Процес кріплення свердловин в текучих калій-магнієвих породах

Винахід відноситься до нафтової та газової промисловості, а саме до кріплення свердловин в інтервалі залягання текучих калій-магнієвих солей, і призначений для попередження деформації обсадних колон проти текучих калій-магнієвих порід. Відомий спосіб буріння і кріплення свердловин в текучих сольових породах, який включає: буріння розрізу з наявністю текучих порід, спуск обсадної колони і її цементування. При цьому спочатку цементують її нижню частину до підошви текучих порід, потім створюють натягання незацементованої (верхньої) частини і цементують її через муфту ступеневого цементування, яку встановлюють над покрівлею текучих порід. Після тужавлення цементу і опресування колони створюють гідравлічний зв'язок трубного і заколонного просторів з метою постійного розвантаження гірського тиску текучих порід на обсадну колону ( див. а.с. №1803536 М. Кл. 5 Е21В33/14 від 26.06.91, опубл. 23.03.93 бюл.№11). Недоліком даного способу є те, що при його використанні не попереджується течія текучих сольових порід і не виключається однобічне навантаження ними обсадної колони і, як наслідок, її згин і порушення, що знижує ефективність способу. Найбільш близьким за технологічною сутністю та досягаємим результатом до пропонованого об'єкту є спосіб кріплення свердловин в текучих породах (див. п. 2066735 М. Кл. 6 Е21В33/14 від 01.11.93, опубл. 20.09.96 бюл.№26), що включає спуск в свердловину обсадної колони із заливочною муфтою (муфтою ступеневого цементування), закачування цементного розчину в затрубний простір нижче підошви і вище покрівлі текучих порід і розміщення нетвердіючої рідини в затрубному просторі в інтервалі залягання текучих порід. Причому муфту ступеневого цементування розмішують на глибині підошви текучих порід, а в якості нетвердіючої рідини використовують в'язко-пружню рідину, при цьому в'язко-пружню рідину розмішують шляхом її подачі в затрубний простір через муфту ступеневого цементування після цементного розчину, який розміщується вище покрівлі текучих порід. Звідси по мірі течії порід гідравлічний тиск в замкнутому об'ємі рідини буде поступово збільшуватися до величини гірського тиску, що буде перешкоджати течії порід та виключати їх безпосередній контакт з обсадною колоною і, таким чином, виключати небезпеку нерівномірного навантаження і згин та порушення колони. Недоліком цього способу є те, що зростання гідравлічного тиску до величини гірського в замкнутому об'ємі рідини в затрубному просторі проти текучих порід буде поступовим в часі по мірі руху пласта текучих порід, тобто рух породи припиниться тільки після зрівнювання гідравлічного тиску рідини з гірським, а до цього моменту текуча порода буде рухатися і за цей час із-за асиметричності стінок каверни в калій-магнієвих породах може досягти одностороннього контакту з обсадною колоною та зігнути її і порушити . Задачею винаходу є створення надлишкового гідравлічного тиску в замкнутому об'ємі в'язко-пружньої рідини навпроти текучих калій-магнієвих порід, відразу ж після процесу тужавлення цементного розчину, який відразу призупинить рух текучої породи і створить умови рівномірного навантаження обсадної колони гідростатичним тиском, що попередить згин і порушення обсадної колони. Для вирішення поставленої задачі у відомому способі кріплення свердловин в текучих породах, що включає спуск в свердловину обсадної колони із муфтою ступеневого цементування, закачування цементного розчину в затрубний простір нижче підошви і вище покрівлі текучих порід, закачування в якості нетвердіючої рідини в'язко-пружньої рідини в інтервал залягання текучих порід шляхом її подачі в затр убний простір після цементного розчину, який закачується вище покрівлі текучих порід, через муфту ступеневого цементування, що встановлена на глибині підошви текучи х порід, згідно винаходу, відразу після тужавлення цементного розчину перед розбурюванням цементного стакана в башмаку обсадної колони через боковий зворотній циркуляційний клапан створюють надлишковий гідравлічний тиск в замкнутому об'ємі в'язко-пружньої рідини до величини, яка визначається із співвідношення: Pг £ Ргідр + Рнадл де: Pг , - гірський тиск, МПа; Ргідр - гідростатичний тиск, який передається стовпом бурового розчину в затрубний простір через боковий зворотній циркуляційний клапан, МПа; Рнадл - величина надлишкового гідравлічного тиску, яку необхідно створити у в'язко-пружній рідині у замкнутому просторі за обсадною колоною навпроти текучих калій-магнієвих порід, МПа. Пропонований процес кріплення свердловин в текучих калій-магнієвих породах здійснюється наступним чином (див. фіг.). В свердловину, яка пробурена у відкладах текучих калій-магнієвих порід 1 спускають обсадну колону 2. В обсадній колоні на глибині підошви текучих калій-магнієвих порід встановлюють муфту ступеневого цементування 3, а над нею спеціальний патрубок 4 з боковим зворотнім циркуляційним клапаном 5. Цементний розчин для цементування затрубного простору нижче підошви текучих калій-магнієвих порід 6 закачують через башмак обсадної колони 2. А цементний розчин для цементування затрубного простору вище покрівлі текучих калій-магнієвих порід 7 закачують через муфту ступеневого цементування 3, і слідом за цементним розчином закачують в'язко-пружню рідину для заповнення об'єму свердловини в затрубному просторі проти всього інтервалу текучих калій-магнієвих порід 8. Відразу після тужавлення цементного розчину перед розбурюванням цементного стакана в башмаку обсадної колони через боковий зворотній циркуляційний клапан 5 створюють надлишковий гідравлічний тиск в замкнутому об'ємі в'язко-пружньої рідини в затрубному просторі проти всього інтервалу текучи х калій-магнієвих порід 8 до величини, яка визначається з співвідношення: Pг £ Ргідр + Рнадл (1) де: Pг - гірський тиск, МПа, який визначається за формулою: Pгідр = 10- 6 rпgH (2) де: r п - середньозважена густина гірських порід, які залягають вище покрівлі текучих калій-магнієвих порід, кг/м 3; g - прискорення сили тяжіння, g=981м/с2; H - глибина покрівлі текучих калій-магнієвих порід, м; Pгідр - гідростатичний тиск, який передається стовпом бурового розчину в затр убний простір через боковий зворотній циркуляційний клапан на глибині Нк, МПа, визначається за формулою: Pгідр = 10- 6 rр gHк (3) де: r р - густина бурового розчину в обсадній колоні від устя до глибини Нк , кг/м 3; g - прискорення сили тяжіння, g=9,81кг/м 3; Hк - глибина, на якій встановлений боковий зворотній циркуляційний клапан, м. Рнадл - величина надлишкового гідравлічного тиску, яку необхідно створити у в'язко-пружній рідині у замкнутому просторі за обсадною колоною проти текучих калій-магнієвих порід, МПа; Приклад реалізації процесу. Здійснюють буріння інтервалу залягання текучих калій-магнієвих порід, наприклад свердловини Машівська 100. Текучі калій-магнієві солі розкриті в інтервалі 2531-2558м. Буріння здійснювалося на буровому розчині густиною 1700кг/м 3. Перед спуском обсадної колони виконують профілеметрію у свердловині і при наявності "язиків" текучих калій-магнієвих порід проводять їх гідророзмив до номінального діаметра ствола. На поверхні заздалегідь готують в'язко-пружну рідину, для чого готують розчин високо окисленого бітуму у дизельному паливі при нагріванні до 70-80°С, додають негашеного вапна 5мас% для зв'язування сторонньої води, обважнюють баритом до густини цементного розчину r ц..р. = 2000кг / м3 . Спускають обсадну колону 2 (див. фіг.) діаметром 245мм на глибину 3300м у свердловину і розташовують муфту ступеневого цементування 3 на глибині підошви залягання текучих калій-магнієвих порід (2557-2558м), а вище муфти 3, встановлюють боковий зворотній циркуляційний клапан 5. Заповнюють цементним розчином затрубний простір 6 нижче муфти ступеневого цементування 3, далі закачують цементний розчин у інтервал ви ще покрівлі текучих калій-магнієвих порід 7 через муфту ступеневого цементування 3 і за ним об'єм в'язкопружньої рідини, який дорівнює подвійному об'єму каверни в затрубному просторі проти всього інтервалу текучих калій-магнієвих порід 8. Відразу після тужавлення цементного розчину до розбурювання цементного стакана в башмаку обсадної колони через боковий зворотній циркуляційний клапан 5 створюють надлишковий гідравлічний тиск в замкнутому об'ємі в'язко-пружньої рідини в затрубному просторі проти всього інтервалу текучих калій-магнієвих порід 8, який визначають наступним чином: Вихідні дані: середньозважена густина гірських порід, які залягають вище покрівлі текучих калій-магнієвих порід rп = 2300кг / м 3 ; глибина покрівлі текучих калій-магнієвих порід Н = 2531м; густина бурового розчину в обсадній колоні від устя до глибини Hк , r р = 1700кг / м3 ; глибина, на якій встановлений боковий зворотній циркуляційний клапан, Hк = 2557м; коефіцієнт надійності розрахунку надлишкового гідравлічного експериментальним шляхом. 1. Визначають величину гірського тиску, за формулою (2): тиску, к= 1 05 , , встановлений Pг = 10-6 rn ´ g ´ H = 10-6 ´ 2300кг / м3 ´ 9,81м / с 2 ´ 2531м = 57,1 МПа , 2. Визначають гідростатичний тиск, який передається стовпом бурового розчину в затр убний простір через боковий зворотній циркуляційний клапан на глибині Hк : Pгідр = 10-6 r р ´ g ´ H = 10-6 ´ 1700кг / м 3 ´ 9,81м / с 2 ´ 2557 м = 42,6, МПа 3. Визначають величину надлишкового гідравлічного тиску, яку необхідно створити у в'язко-пружній рідині у замкнутому просторі за обсадною колоною: Рнадл = к ´ Pг - Pгідр = 1 05 ´ (57,1 - 42,6 ) = 15,2 МПа , де: к- коефіцієнт надійності. Через боковий зворотній циркуляційний клапан 5 за допомогою цементувального агрегату створюють в замкнутому об'ємі в'язко-пружньої рідини в затрубному просторі проти всього інтервалу текучих каліймагнієвих порід 8 надлишковий гідравлічний тиск на величину 15,2МПа. Таким чином в затрубному просторі в інтервалі текучих калій-магнієвих порід створюється протитиск, який перевищує гірський тиск Рнадл + Pгідр f Pг , течія порід припиняється практично відразу після цементування колони, створюється умови рівномірного навантаження обсадної колони гідростатичним тиском, тобто попереджується контакт обсадної колони з текучою калій-магнієвою породою, її згин і порушення від нерівномірного одностороннього навантаження. Застосування запропонованого процесу кріплення свердловин в текучих калій-магнієвих породах дозволяє підвищити ефективність процесу будівництва і експлуатації свердловин, тобто якість і довговічність кріплення свердловин за рахунок попередження згину та порушення обсадної колони, і як наслідок досягти економії матеріалів і часу, забезпечення буріння свердловини до проектної глибини без ускладнень і аварій. ( ) ( )