Спосіб визначення зон аварійного зім’яття обсадних колон

Изобретение относится к гаэон&фтадэбывающей промышленности и предназначено для определения степени смятия обсадных колонн сі важины в интервалах залегания перекрывающих газонефтеносиые горизонты пластов Цель изобретения Изобретение относится к гззонефтедобывающей промышленности и предназначено для определения степени смятия обсадных колонн скважины в интервалах залегания перекрывающих газонефтеносные горизонты пластов (например, галит, доломит, ангидрит и т д) с целью своевременного проведения предупреждающих смятие технологических мероприятий и обеспечения безаварийной работы скважины в процессе разработки месторождений. Известны методы прогнозирования скорости сужения ствол? скважины при повышение эффективности и точности определения степени смятия обсадных колонн. Для этого по разведочным скважинам одним из геофизических методов - методом акустической эмиссии - измеряют напряженность перекрывающего газоносные горизонты пласта, способного оказать сминающее действие на обсадную колонну, и, интерполируя замеренные величины напряженности, находят местоположение на геологической структуре оси равновесия динамических нагрузок. Рассчитывают изменение мощности газоносною горизонта в связи с падением пластового давления в залежи при ее разработке и вычисляют величину перемещения сминающего пласта относительно обсадкой колонны Л и , а о возможности аварийного смятия колонн судчт по значению A U, равному 1/2 или более диаметра скважины. 1 табл., 4 ил. пластической деформации пород, основанные на зависимости скорости течения упруго вязких сред от разницы горного давления и давления столба бурового раствора с интервалах их залегания при вскрытии горного массива Данная методика позволяет характеризовать состояние некоторых пород в период прохождения их буровым инструментом (открытый ствол скважинь;) и не может эффективно использоваться для определения динамических характеристик сминающего пласта, как элемента геологической структуры месторождения в период о 1710701 его эксплуатации, т.е. когда в скважину спущены и зацемснтиропэны обсадные колонны. Наиболее близким к изобретению является способ предупреждения смятия 5 обсадных колонн в зоне плзстической деформации солей, заключающийся а определении на данной площади по каждой скважине критических давлений текучести горных пород, способных подвер- 10 гаться пластической деформации (Рэ т.) и геостатических давлений по всему разрезу скважины {?(} и т д. В соответствии .с особенностями физического состояния пород (Рэт .Рг = 1: 15 > 1) оконтуривают различные зоны на погоризонгэльных структурных картах По формуле Рк = Рэ.т. - Рц • Кп определяют прогнозную критическую депрессию пла20 стового Флюида, а по формуле Рпт-APk сминающего пласта повышает точность нахождения расстояния от этой оси до точек измерений (определений) других величин, участвующих в дальнейших вычислениях, а также точность окончательного результата. Экспериментальным (например, по керновому материалу на установке Кармана) или расчетным путем с использованием литературных данных определяют параметр сжимаемости пород коллектора, моделируя пластовые давления при падении давления в залежи, и вычисляют величину изменения (сокращения) мощности газоносного горизонта в точках замера (Ah). Для определения параметра A h расчетным путем применима методика определения степени уплотнения осадочных пород, разработанная сотрудниками МИНХа. Затем находят величину перемещения сминающего пласта относительно обсадной колонны в конкретных точках месторождения (Ді_і) по выражению: AU - Vm2 + h2" - Vm2 +(h ~(6h - Ahf)f, определяют время безаварийной работы скважины, т.е. период, в который необходимо проводить технические мероприятия с 25 где т - расстояние от точки замера до оси целью предупреждения смятия обсадной равновесия динамических нагрузок, м, колонны. h - расстояние от точки пересечения сминающего пласта с осью равновесия динаНедостаток известного способа - низмических нагрузок до спроектированной на кая эффективность прогнозирования зон смятия и отсутствие точности определений 30 нее точки замера, м; количественных параметров деформации A h - величина, характеризующая измедлі условий, когда воздействующие на нение мощности коллектора о зоне равностенки обсадной колонны горные породы не весия динамических нагрузок в находятся в упруго-вязком (текучем) состоязависимости от степени сжимаемости понии, а также значшетьные затраты, связан- 35 род при изменении параметра Рг-Рпл -* Рг, ные с определением многих параметров по м, каждой скважине на месторождении (Рэ,т. где Рг~ геостатическое давление на кровлю продуктивного горизонта, Рг, Рпг. Рд, Рк.ХЬэ.). Цель изобретения - повышение эффекРпл~ пластовое давление в залежи; тивности и точности способа определения 40 A hi - величина, характеризующая изстепени смятия путем установления количеменение мощности коллектора в точке заственных параметров воздействия горных мера, м. пород на скважину во времени еще до начаДо разработки месторождения при ла эксплуатационного бурения и снижения Рг - Рпл = const горные породы, слагаюзатрат на геолого-промысловые исследоващие месторождение, представляют сония вследствие сокращения «х объема. бой устойчивую систему, которая может Поставленная цель достигается тем. что претерпеть изменения только на протяжепо разведочным скважинам одним из геонии длительного геологического времени. физических методов - методом акустичеОднако, в процессе активного отбора газа ской эмиссии - измеряют напряженность из залежи, плсстоеое давление снижается перекрывающего газоносные горизонты и это влечет за собой увеличение геостэтипласта, способного оказать сминающее ческого давления на скелет коллектора. действие на обсадную колонну и. интерПроисходит уплотнение коллектора уменьполируя замеренные величины напряшение его эффективных мощностей и обь- ... женности, находят местоположение на ема вследствие проявления различных геологической структуре оси оавновесия дивидов деформаций горных пород, а также намических нагрузок. вследствие отдгчи жидкого флюида из контактирующих с коллектором влагонзсыОпределение истинного положения щенных глинистых и других пластов и оси равновесия динамических нагрузок 1710701 элементов самого коллектора. Это в свою очередь, влечет за собой сокращение поверхности кровли газоносного горизонта. В то же время перекрывающий газовую залежь и сминающий обсадную колонну 5 пласт, представляющий собой более пластичное однако твердое тело, под действием геостатического давления вышележащих горных пород стремится занять новое пространственное положение. Этот процесс ха- 10 рактеризуется высокой энергоемкостью и протекает скачкообразно. В результате сминающий колонну пласт перемещается в вертикальной и горизонтальной плоскостях по отношению к подсти- 15 лающим и перекрывающим породам, а, следовательно, и к проходящей в них обсадной колонне, чго в итоге приводит к ее смятию или разрушению. * Определение степени смятия обсадных 20 колонн производят путем установления динамических и линейьых параметров сминающего колонну пласта по отношению к стволу скважины для различных зон месторождения при Pf - РПл '* Рг с учетом особен- 25 ностей его геологического строения. Так как основные продуктивные пласты газовых залежей представлены, в основном, песчаниками, алевролитами, известняками, которые в рассматривае- 30 мых нар/и горно-геапогических условиях не проявляют пластических деформаций, а также ввиду того, что предел прочности их на сжатие относительно невелик и они спосо&ны разрушаться при сравнительно 35 небольших нагрузках, уменьшение мтчг ности коллекторов в процессе разработки месторождений не вызывает сомнений. С другой стороны,определения характера смятия колонн с помощью свинцовых 40 "печатей" и других в процессе капитальных ремонтов аварийных скважин также подтверждает предположение о наличии односторонненаправленных боковых напряжении в интервалах залегания пла- 45 стичных горных пород На фиг.1 показана структурная карта месторождения, на фиг 2 - схематический разрез залежи, нз фиг 3 и А - прогнозные 50 ка рты. Сущность прогнозирования по предлагаемому спосоду заключается в следующем (фиг.1-3). На стадии разведочных работ в период установления основных элементов геологи- 55 ческого строения месторождения строят структурную карту месторождения (фиг.1) по кровле сминающего плзегэ с указанием изолиний 1 глубины 2 его залегания, контура 3 газоносности А В С - точки замеров, совпадающие с имеющимися на месторождении скважинами. В выбранных скважинах методом акустической эмиссии определяют напряженность сминающего пласта и ее значения 4 износят рядом с векторными значками 5. Интерполяция данных акустической эмиссии позволяет определить центр равноаесия динамических нагрузок 0, который в приведенной ситуации совпадает с центром сводовой части структуры месторождения. По данным геолого-промысловых и геофизических исследований определяют положение сминающего пласта при РПл начальном и определяют расстояния m и h. На фиг 2 схематически показан разрез залежи от кровли сминающего колонну пластэ до ГВК или контура газоносности с изображением его поверхности в заданном направлении (на фиг.2 в одной плоскости показаны три разреза, т.е. в направлении ОА, ОВ, ОС) при Рпл начальном 1 (кривые ОА = LA, OB = Ls,OC = Lc). По керновому материалу пластаколлектора, взятому из разведочных скважин, экспериментальным путем устанавливают параметр сжимаемости этих пород при условии снижения Рпл до значения, определенного проектом разработки месторождения. В случае недостаточности керноеого материала для расчетов используют данные из литературных источников по экспериментальным исследованиям аналогичных пород. Затем для каждой из точек рассчитывают прогнозную величину сокращения мощности продуктивного горизонта и определяюг положение сминающего колонну пласта при РПл конечное. На фиг.2 положение поверхности сминающею пласта нэ момент окончания разррботки залежи представлено кривой 2. Линия ОМ является осью равновесия динамических нагрузок Отрезок ОМ = h расстояние на оси равновесия динамических нагрузок от точки пересечения ее со смикающим пластом до спроектированной на нее точки замера при Рпл начальном. Отрезок OiO = Ah - расстояние на оси равновесия динамических нагрузок между точками пересечения ее со сминающим пластом при Рпл начальном и Рпл гек. т.е. изменение мощности газоносного горизонта по оси ОМ. Отрезки С С - Aht В В' = Д Ив - изменение мощности газоносного горизонта в точках замера Отрезками AM, BM\ СМ" - т . т ' . т 1 - расстояние от ючек заме 1710701 pa до оси равновесия динамических нагруанализа взаимодействия тектонических зок по горизонтали. Точки Ai, Bi, Сі - расэлементов, составляющих их структуру. положение точек А, В, С на кривой 2. Точки Пример выполнения способа прогнозиВ', С - проекции тоііек В, С с кривой 1 на рования. кривую 2. A L A . A L B A L C - расстояние, на 5 По данным разведочного бурения покоторое перемещаются точки вместе с пластроена схематическая прогнозная карта стом при снижении пластового давления, Ефремовского ҐКМ (фиг А), на которой укахарактеризует линейное боковое действие заны изолинии 1 глубины залегания кровпласта на обсадную КОЛОННУ скважины и ли продуктивного пласта 2, места равное соответстоенно: OiAi - OiA; O1B1 - 10 расположения разведочных скважин 3 с ОіВ'; ОіСі - ОіС\ которое определяют по номерами 4, контур 5 газоносности, разрывные нарушения 6, контур 7 соляного выражению: r штока, центр равновесия динамических наLi = Vm* + h - VnT" 4- [h - (Ah - Ahjtf* грузок сминающего пласта 8, векторные Значения Д L( Д h) наносят на прогноззначки напряженности сминающего пласта ную карту (фиг 3), где обозначены изолинии 15 9 и их числовые значения 10 1 заяеганкя кровли сминающего пласта с указанием значений глубин 2, контур 3 газоПо данным геолого-промысловых матеносности , точки замеров (скважины) 4 с их риалов определены параметры для расчета номерами 5, и выделают зоны 7-9 различAL пласта по отношению к обсадным колонной степени действия сминающего пласта 20 нам разведочных скважин 1-3 и сведены в на обсадную колонну. таблицу. Как видно на прогнозной карте (фиг.З) Подставив табличны^ данные в формулу можно выделить несколько зон деформаAL - V ^ f г?~- Vrr7^[h - (Дп - ДЬТ)]2" ции: зону 7 равновесия горизонтальных динамических нагрузок, а которой переме- 25 определяют Дідля каждой скважины щение пород происходит параллельно ствоALs-0,29 м, Д Li = 0,27 м,Д Us = 0,069 м лу скважины и к боковому смятию обсадной Согласие данным расчетов определяем колонны, как правило, не приводит, но при зону 11 аварийных ситуаций и наносим ее значительной величине вертикального пена прогнозную карту. ремещения и разниие в скоростях перефор- 30 Факг расположения скважин 12 со мирооания горных пород в продуктивном и смятыми обсадными колоннами а обознаперекрывающем залежь интервап&х в обченной иа карте аварийной зоне 11 подсадной колонне возникают критические тверждает возможность прогнозирования осевые напряжения (сжимающие или растяпроцесса по предлагаемому нами способу. гивающие), приводящие < сплошным разры- '*5 Предлагаемый способ по сравнению с вам, трещинам, сужению проходного известным имеет ряд преимуществ Основсечелия и другим осложіениям; зону 8 неной эффект достигается возможностью прозначительных деформацій, в которой стегнозирования количественных параметров пень смя*. и я обсадной колонны при и характеоа деформации по небольшому соблюдении технологии установки, не тре- 40 числу разведочных скважин что дает возбующей дополнительных затрат, позволяет можностьсвоевременно планировать и проэксплуатировать скважину без ремонтных водить мероприятия по предотврзщению мероприятий до окончания разработки засмятия обсадных колонн непосредственно лежи; зону 9 аварийной боковой деформапри строительстве эксплуатационных сквации, характеризующуюся значительным 45 жин. Экономическая эффективность достигоризонтальным перемещением сминаюгается также значительным сокращением _ щего колонну пласта, равную или превышаобъема геолого-промысловых исследовающую \ /2 диаметра скважины. ний, экспериментальных определений и теоретических ранетов. Б связи с этим при проектировании 50 Экономическая эффективность рассчиі ана для Крестищенского ГКМ по состостроительства скважин в зонах 7 и Э необянию фонда скважин на 1,01 86 г., т е. на ходимо планировать, а при строительстве период, когда смятие обсадных колонн в проводить различные по технологии преинтервалах залегания соляных пластов, дупредительные мероприятия Точность прогнозирования аварийного £5 перекрывающих газоносные горизонты, следует считать установленным фактом. смятия обсадных колонн на некоторых За базу для расчета приняты затрасложно-построенных месторождениях треты на прогнозирование по известному бует корректив при определении направлеспособу: ния подвижки сминающего пласта после l^ 1710701 З - ( С і + С2) • п- N, где Сі -стоимость работ по отбору керна на одну операцию, состоящую из дополнительных затрат времени на спуско-подъемные операции и определяемую из расчета 5 где Сімин-стоимость работ по отбору керна с глубины 500 м; 10 Сімакс ~ СТОИМОС1 Ь работ П Отбору КврО на с максимальной глубины 4000 м. Согласно расценок и сметы С і » 278.16 руб. Сг ~ стоимость, работ на подготовку образца гюроды и экспериментальное оп 15 ределение физических п з р а м е і р о в принимается равной заработной плате мл,научного сотрудника зз 8-ми чзсовой рабочий день, т.е. 150:22 = 6,7 руб. ' 20 п - минимальное необходимое количество отборов керна, принятое равным 30; N - минимально необходимое количество скважин, обусловленное геологическим строением месторождения принято рав- 25 ным 60. Подставив значения в формулу, определяем затраты по известному способу: 3 = 512,75 тыс.руб Затраты по предлагаемому способу со- 30 ставляют; 3 ' - ( С і ' < Сг1)- n'-N\ где Сі' - стоимость работ по отбору керна на одну операцию, состоящая из дополнительных затрат на спуско-подъепчые операции, принята на середину продуктио ного интервала (3500 м) согласно гем .-е расценкам 428,53 pv& ; Сг' ~ стоимость работ на подготовку обоазца и экспериментальное опреде- еи^.е парэметрадУ равна 6,7 руб ; п' - минимально необходимое количество операций по отбору керна из пластоаколлекторов раріно 6, ._ N' - минимально необходимое KOJIH •* ство разведочных скважин на площади равно 15. Подставив ^Но шния в формулу, определяем затраты на прогнозирование по предлагаемому способу: 50 1 10 З' = 39,17 тыс.руб. Экономический эффект представляет разность затрат по известному и предлагаемому способу Э - 3 - 3 ' - 473,58 тыс.руб. Таким образом, годовой экономический эффект только по Крестищенскому ГКМ составит 473,58 тыс руб. Применение предлагаемого способа на предприятиях ПО Укргазпром позволит увеличить экономический эффект в кратное число рсіз. Формула изобретения Способ определения зон аварийного смятия обсадных колонн, включающий опредет,ение литолого-физических характеристик продуктивных горизонтов, построение прогнозных карт по геолого-промысловым данным, от л и м е ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности и точности способа, измеряют напряженность смиf-ающего пласта методом акустической эмиссии, путем интерполяции полученных данных на структуре месторождения находяг ось равновесия динамических нагрузок, рассчитывают изменение мощности газоносного горизонта в связи с падением пластово "о давления в залежи при ее разр?5отке и вычисляют величину перемещенлг сминающего пласта относительно обсадной колонны по следующему выражению: Д и = ^ т 2 + п2 где гп - расстояние от точки замера до оси равновесия динамических нагрузок, м; h - расстояние от точки пересечения сминающего пласта с осью равновесия динамических нагрузок до спроектированной на нее точки замэра, м; Ah - величина изменения мощности коллектора в зоне равновесия динамических нагрузок в зависимости от сжимаемости пород при снижении пластового давления в залежи; , Д*і| - величина изменения мощности коллектора в точке замера, м, а о возможности аварийного смятия колонн судят по значению ДЦ, равному 1/2 или более диаметра скважины. 17T0701 11 скважины 2 1 3 12 т,м h.M Пэф.М Ah.M* Лгц,м* 4500 2300 1500 450 300 150 ЗО 60 120 3,6 0.7 1.5 2.9 Ah - ДЬ|,м 2.9 2.1 0,7 Примечание: * для определения Ah, Ahi использованы литературные данные и принято A V c « при пластической деформации 2%, а изменение объема при упругой деформации рассчитано по формуле A V - / 3 - Д Р - V, где 0 = 1 * 10 ~ 5 . Фаг. 2 1710701 8 fff Фае. 4 Редактор Н.Химчук Составитель В.Никулин Техред М.Моргентал Корректор Н Ревская Заказ 318 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб , 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул Гагарина, 101