L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Способ предотвращения смятия колонн труб скважин в интервалах текучих сред в горной породе
| Название | Способ предотвращения смятия колонн труб скважин в интервалах текучих сред в горной породе |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Хусанов И.Н., Цой Г.Н., Хусанова У.И. |
| Вид объекта патентного права | Изобретение |
| Регистрационный номер | IAP 04557 |
| Дата регистрации | 29.04.2010 |
| Правообладатель | Агентство по интеллектуальной собственности Республики Узбекистан |
| Область применения (класс МПК) | Е 21 В 47/00 |
Описание изобретения
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может использоваться в предотвращении смятия колонн труб скважин в интервалах текучих сред (хемогенных, глинистых и т.д. отложении).
Известен способ предупреждения смятия обсадных колонн скважин в зоне пластических деформаций солей, который заключается в установке большой толщины стенок труб и использование высокопрочных марок стали в компоновке обсадных технических колонн против опасных участков (SU № 1224400А).
Этот способ не гарантирует сохранности труб при пластическом течении соли, так как используемые на практике толстостенные трубы, изготовленные из высокопрочных марок стали, так же сминались в зоне солевых отложений.
Известен также способ предотвращения смятия обсадных колонн скважин при сооружении подземных резервуаров в хемогенных отложениях, предусматривающий герметизацию заколонного пространства в их кровле и подошве и сброс избыточного давления с внешней стороны обсадных труб через специальные отверстия с системой разгрузочных клапанов (RU № 125533).
Недостатком данного способа является его трудоемкость, так как усложняет технологию крепления скважин. В условиях протяженных интервалов залегания солевых отложений и при наличии в разрезе нескольких интервалов пластической деформации соли этот способ практически неосуществим.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ предупреждения смятия обсадных колонн в солевых отложениях путем герметизации заколонного пространства, путем ступенчатого цементирования и сброса избыточного давления из заколонного пространства через отверстия, создаваемые путем перфорации, в зонах подошвы массива солей и кровли, разделенных пакером, подачу в обсадную трубу пресного бурового раствора и последующую откачку его вместе с растворенной солью, затем герметизируют перфорационные отверстия в обсадной колонне цементным раствором (Ананьев А.А. и др. Бурение и крепление скважин в хемогенных отложениях. Тем.НТО обз. Серия «Бурение». М.: ВНИИОЭГ, 1972, с. 124).
Недостатком данного способа является сложность обеспечения технологии ступенчатого цементирования в достаточно протяженных интервалах залегания соленосных пород. Для мощного залегания соли в условиях куполов с наличием нескольких потенциально опасных зон этот способ практически неосуществим. Создание разгрузочных отверстии путем перфорации обсадной колонны имеет побочный отрицательный эффект, так как образующаяся интенсивная импульсная ударная волна через обсадную колонну и заколонное пространство передается на стенки скважин, вызывая дополнительные сдвиговые деформации пород и вызывает разрушение цементного камня за колонной, тем самым снижает несущую способность цементной оболочки.
При строительстве глубоких поисково-разведочных скважин на нефть и газ острой проблемой является сохранение целостности обсадных колонн, перекрывающих мощные толщи хемогенных отложений при дальнейшей проводке скважин до проектной глубины. Механически неустойчивыми являются калий содержащие соли (сильвинит, карналлит, бишофит) как наиболее пластичные растворимые, которых в разрезе скважины может быть несколько интервалов. Для дальнейшей безаварийной проводки скважин возникает вопрос принятия эффективных технологических мероприятий по разгрузке зон повышенных напряжений.
Недостатком всех выше предложенных способов предупреждения смятия обсадных колонн является попытка упрочнения обсадных колонн закачкой цемента.
В практике бурения скважин установлено, что в большинстве случаев смятие происходит по середине толщины солевых отложений (Назаров У.С., Пулатов Р.Д. Проблемы, возникающие при бурении скважин на разведочных площадях и нефтегазовых месторождениях Узбекистана/ Материалы IV Республиканского научно-технического совещания «Совершенствование технологии бурения и крепления скважин» 9-10 сентября 2004 г., Ташкент, с. 6).
Это объясняется тем, что давление горных пород на солевой пласт действует аналогично давлению на пластический текучий материал, деформирующийся между двумя плоскостями. При этом давление, а точнее усилие со стороны солевого пласта на обсадную колонну, по высоте не равномерно, т.е. основное усилие давления солевого пласта приходится на среднюю часть толщины солевого слоя, где текучесть имеет боле высокое значение. Поэтому в практике наблюдается то, что обсадная колонна по высоте сминается в срединной части толщи солевого слоя.
Задачей изобретения является разработка эффективного и более экономичного способа предупреждения смятия колонн труб в интервалах текучих пород при строительстве и эксплуатации скважин.
Поставленная задача решается тем, что в способе предупреждения смятия колонн труб в интервалах отложений текучих сред в горной породе, включающем снятие напряжения колонн труб, создаваемого боковым горным давлением массива текучей среды, путем выполнения в колонне труб перфорационных отверстий в зонах подошвы массива текучей среды и кровли, разделенных пакером, подачу в колонну труб пресного бурового раствор, последующую откачку его вместе с растворенной средой и герметизацию перфорационных отверстий, на колонне труб в зоне отложений текучих сред и в устье скважины на заглушках колонн труб устанавливают прямые и обратные клапаны и после откачки бурового раствора с растворенной средой, в заколонное пространство через прямой клапан и межколонное пространство осуществляют закачку газа до уравновешивания давления в заколонном и межколонном пространствах, которое контролируют манометрами давления, установленными на заглушках колонн труб на устье скважины, а при увеличении давления в заколонном пространстве его стравливают через обратный клапан.
В обсадной колонне сверлящим перфоратором создают систему отверстий в нижней части солевого слоя - над подошвой и верхней части массива солей - под кровлей, растворяют соли потоком пресной буровой жидкости, циркулирующим через систему отверстий в колонне труб из подошвы к кровле, который подают через насосно-компрессорные;трубы с-разделительным пакером, затем солевой раствор откачивают и герметизируют перфорационные отверстия. Затем закачивают газом межколонное и заколонное пространство посредством прямых клапанов, установленных в устье скважины на заглушках колонн труб и на колонне труб в зоне текучих сред.
Отличительными признаками являются:
- на колонну труб на расстоянии соответствующей зоны текучих отложений устанавливают прямые и обратные клапаны;
- в устье скважины на заглушках колон труб устанавливают краны, манометры давления, расходомеры, прямые и обратные клапана, сообщающиеся с межколонными пространствами и обеспечивающие закачку, стравливание избытка давления, а также возможность достижения необходимого значения давления;
- прямые клапаны в обсадной колонне обеспечивают многократную закачку газа в заколонное пространство при его утечке, приводящей к снижению давления.
- установка обратных клапанов на колоннах труб позволяет стравливать (критическое) избыточное давление, превышающее предел пластической текучести обсадной трубы, из заколонного пространства через межколонное пространство в атмосферу.
- закачка газа под давлением в межколонное пространство повышает устойчивость колонны труб за счет того, что это давление является противодавлением, давлением, создающимся в заколонном пространстве в процессе течения текучего массива;.
- герметизация перфорационных отверстий на, колонне труб производят до закачки газа в за колонное пространство;
- закачку газа осуществляют через прямые клапаны, а не через перфорационные отверстия;.
- обратные клапаны обеспечивают постоянство заданного давления в заколонном пространстве;.
- закачка газа в межколонное пространство обеспечивает устранение проникновения нефти, газа, глинистых растворов через стыковые соединения;
- в целом с помощью манометра давления, расходомера, прямых и обратных клапанов можно определить состояние закачанного газа, а именно утечку или повышение давления за счет движения текучей среды к обсадной трубе;
- данный способ позволяет регистрировать, регулировать и управлять процессом обеспечения целостности колонны трубы при бурении, освоении и эксплуатации скважин.
На чертеже показана схема предотвращения смятия колонн труб в интервалах пластической деформации и выдавливания текучих сред горным массивом в сторону колонны труб.
Осуществление предлагаемого способа предупреждения смятия обсадных колонн позволяет их Многократную надежность, экономить дорогостоящие трубы и обеспечить бурение скважин до проектной глубины, исключая консервацию их за счет смятия, повышает срок службы труб, позволяет обеспечить глубокое поисково-разведочное бурение и продление срока работы их даже в период эксплуатации скважин при добыче нефти и газа.
По предлагаемому способу исключается необходимость применения существующей высоко энергозатратной технологии цементации заколонного и межколонного пространства, экономится большое количество дорогостоящего специального цементного раствора и рабочего времени на его подготовку, закачку, а также времени выжидания затвердения закачиваемого цементного раствора.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ предупреждения смятия колонн труб в интервалах отложений текучих сред в горной породе, включающий снятие напряжения колонн труб, создаваемого боковым горным давлением массива текучей среды, путем выполнения в колонне труб перфорационных отверстий в зонах подошвы массива текучей среды и кровли, разделенных пакером, подачу в колонну труб пресного бурового раствора, последующую откачку его вместе с растворенной средой и герметизацию перфорационных отверстий, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что на колонне труб в зоне отложений текучих сред и в устье скважины на заглушках колонн труб устанавливают прямые и обратные клапаны и после откачки бурового раствора с растворенной средой в заколонное пространство через прямой клапан и межколонное пространство осуществляют закачку газа до уравновешивания давления в заколонном и межколонном пространствах, которое контролируют манометрами давления, установленными на заглушках колонн труб на устье скважины, а при увеличении давления в заколонном пространстве его стравливают через обратный клапан.
Медаль Альфреда Нобеля