Способ предупреждения деформации обсадных колонн в интервалах пластичных горных пород

Способ предупреждения деформации обсадных колонн в интервалах пластичных горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к бурению глубоких скважин и предназначено для обеспечения устойчивости ствола в интервалах пластичных соленосных горных пород.

Целью изобретения является повышение эффективности крепления скважин за счет уменьшения вероятности смятия обсадных колонн в интервалах пластической соли.

Известен способ прогнозирования устойчивости ствола скважины в соляном массиве, по которому потенциально опасные интервалы в отношении деформации обсадной колонны определяются по величине изменения бокового горного давления массива, действующего в условиях пониженного гидростатического давления в заколонном пространстве [1].

Недостатком данного способа является то, что он направлен на выявление интервалов текучих соленосных пород и не обеспечивает закрепление открытого ствола скважин в неустойчивых соленосных породах в условиях действия горного давления.

Известен способ определения параметров устойчивости стенок скважины. По данным повторных измерений профиля ствола производится прогнозирование участков пластического течения горных пород приствольной зоны [2]. Устойчивость стенок скважин оценивают по величине радиального перемещения стенки скважины за интервал времени между двумя измерениями.

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет определить сроки прекращения пластической деформации пород и момента стабилизации стенок скважины при выборе оптимальных сроков спуска обсадных колонн.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ бурения и крепления скважин в пластичных соленосных породах [3], с промывкой буровым раствором минимально допустимой плотности (1.2-1.24 г/см³), при которой отмечается сужение ствола. По величине деформации стенок скважин, определяемой во времени по данным профилеметрии с момента вскрытия солей определяют релаксацию напряжения. По данному способу в течение времени проведения исследований проработка ствола скважин не производится. Крепление скважин обсадными колоннами производится после достижения релаксации напряжения.

Недостатком данного способа является значительные затраты времени в ожидании спуска колонны после вскрытия соленосного разреза. Процесс ползучести каменной соли характеризуется достаточно продолжительным временем и завершается через 1500-2000 сут. В соответствии с расчетом релаксации напряжения для рассматриваемых условий (плотность бурового раствора 1.2-1.24 г/см³, горная порода представлена каменной солью) спуск колонны осуществляют по прошествии 200 суток с момента вскрытия соленосных отложений, что также составляет достаточно большие затраты времени.

Задачей изобретения является обеспечение устойчивости стенок скважины в интервалах пластичных соленосных горных пород на момент спуска обсадных колонн при сокращении затрат времени после вскрытия разреза.

Поставленная задача решается следующим образом. В работе [4] отмечается, что в процессе текучести материалов, в том числе и горных пород, происходит их самоупрочнение, что определяет их устойчивость к деформациям. В реальных условиях залегания соль в своем составе имеют включения плотных пород (ангидрит, известняк и др.), что определяет механизм деформации соленосных пород. Исследованиями установлено, что при постоянной величине напряжения текучесть соли имеет затухающий характер и при достижении определенной величины сужения ствола скважины за счет выжатой пластической составляющей соли внутрь скважины дальнейшая деформация прекращается. После проработки ствола долотом номинального диаметра процесс текучести соли возобновляется, но сопровождается меньшей интенсивностью и величиной сужения ствола. После серии таких проработок текучесть соли прекращается и ствол стабилизируется за счет самоупрочнения околоскважинного пространства. Сущность изобретения заключается в том, что в текучих соленосных породах закрепление ствола производится за счет периодической, не менее 3-х проработок долотом номинального диаметра, пластической составляющей массива, выжатой внутрь ствола из стенок скважины. После каждого цикла проработки через 7 суток по данным профилеметрии определяется изменение интенсивности течения соли. По данным измерений строится график изменения интенсивности течения соли во времени, по которому при значении интенсивности сужения, равном 0 мм/сут, определяется время завершения стабилизации ствола скважины, являющейся благоприятной для спуска обсадной колонны. Для обеспечения устойчивости горного массива в условиях закрепленного ствола обсадной колонной на время проведения исследований создается пониженное гидростатическое давление на стенки скважины за счет плотности бурового раствора, близкой 1.0 г/см³.

Пример осуществления предлагаемого способа. При вскрытии соляного массива в интервале 3976-3998 м выявлено сужение ствола скважины за счет пластической деформации до 255 мм при номинальном диаметре 295 мм (фиг.1). С периодом 20 дней выполнены три технологические операции по выработке пластической составляющей соленосных пород, выжатой внутрь ствола из стенок скважины, долотом номинального диаметра 295 мм. После каждой проработки скважина находилась в технологическом отстое в течение 7 дней, после чего проводился контрольный замер изменения профиля ствола скважины. По этим данным выполнен расчет интенсивности течения соли, которая для характерных участков рассматриваемого интервала различна.

На фиг.2 представлены зависимости, характеризующие изменение интенсивности текучести соли во времени для интервалов: а - 3976-3979 м, б - 3979-3985 м, в - 3985-3988 м. Время стабилизации ствола для этих интервалов соответственно равно 40, 43 и 48 суток. Спуск обсадной колонны выполнен при завершении текучести соли и стабилизации ствола в интервале 3979-3985 м спустя 40 суток. В этом интервале деформации обсадной колонны не произошло.

В интервалах 3976-3979 и 3985-3988 м, где на время спуска обсадной колонны процесс текучести соли в открытом стволе скважины не завершился, ее деформация произошла спустя 7 суток. Техническое состояние обсадной колонны характеризуется минимальным Dmin и максимальным Dmax значениями взаимно перпендикулярных профилей (фиг.1).

Экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в уменьшении вероятности деформации обсадных колонн в интервалах текучих соленосных пород и значительном сокращении срока на безаварийный спуск колонны после вскрытия разреза.

Источники информации

1. Авторское свидетельство РФ №2243371, кл. 7 Е 21 В 47/00, 2004.

2. Авторское свидетельство РФ №2097551, кл. 6 Е 21 В 47/00, 1997.

3. Авторское свидетельство СССР №1404639, кл. 4 Е 21 В 33/14, 1988.

4. Койтер В.Т. Общие теоремы теории упруго-пластических сред. - М.: Изд. Иностранной литературы, 1961. - 79 с.

Способ предупреждения деформации обсадных колонн в интервалах пластичных горных пород, отличающийся тем, что для повышения эффективности крепления скважин за счет уменьшения вероятности смятия обсадных колонн в интервалах пластической соли производится закрепление стенок скважины за счет периодических, не менее 3-х, проработок долотом номинального диаметра пластической составляющей соленосных пород, выжатой внутрь ствола из стенки скважины, и после каждой проработки спустя 7 суток определяется величина сужения ствола по данным профилеметрии, строится график изменения интенсивности течения соли во времени и при значении интенсивности, равном 0 мм/сут, определяется время безопасного спуска обсадной колонны.