Способ прогнозирования устойчивости ствола скважины в солевом массиве

 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям глубоких скважин и предназначено для определения физико-механических характеристик горного массива. Техническим результатом является повышение точности и достоверности напряженного состояния горного массива и определение интервалов потенциальной текучести соли после спуска обсадной колонны. Для этого способ включает оценку бокового горного давления солевого массива по скорости продольных и поперечных волн акустического каротажа при пониженном гидростатическом давлении, соответствующем условиям заколонного пространства. Потенциально опасные интервалы в отношении деформации обсадной колонны определяются превышением бокового горного давления над гидростатическим. 1 ил.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям глубоких скважин и предназначено для определения напряженного состояния горного массива.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности прогнозирования напряженного состояния горного массива и определение интервалов потенциальной текучести соли после спуска обсадной колонны.

Известен способ прогнозирования устойчивости призабойной зоны пласта, включающий определение акустических и упруго-деформационных свойств на керне и проведение акустического каротажа в скважине [1].

Недостатком данного способа прогнозирования устойчивости ствола скважины является его низкая надежность, так как за базу сравнения основных упругодеформационных свойств принимаются керновые исследования, которые в полной мере не отражают напряженное состояние массива пород в естественных условиях. Предполагаемый отбор кернового материала определяет трудоемкость данного способа.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ оценки напряженного состояния околоствольной части глубоких скважин с помощью сейсмоакустики, базирующийся на результатах акустических измерений на керне, кавернометрии и широкополосного акустического каротажа [2]. По комплексу акустических исследований на образцах керна и в скважине оцениваются упругомеханические свойства пород и делается заключение об устойчивости ствола.

Недостатком данного способа является то, что он предназначен для прогнозирования устойчивости открытого ствола скважин только в интервалах кристаллических пород обладающих необратимыми хрупкими деформациями массива и не позволяет контролировать состояние скважины против пластических пород. Использование результатов лабораторных измерений на керне по данному способу снижают его достоверность и точность, так как после отбора образцов пород из горного массива свойства их необратимо меняются.

Сущность изобретения заключается в определении интервалов потенциальной текучести соли в открытом стволе скважины по превышению бокового горного давления по данным акустического широкополосного каротажа над гидростатическим столба бурового раствора при моделировании условий, определяющих напряженное состояние солевого массива после цементирования скважины путем снижения гидростатического давления.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Горизонтальная составляющая полного горного давления определяется методом акустического широкополосного каротажа (АКШ) по скорости продольных и поперечных волн по известной зависимости:

Р_бок=Р_гG/(1-G),

где Р _г - вертикальное горное давление, МПа;

G - коэффициент Пуассона;

G=(0,5(V_p/V_s)² -1)/((V_p/V_s)²-1).

В процессе бурения для обеспечения скрепляющего действия на стенки скважины в солевом массиве за счет гидростатического давления применяется буровой раствор высокой плотности. При этом величина бокового горного давления со стороны горного массива, определенная по данным акустического каротажа, компенсируется противодействием столба промывочной жидкости на стенки скважины. В таких условиях устойчивого состояния горного массива выделение интервалов соли, склонных к течению и представляющих опасность после спуска обсадных колонн, по промысловым и геофизическим данным представляет определенную проблему. Поэтому для выделения потенциально опасных интервалов соли с низкими физико-механическими свойствами методом АКШ создаются скважинные условия с пониженным гидростатическим давлением (например, за счет снижения уровня бурового раствора), близким к условиям заколонного пространства после цементирования обсадной колонны. При изоляции заколонного пространства от скважинного, создаются условия пониженного гидростатического давления на массив горной породы, определяемого плотностью жидкости оставшейся за колонной после схватывания цемента (в кавернах и дефектах цементирования).

Моделирование пониженного гидростатического давления бурового раствора на стенки скважины в открытом стволе производится снижением его уровня (Н), рассчитываемого по формуле:

H=h(p₁ -p₂)/p₁,

где h - уровень бурового раствора до устья скважины, м;

p₁ - плотность бурового раствора, г/см³;

р₂ - плотность жидкости за колонной (близка 1), г/см³.

Прогнозная величина бокового горного давления со стороны солевого массива, передаваемая на обсадную колонну после ее спуска, определяется как разность давлений, определенных при пониженном уровне бурового раствора: бокового горного давления и гиростатического давления.

Отличительной особенностью изобретения является высокая точность и достоверность прогнозирования устойчивости ствола скважины в солевом массиве после спуска обсадной колонны, простотой и низкой трудоемкостью при реализации.

Возможность осуществления изобретения подтверждается его практической реализацией при исследовании скважины 2 пл. Каинсайская, расположенной в зоне с развитой соляной тектоникой. Исследования методом АКШ выполнены в открытом стволе скважины, заполненной буровым раствором до устья плотностью 1,43 г/см³ (см.чертеж). Максимальное значение бокового горного давления Р_бок(факт), рассчитанное по данным акустического каротажа в интервале исследования 2280-2670 м составляет 23,0 МПа (при гидростатическом давлении 32,5-38,0 МПа). Таким образом, устойчивое состояние солевого массива обеспечивается противодействием со стороны скважины давлением до 13,2 МПа. При этом вычисленный параметр Р_бок(факт) не дифференцирует разрез скважины на интервалы, склонные к повышенной пластической деформации.

Боковое горное давление массива Р_бок (прогноз), рассчитанное по данным АКШ в реальных условиях состояния солевого массива после крепления скважины при сниженном гидростатическом давлении, определяет те потенциальные нагрузки, которые будут переданы на обсадную колонну после ее спуска. При этом интервалы с повышенными значениями бокового горного давления солевого массива, превышающего гидростатическое до 12,0 МПа, являются потенциально опасными в отношении деформации обсадной колонны. Для последующей безаварийной проводки и эксплуатации скважин такие интервалы рекомендуется перекрывать колонной с секциями высокопрочных труб.

Экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в низкой трудоемкости и высокой точности его реализации при решении проблем безаварийной проводки и эксплуатации глубоких скважин.

Источники информации.

1. Авторское свидетельство СССР №694632, кл. Е 21 В 47/00, 1979.

2. Методические рекомендации по оценке напряженного состояния околоскважинной части глубоких скважин с помощью сейсмоакустики. - М., 1979.

Формула изобретения

Способ прогнозирования устойчивости ствола скважины в солевом массиве, отличающийся тем, что производится оценка бокового горного давления солевого массива по скорости продольных и поперечных волн акустического каротажа при пониженном гидростатическом давлении, соответствующем условиям заколонного пространства, а потенциально опасные интервалы в отношении деформации обсадной колонны определяются превышением бокового горного давления над гидростатическим.

РИСУНКИ