,
h_г= = 224 м
Принимают h_г = 225 м.

Для закачки пачки газа используют компрессор, входящий в комплект оборудования буровой. Развиваемое им давление Р_к = 7 ˙ 10⁵ Па.

Необходимая высота столба ванны, достаточная для перекрытия зоны прихвата при выполнении всех операций,
h_в = h_пр + h_г + 2 Δh = 625 м.

Имея площадь поперечного сечения затрубного пространства в месте установки ванны, исходя из конструкции скважины, (принимают S = 1,6 ˙ 10^-2 м²) определяют объем жидкостной ванны
W_в = h_в ˙ S = 625 ˙ 1,6 ˙ 10^-2 = 10 м³.

Определяют высоту столба облегченной жидкости, закачиваемой в бурильную колонну, исходя из условия создания необходимой депрессии:
=
Принимают h_o = 1810 м.

Необходимо отметить, что высота столба облегченной жидкости может быть изменена на нужную величину подбором ее плотности.

Давление в скважине на уровне верхней границы прихвата при разжатой пачке газа (создание депрессии) равно
Р₁ = Р_пл - Δp = 240 . 10⁵˙ 10˙ 10⁵ = = 230 ˙ 10⁵ Па
Определяют высоту подъема жидкостой ванны h₁ и сжатия пачки газа из условия достижения на устье скважины максимально допустимого давления, которое задается конкретными условиями в скважине и должно обеспечивать предотвращение гидроразрыва пород и поглощение жидкости, Принимают Р_у2 = 100 ˙ 10⁵ Па. Из соотношения Р_у1V₁ = P_y2V₂ и при условии равенстваплощади поперечного сечения затрубного пространства на глубине h_г имеют
Р_у1h_г = Р_у2(h_г - h₁); h₁= ;;
h₁= = 211 м
Давление на глубине верхней границы прихвата при перемещении жидкостной ванны на h₁ и сжатие пачки газа определяют из соотношения Р₂ = Р_у2 + ρ_брg(h_п - h_г - Δ h) + ρ _вg(h₁ + Δ h) = =340˙ 10⁵ Па.

Амплитуда изменения давления в зоне прихвата
ΔР = Р_{2 -} Р₁ = 340˙ 10⁵ - 230˙ 10⁵ = = 110 ˙ 10⁵ Па.

По прототипу значение ΔР значительно ниже.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволит увеличить амплитуду изменения давления в зоне прихвата и скорость перемещения жидкости в скважине. Это ведет к размыву фильтрационной корки, а снижение давления в зоне прихвата ниже пластового - к снятию гидравлической составляющей силы прихвата и к успешной его ликвидации.

Значительным преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является возможность использования маломощного компрессора, входящего в комплект оборудования буровой, для закачки пачки газа, что расширяет границы применяемого способа.

Формула изобретения

СПОСОБ ОСВОБОЖДЕНИЯ ПРИХВАЧЕННОЙ КОЛОННЫ ТРУБ, включающий установку в зоне прихвата жидкостной ванны, закачку в изолированное затрубное пространство пачки газа и ее сжатие созданием избыточного давления с последующим сбросом через колонну труб, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности ликвидации прихвата за счет увеличения амплитуды изменения давления в зоне прихвата путем создания депрессии в скважине, во время продавки жидкости ванны в зону прихвата через колонну труб закачивают облегченную жидкость, а при стравливании жидкости из колонны после создания максимально допустимого избыточного давления в ней оставляют порцию облегченной жидкости, высоту h₀ столба которой определяют из условия обеспечения технологически допустимой депрессии по соотношению
h₀= , м,
а высоту пачки газа, закачиваемого в затрубное пространство, выбирают из соотношения
h_г= , м ,
где P_р - гидростатическое давление в трубах при их заполнении буровым раствором до нижнего уровня жидкостной ванны, Па;
P_в - гидростатическое давление, создаваемое столбом жидкостной ванны от верхней границы прихвата до нижнего уровня жидкости ванны, знак "+" выбирается, если нижняя граница жидкости ванны находится в колонне труб выше зоны прихвата, знак "-" - если ниже зоны прихвата в затрубном пространстве или в колонне труб, Па;
P_пл - пластовое давление, Па;
Δ P - величина технологически допустимой депрессии, которую необходимо создать в зоне прихвата, Па;
g - ускорение силы тяжести;
ρ_б.p , ρ_o - плотность бурового раствора и облегченной жидкости, г/м³;
P_у - давление на устье скважины при закачке пачки газа, Па;
P_p^з - гидростатическое давление, создаваемое столбом бурового раствора в затрубном пространстве от устья скважины до уровня жидкостной ванны, в затрубье, Па;
P_в^з - гидростатическое давление столба жидкостной ванны, находящейся над зоной прихвата в затрубном пространстве, Па.