Способ выявления интервалов пластической деформации соли за обсадной колонной

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при оценке напряженного состояния массива горных пород. Способ включает проведение акустического каротажа в скважине через обсадную колонну и определение бокового горного давления, передаваемого на обсадную колонну через цементное окружение, по отношению измеренных скоростей продольных и поперечных волн в интервале залегания соли. Величину бокового горного давления, передаваемого на стенки колонны, определяют как разность между первым и последующими замерами, причем первый замер выполняют непосредственно после цементирования скважины через 1,5 суток, а повторные замеры выполняют через 5-7 дней и 2,5 месяца. По величине и интенсивности снижения бокового горного давления судят о наличии интервалов пластической деформации соли за обсадной колонной. Изобретение направлено на повышение точности и достоверности оценки напряженного состояния горного массива при выделении интервалов пластической деформации соли в скважинных условиях и предупреждение смятия обсадных колонн. 1 ил.

 

Изобретение относится к геоакустическим методам оценки напряженного состояния массива горных пород.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности выделения интервалов пластической деформации соли после крепления ствола скважин обсадными колоннами.

Известен способ оценки напряженного состояния околоствольной части глубоких скважин с помощью сейсмоакустики, базирующийся на результатах измерений физико-механических свойств пород по комплексу акустических исследований на образцах керна и в скважине [1]. По сопоставлению этих данных и данных измерений диаметра скважины делается заключение об устойчивости ствола.

Недостатком данного способа является то, что он направлен на прогнозирование устойчивости ствола скважин только в интервалах кристаллических пород с преобладанием необратимых хрупких деформаций массива типа трещиноватости. Использование результатов лабораторных измерений физико-механических свойств пород по керну снижает достоверность способа оценки устойчивости пород, находящихся в скважинных условиях.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ предупреждения смятия обсадных колонн в зоне пластической деформации солей, который заключается в установлении дополнительных колонн-хвостовиков в зоны с характерной особенностью проявления пластической деформации пород, определяемой соотношением экспериментального критического давления текучести пород и геостатического давления [2].

Недостатком данного способа является его трудоемкость и низкая достоверность результатов при практическом применении в условиях протяженных интервалов залегания соли с большой изменчивостью по составу и физико-механическим свойствам, так как для определения критических давлений текучести пород предполагается отбор кернового материала и лабораторные исследования. Этот способ также не обладает достаточной точностью, так как после отбора образцов пород из горного массива физико-механические свойства пород необратимо меняются. Использование данных о прочностных свойствах пород аналогичного типов из других объектов при отсутствии кернового материала по данной скважине может привести к неоднозначным результатам.

Цель изобретения заключается в повышении точности и достоверности выявления интервалов пластической деформации соли за счет определения величины бокового горного давления, передаваемого на стенки обсадной колонны, и в отличие от прототипа характеризует состояние горного массива в условиях закрепленного ствола скважины.

Указанная цель изобретения достигается тем, что в способе выявления интервалов пластической деформации соли за обсадной колонной, включающем проведение акустического каротажа в скважине через обсадную колонну и определение бокового горного давления по отношению измеренных скоростей продольных и поперечных волн в интервале залегания соли, определяют боковое горное давление, передаваемое на обсадную колонну через цементное окружение, путем временных измерений скоростей продольных и поперечных волн акустическим методом, а величину бокового горного давления, передаваемого на стенки колонны, определяют как разность между первым и последующими замерами, причем первый замер выполняют непосредственно после цементирования скважины через 1,5 суток, а повторные замеры выполняют через 5-7 дней и 2,5 месяца и по величине и интенсивности снижения бокового горного давления судят о наличии интервалов пластической деформации соли за обсадной колонной.

Цементирование скважины приводит к изоляции заколонного пространства и массива горной породы от противодействия гидростатического давления столба бурового раствора горному давлению, что вызывает проявление участков соли с пониженными механическими свойствами в виде его пластической деформации. Величину действующего бокового горного давления, связанного с коэффициентом Пуассона, определяют по данным акустического широкополосного каротажа, а именно по отношению скоростей продольных V_p и поперечных V_s волн по известной зависимости (Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л. Акустический метод исследования скважин, - М.: Недра, 1978. - 320 с.):

Р_бок=К_бок·P_гор≅(γ/1-γ)·Н·Р_п,

где К_бок - коэффициент бокового распора,

P_гор - вертикальное горное давление, кг/см²,

γ - коэффициент Пуассона, γ=(V_p ²-2V_s ²)/(2(V_p ²-V_s ²)),

Н - глубина скважины, м,

Р_п - плотность горных пород, кг/м³.

Для выявления зон пластической деформации соли за обсадной колонной выполняют временные измерения бокового горного давления. При этом первый замер выполняют непосредственно после цементирования скважины - через 1,5 суток. Для выявления зон интенсивной деформации соли повторный замер выполняют через 5-7 дней. Еще один замер выполняют через 2,5 месяца - для контроля за состоянием выявленных потенциально опасных участков. Величина и интенсивность бокового горного давления, передаваемого на обсадную колонну в результате пластической деформации соли, определяются по разности между первым и последующими замерами.

Такое время проведения повторных измерений бокового горного давления установлено на основании опыта проводки глубоких скважин в сложных горно-геологических условиях (глубина скважин - до 7000 м, мощность соленосных отложений - до 5000 м) и является оптимальным для принятия оперативных решений по обеспечению целостности обсадной колонны. В частности, интервалы с максимальным градиентом передаваемого давления рекомендуют для принятия профилактических мероприятий, обеспечивающих безаварийное ведение последующих буровых работ, например, крепления дополнительными колонами-хвостовиками.

Предлагаемый способ реализован при изучении устойчивости горного массива при бурении скважины 2 пл. Каинсайская, расположенной в зоне развитой соляно-купольной тектоники на юге Оренбургской области (см. чертеж).

Боковое горное давление массива, рассчитанное по данным первого замера через 1,5 суток непосредственно после цементирования, характеризует напряженное состояние горного массива, сложившееся после крепления скважины. Повторные исследования выполнены через 7 суток и через 2,5 месяца после цементирования. По данным измерений, через 7 суток в отдельных интервалах было отмечено начальное снижение бокового горного давления. За этими интервалами в дальнейшем производился контроль, и по результатам повторного замера через 2,5 месяца после цементирования были отмечены интервалы, где снижение бокового горного давления произошло на величину бокового горного давления, переданного на обсадную колонну через цементное окружение, определяемую разностью бокового горного давления и предельной величины механической прочности соли. Предел пластичности соли, установленный для глубоких скважин юга Оренбургской области, составляет 238 кг/см² (см. Геологическое строение и нефтегазоносность Оренбургской области. - Оренбург: Оренбургское книжное издательство, 1997. - 272 с.). По данным измерений, максимальная нагрузка на обсадную колонну за счет бокового горного давления на глубине 2400 м составила 137,5 кг/см². Интенсивность течения соли для данного участка, определенная по величине изменения бокового горного давления за промежуток времени 2,5 месяца, составляет 55 кг/см²/мес.

Преимущество способа выявления интервалов пластической деформации соли за обсадной колонной заключается в высокой точности и достоверности измерения величины бокового горного давления, передаваемого на стенки обсадной колонны, поскольку характеризует состояние горного массива в условиях закрепленного ствола скважины.

Кроме того, способ эффективен ввиду низкой трудоемкости и высокой точности его реализации при решении проблемы предупреждения и снижения риска аварийности в процессе проводки и строительства глубоких скважин в соляном массиве.

Источники информации

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

2. Авторское свидетельство СССР № 1224400, кл. Е 21 В 47/00, 17/00, 1986.

Способ выявления интервалов пластической деформации соли за обсадной колонной, включающий проведение акустического каротажа в скважине через обсадную колонну и определение бокового горного давления по отношению измеренных скоростей продольных и поперечных волн в интервале залегания соли, отличающийся тем, что определяют боковое горное давление, передаваемое на обсадную колонну через цементное окружение, путем временных измерений скоростей продольных и поперечных волн акустическим методом, а величину бокового горного давления, передаваемого на стенки колонны, определяют как разность между первым и последующими замерами, причем первый замер выполняют непосредственно после цементирования скважины через 1,5 суток, а повторные замеры выполняют через 5-7 дней и 2,5 месяца и по величине и интенсивности снижения бокового горного давления судят о наличии интервалов пластической деформации соли за обсадной колонной.