Способ изоляции зон поглощения бурового раствора

Способ изоляции зон поглощения бурового раствора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

* (51)5 Е 21 В 33/13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4621025/03 (22) 15.12;88 (46) 07.07.92, Бюл. 1Ф 25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) Б. M. Курочкин, П. Н. Драцкий, В. И. Масич, T. H. Бикчурин, P. 4. Вахитов, В, И. Халявкин, Л. С..Сидоров и P. Х. Фаткуллин

{56) Крылов В. И. и др, Осложнения при бурении скважин, M. Недра, 1965, с. 76-81.

Инструкция по борьбе с поглощениями при бурении и креплении скважин, РД 39-2684-82, 1982, с. 46. (54) СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ БУРОВОГО. РАСТВОРА (57) Изобретение относится к сооружению скважин, а именно изоляции эон поглощения. Цель — повышение эффективности изоляционных работ за счет последовательного заполнения поглощающего пласта тампонажной смесью от "кровли" и до "подошвы".

Для этого после определения характериСтик приемистости пласта на уровень его кровли на бурильных трубах 1 опускают разИзобретение относится к бурению скважин и сооружению горных выработок, а конкретно — к способам изоляции зон поглощения бурового раствора, встречающихся при проводке скважин.

Известен способ изоляции пластов путем закачки тампонажной смеси в интервал пласта через открытый конец колонны труб.

В процессе поступления тампонажного

Материала в интервал пласта давление s скважине (на изолируемый пласт) определя„„53J 1745883 А1 делительную пробку 3. Над пробкой 3 размещают пакер 2. При подаче тампонажной смеси по трубам 1 пакер 2 перекрывает пространство скважины выше поглощающего пласта, а пробка 3 под действием смеси перемещается вниз. При движении вниз она создает в пространстве между ней и пакером избыточное давление, например за счет положительной плавучести, что улучшает условия тампонажа пласта. При этом расход нагнетаемой смеси определяется как

Ри

Qo>KH — — — Ризб, где Кн — начальный коэфРк фициент приемистости пласта (перед проведением изоляционных работ), м /ч МПа, Р, 3 — опрессовочное давление всего пласта перед изоляционными работами при нагнетании жидкости в пласт с расходом Озм /ч, Р< з — запланированное конечное опрессовочное давление всего пласта на заключительной стадии нагнетания смеси в пласт с расходом Озм /ч, Римо — избыточное давле- з ние, возникающее в "кровле" пласта за счет дополнительного сопротивления, МПа. 2 ил. ется положением динамического уровня, в связи с чем не обеспечивается заполнение пласта тампонажной смесью на заданную глубину.

Наиболее близок к предлагаемому способ изоляции зон поглощения бурового раствора, включающий спуск заливочных труб и нагнетание тампонажной смеси в пласт по колонне труб с герметизацией кольцевого пространства выше -кровли изолируемого пласта. В этом случае тампонажнук смесь

1745883

Ризб<Рк (2) Рн

Qo > Кн — Ризб

Рк

0з

Кн—

Рн (3) ОЗ = Кн Рн . (4) Рн

КК=KH—

Рк нагнетают до получения некоторого заранее заданного избыточного давления Р» при заданном расходе Оо.

Недостатком данного способа является отсутствие возможности регулирования давления нагнетания смеси по толщине пласта в момент его заполнения. В результате "подошва" пласта в процессе нагнетания смеси находится под воздействием большего перепада давления, чем его остальная часть, Данное обстоятельство обусловливает преимущественное заполнение

"подошвенной" части пласта, особенно в случаях, когда она более проницаема, чем

"кровля", или в том случае, когда пласт имеет большую толщину или представлен породами высокой проницаемости. В результате качественная изоляция пласта с соблюдением технологических требований достигается преимущественна в "подошвенной" части пласта, а для изоляции остальной части требуются дополнительные работы.

Цель изобретения — повышение: эффективности изоляционных работ эа счет последовательного заполнения поглощающего- пласта тампонажной смесью от

"кровли" до "подошвы", Поставленная цель достигается тем, что в способе изоляции зон поглощения бурового раствора,.включающем спуск заливочных труб и нагнетание тампонажной смеси в пласт, предварительно создают дополнительное сопротивление нагнетаемой тампонажной смеси. П ри этом расход нагнетаемой тампонажной смеси определяют иэ соотношения; где Кн — начальный коэффициент приемистости пласта (перед проведением изоляционных работ). м /ч МПа;.

PH — опрессовочное давление всего пласта перед изоляционными работами при нагнетании жидкости в пласт с расходом Оэ м /ч;

Рк — запланированное конечное опрессовочное давление всего пласта на заклю- чительной стадии нагнетания смеси в пласт с расходом С1з, м /ч.

Риэб — ИЗбЫтОЧНОЕ ДаВЛЕНИЕ, ВОЗНИКаЮщее в "кровле" пласта за счет дополнительного сопротивления, МПа.

Кроме того, в способе изоляции эон поглощения бурового раствора в качестве дополнительного сопротивления используют разделительную пробку. Предварительно создаваемое дополнительное сопротивление; препятствующее одновременному заполнению пласта тампойажной смесью по всей его толщине, обеспечивает реализацию условий, при которых заполнение пла5 ста происходит последовательно от

"кровли" до "подошвы". Причем распространению тампонажной смеси одновременно по всей толщине пласта препятствует предварительно размещенная (перед на- .

10 гнетанием смеси) в "кровле" пласта, например, разделительная пробка, создающая

ИзбЫтОЧНОЕ даВЛЕНИЕ Ризб И ОбуСЛОВЛИВаЮ-. щая дополнительное сопротивление смеси, нагнетаемой с расходом Оо. При этом, чтобы

15 поглощающий пласт был надежно изолирован, необходимо заполнить его приствольную часть тампонажной смесью на определенную глубину, что контролируется достижением величины избыточного давле20 ния Р» при нагнетании в пласт смеси известной консистенции, Таким образом, условие надежной изоляции пласта запишется в следующем виде: где P» — запланированное конечное опрессовочное давление всего пласта на заключительной стадии нагнетания смеси в пласт с

30 заданным расходом Qg, Определим связь Рк с гидродинамической характеристикой поглощающего пласта, т.е. коэффициентом приемистости (К):

35 Оз . 0з

К = —; Р = —, Рк Кк где Кк — конечное значение коэффициента приемистости пласта, при котором обеспе40 чивается надежность изоляции.

Взаимосвязь начальной гидродинамической характеристики пласта — коэффициента приемистости Кн (до проведения изоляционных работ) и ее конечной величи45 ны (Кк) после изоляции определяется иэ выражения:

50 где Рн — опрессовочное давление всего пласта перед изоляционными работами при нагнетании жидкости в пласт с расходом Оз:

Решая уравнение (2) относительно Оз и приравнивая соответствующие части (2) .и (3), получаем:

1745883 (5)

Рк.Q3

Риэб + — —

Рн Кн

Из-(2), (3) видно, что отношение — в

Ра

Рн формуле (5) и Кн являются величинами постоянными относительно конкретного пла- 10 ста при различных расходах нагнетания жидкости в пласт.

Отсюда соотношение (5) представляет собой фУнкЦию ДвУх пеРеменных Q и Ризб, гДе Ризб опРеДелЯетсЯ в основном пРинЦипом действия и конструктивными особенностями подвижной разделительной пробки, которые наперед заданы и обусловлены условиями в скважине и особенностями предстоящей изоляционной работы, Независимой переменной, изменением которой можно реализовать предлагаемый способ, является расход тампонажной смеси (4, при котором выполняется условие (1), Отсюда соотношение(5) запишем в сле- 25 дующем виде:

0,785 dn !и ф )и, 0,785 Оске где Gapx — масса жидкости, равная объему пробки;

30 dn In Vn yn Gn — соответственно диаметр, длина. объем, плотность и масса пробки;

yp — плотность жидкости, находящейся в скважине;

35 иске, иске — соответственно площадь поперечного сечения скважины и диаметр.

Подставляя величину Ризб из (7) в (6), рассчитывают расход Qo.ñ которым тампонажную смесь нагнетают в пласт:

Qo >Кн p In(yp yn) (8) . Рн,, Рн

Qo >Кн Ризб

Рк (6) После спуска и установки пробки в

45 "кровле" пласта (фиг. 2) производят распакеровку гидромеханического пакера 2 и приступают к приготовлению и закачиванию тампонажной смеси в колонну труб. По достижению нижней границы смеси по50 движной разделительной пробки 3, расположенной в "кровле" пласта, расход тампонажной смеси Оо задают в соответствии с (8). При этом пробка 3 опускается, открывая верхнюю проницаемую часть пла55 ста, в которую начинает поступать смесь. По мере заполнения открытой части пласта смесью давление нагнетания ее увеличивается эа Счет закупоривания проницаемой породы и повышения сопротивления движению смеси по пласту. Когда давление нагнеПоставляя в (1) величину Р» из (2) и заменяя Кк из (4), получим: где Ризб — избыточное давление, возникающее в "кровле" пласта за счет дополнительного сопротивления.

Таким образом, выполнение соотношения (6) позволяет задать такой режим нагнетания смеси в пласт, при котором обеспечивается заполнение приствольной части пласта на определенную глубину, при которой достигается надежная изоляция.

Аналогичных технических решений авторами не обнаружено. Следовательно, данное решение обладает существенными отличиями.

Способ осуществляют следующим образом.

После вскрытия поглощающего пласта проводят гидродинамические исследования с целью опрвделения его характеристики, т.е. начальной величины коэффициента приемистости Кн, а также определения типа тампонажной смеси (в зависимости от Кн) для предстоящих изоляционных работ, и в зависимости от свойств смеси устанавливают величины Р» и 03 (опрессовочный режим), После этого в скважину на бурильных трубах 1 спускают устройство 2 для герметизации кольцевого пространства, например гидромеханический пакер и разделительную пробку 3 (фиг. 1). Разделительную пробку устанавливают в "кровле" поглощающего пласта. Конструкции подвижных разделительных пробок могут быть различными. Рассмотрим, например, вариант предлагаемого способа с использованием всплывающей самоуплотняющейся разделительной пробки. В рассматриваеМОМ СЛуЧаЕ ИзбЫтОЧНОЕ даВЛЕНИЕ (Р„зб) СОэдается за счет подъемной (архимедовой) силы. ДлЯ созданиЯ Ризб необходимо, чтобы средняя плотность всей пробки была меньше плотности жидкости, заполняющей скважину.

Для всплывающей пробки определим

Ризб: Gx Сп пп ) . и

Риэб

Иске 0 785 ске принимая dn = D«a получим;

Ризб= In (yð Уп )

1745883 тания смеси в пласт достигнет величины

Риз5 в соответствии с (1), всплывающая пробка опускается еще ниже, открывая следующую,.неизолированную, часть пласта, в которую начинает поступать смесь. . Так последовательно осуществляется изоляция всего пласта от "кровли" до "подошвы"..Причем пласт заполняется в каждой

его части тампонажным веществом до получения технологических необходимого давления Рк,:т.е. на заданную глубину,.что обеспечивает надежность изоляции пласта.

При этом исключается преимущественное заполнение подошвенной части.

Момент окончания нагнетания смеси в пласт контролируют по повышению давления нагнетания смеси в пласт на 5-.10% по сравнению с Рк, а также по расчетному (запланированному) объему смеси.

По окончании продавки колонну труб с пакером поднимают иэ скважины, выдерживают время ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента); затем цементный "мост", образовавшийся в скважине, разбуривают и исследуют пласт нэ приемистость для оценки надежности изоляции.

Пример реализации способа.

При бурении скважины диаметром

215,9 мм в отложениях Намюрского яруса в интервале 850 — 870 и встречена эона полного поглощения. По результатам гидродинамических исследований коэффициент приемистости пласта составил КН=150 м /ч з

МПа.

В качестве разделительной пробки может быть использована пробка из облегченного материала плотностью 500 кг/м длиной 10 м и диаметром 205 мм, В верхней части пробки закреплены резиновые уплотнительные манжеты наружным диаметром

216 мм.

Для ликвидации поглощения приготовили тампонажную смесь на основе 10 т цемента с добавками до 5% крупноразмерных наполнителей и 10% бентонита. Для данного типа смеси и начальной приемистости пласта К =150 м /ч.МПа) критерию наз дежности изоляции удовлетворяет P„-3

МПа при О =15 м /ч. По данным исследоваз, ний при Оз=15 м /ч Рн 0,1 МПа.

По формуле (8) определяем расход тампонажной смеси Q< при ее нагнетании в пласт, который должен составить не менее

0,5м /ч.

Q ) 10 K„p 1п (gp j )

5. Рн

> 10 l50 — 10 (1500 — 500) > 0,5 м /ч, — 5. 01. 3

5 где 10 — переводной коэффициент, учиты-5 вающий размерности величин в формуле(8), Плотность жидкости (ур-), в которой находится пробка, в расчете приняли равной плотности бурового раствора, заполняюще10 го скважину.

Технологический процесс осуществляют следующим образом.

В скважину спускают разделительную пробку и доставляют ее к "кровле" пласта

15 путем проталкивания по скважине колонной бурильных труб, на конце которой установлен гидромеханический пакер.

После этого колонну труб с пакером приподнимают и запакеровывают пакер на

20 глубине 800 м. Затем приступают к приготовлению и нагнетанию в трубы тэмпонажной смеси. По мере нагнетания смеси вытесняемый буровой раствор, находящий. ся в колонне труб и подпакерной зоне, по25 глощается верхней частью изолируемого пласта. При этом пробка находилась чуть ниже "кровли", т.е. этот процесс осуществляется при давлении, меньшем Рк. После подхода тампонажной смеси к "кровле" fllIB30 ста режим ее нагнетания, т.е. расход, уста-. новили в соответствии с расчетом, т.е. на уровне 4 м /ч, что удовлетворяет условию з расчета. После откачки расчетного объема продавочной жидкости давление нагнета35 ния повышается до 3,5 МПа, что служит сиг- налом окончания процесса изоляции.

Колонну бурильных труб с пакером поднимают из скважины и после выдержки времени ОЗЦ разбуривают цементный "мост" в

40 интервале 820 — 880 м. Поглощение ликвидировано.

Технико-экономические преимущества описанного способа изоляции зон поглощения бурового раствора по сравнению с из45 вестным заключаются в сокращении расхода тампонажных материалов и времени изоляционных работ. Указанные преимущества достигаются за счет последовательного заполнения поглощаю50 щего пласта от "кровли" до "подошвы" тэмпонажным материалом и исключения необходимости и ро ведения допол ни тел ьных изоляционных работ.

55 Ф ормула изобретения

Способ изоляции зон поглощения бурового раствора, включающий спуск заливочных труб и нагнетание тампонажной смеси

1745883

Рр

Оо + Кн Риэб. °

Рк

Составитель П.Драцкий

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Лукач

Редактор Б.Федотов

Заказ 2371 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 в пласт, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности изоляционных работ за счет последовательного заполнения поглощающего пласта тампонажной смесью, начиная от его "кров- 5 ли" и до "подошвы", создают дополнительное сопротивление нагнетаемой тампонажной смеси путем размещения в

"кровле" поглощающего пласта до нагнетания последней разделительной пробки, при 10 этом расход нагнетаемой смеси определяется соотношением; где Кн — начальный коэффициент приемистости пласта(перед проведением изоляционных работ), м /ч МПа;

Рн — опрессовочное давление(МПа) всего пласта перед изоляционными работами при нагнетании жидкости в пласт с расходом Озм /ч;

Р» — запланированное конечное опрессовочное давление (МПа) всего пласта на заключительной стадии нагнетания смеси в пласт с расходом 03 м /ч;

Р б. — избыточное давление, возникающее в "кровле" пласта за счет избыточного сопротивления, МПа.