Способ ликвидации прихвата колонны труб в скважине

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ Е 21 В 31/03 НИЕ РЕТЕНИ П ИДЕТЕЛЬ К АВТОРСКОМ где и - начальная толщ (Ь=йскв-Вк); Вк - радиу скважины; и - вязкост качиваемой в интерва ростатическое давле раствора на глубине и вое давление в инте начальный градиентд которого соответствуе ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт проблем освоения Севера СО АН СССР(56) Самотой А,К, Предупреждение и ликвидация прихватов труб при бурении скважины. М.: Недра, 1979, с. 130 - 140,Авторское свидетельство СССР М 1188306, кл, Е 21 В 31/03, 1984.(54) СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ ПРИХВАТА КОЛОННЫ ТРУБ В СКВАЖИНЕ(57) Изобретение относится к бурению скважин. Цель изобретения - повышение эффективности ликвидации прихвата за счет сокращения времени на проведение технологических операций, Для этого в зоне прихвата устанавливают ванну и повышают давление до давления гидроразрыва глиниИзобретение относится к бурению скважин, а именно к способам ликвидации прихватЬв бурильного инструмента в скважинах,Цель изобретения - повышение эффективности ликвидации прихвата за счет сокращения времени на проведение технологических операций.Способ ликвидации прихвата колоннытруб в скважине осуществляется следующим образом.Определяют интервал прихвата, уста-.навливают ванну в интервале прихвата, натягивают колонну труб, повышают давление до давления гидроразрыва глинистой корки стой корки (ГК). Выдерживают ванну под этим давлением в течение времени Т,определяемого в соответствии со следующей зависимостью: Т=1 и и Сж(1-Скр)ЩРгс-РплгФР), где и - начальная толщина ГК;,и - вязкость жидкости, закачиваемой в интервал прихвата; Ргс - гидростатическое давление столба бурового раствора на глубине прихвата; Рпл - пластовое давление в интервале прихвата; ЬР - начальный градиент давления, превышение которого соответствует началу фильтрации жидкости ванны через ГК, находящуюся под действием перепада давления в системе скважина-пласт, С 0 Ж - исходная насыщенность ГК жидкой фазой;Скр - критическая водонасыщенность ГК, при которой происходит ее разрыв, к - коэффициент пропорциональности. Затем производят Б сброс давления и его снижение ниже гидро- статического с одновременным приложением к трубам механических нагрузок. в зоне прихвата и выдерживают под этимдавлением в течение времени Т, определяемого в соответствии со следующей зависимостью: 1 инд глинистой корки с корки; иск - радиус;д ь жидкости ванны, зал прихвата; Р - гидние столба бурового рихвата; Рпл - пласторвале прихвата; ; Р - авления, превышениет началу фильтрациижидкости ванны через глинистую корку, находящуюся под действием перепада давления в системе скважина - пласт; Сож -исходная насыщенность глинистой коркижидкой фазой; Скр - критическая водонасыщенность глинистой корки, при которойпроисходит ее разрыв, 1 - коэффициентпропорциональности.Затем производят сброс давления и егоснижение ниже гидростатического с одновременным приложением к трубам механических нагрузок,Как показали эксперименты, моделирующие условия прихватов труб к стенкамскважины, эффективность ванн прежде всего связана с необходимостью разрыва глинистой корки для возможности фильтрациижидкости в пласт, Это обусловлено тем, чтоглинистая корка, во-первых, обладает кратно возвышенным гидравлическим сопротивлением и начальным градиентомдавления, после превышения которого возможно движение жидкости, а во-вторых,большой поглощающей способностью (ионнообменной емкостью), препятствующей 25продвижению кислоты и щелочи в породу.Разрыв глинистой корки для ускоренияликвидации прихвата труб может быть достигнут либо путем замены фильтрирующейся жидкости (вода) на 30нефильтрующуюся (нефть), либо путем резкого повышения давления в скважине. Тогда глинистая корка подвергается сжатию ипретерпевает разрывы по контуру вследствие растяжения. При этом трещины разрыва имеют радиал ьное нап ра вл ение.Поверхность Я(т), до которой в данныймомент времени дошли трещины разрыва,будем называть фронтом уплотнения корки,Отсчет времени начнем от момента установки ванны (или момента повышения давления в скважине).Из условия задачи можно записать очевидные соотношенияЯ(т)=Як при т=О; Ь=йскв-йк,где и - начальная толщина корки.Предположим, что фронт достигает границы за время Тр, тогда общее время ликвидации прихвата равно 50Т=Т,+Тф, (1) где Тф - характерное время процесса насыщения жидкостью ванны пористой породы на стенках скважины,Поскольку ТрТф, то время разрыва глинистой корки будет определяющим в 55 процессе ликвидации прихвата с помощью ванны.Для оценки проведем исследование в рамках механики пористых сред. Основная физическая предпосылка, реализованная в нашей модели, следующая,Перед установкой ванны (в частностинефтяной ванны) в глинистой корке достигнуто равновесие - давление поровой жидкости определяется уравнениемпьезопроводимости с учетом перепада давления РгсРпл, где Ргс - гидростатическоедавление жидкости в скважине; Рпл - пластовое давление. Отток жидкости из корки впласт очень мал, но имеет место. При этомдля скорости фильтрации жидкости верноуравнение движения в следующей форме;Ч= - (цгаб Р -7 Р), (2),ИгдЕ к - коэффициент проницаемости, зависящий от координаты;,и - вязкость жидко 4сти;Р - начальный градиент давления,превышение которого соответствует началудвижения жидкости,Перераспределение фазовых соотношений (объем жидкости фазы) в пористойсреде не происходит вследствие притокажидкости из скважины. ОЗамена бурового раствора в скважинена нефть вносит возмещение в приведениеравновесие из-за того, что нефть являетсянефильтрирующейся через корку жиДкостью по причине чрезвычайно высоких капиллярных сил, Тогда насыщенностьглинистой корки жидкой фазой Сж падает,что приводит, как показано ниже, к возникновению растягивающих усилий. Движениеграницы Я(т) определяется продолжающимся оттоком жидкости из корки, В качествекритериявозникновения трещин разрыва вматрице пористой среды выбран пределфд прочности глинистой корки на разрыв,Учитывая геометрию задачи, вводим цилиндрическую систему координат г, р, 2 так,что ось 2 совпадает с осью скважины. Уравнения состояния пористой среды выписываем в виде обобщенного закона) ГукагР"=(1( - 26/3)В ц+2 Сэ 6)+ /3 ( "26 ЦР )(Сж) -Р(с (Сж+46/3), (3)где К 0 - модули упругости системы двухфаз, 1 д ) - объемная деформация твердой.фазы; Ц - компоненты тензоров деформаций в твердой фазеф " - коэффициентусадки матрицы 3 ж О; Р (С ж), Р (Сж) -(С ), (с) о скапиллярное давление соответственно приначальной С и текущей Сж, д) - символКронекера; о ) - эффективные направления в пористой матрице, определяемые выражениемо=Г;+Ржд ), (4)Пользуясь осесимметричностью задачи, отсутстрием деформаций (Ь и Ь, последнее верно вследствие малости толщины корки по сравнению с радиусом скважины (ййскв), существенно упрощаем уравнение состояния (3)ОЦ) = аф = О)Г)(КИЗ)/(М 4 ИЗ)+2 Сх хВ 3 Рф(Сж) - Рф(С ж)Я 3(+46/3). (5)Рассмотрим поверхность фронта уплотнения глинистой корки Я(т). На ней очевидно выполняется условие отсутствия полного напряжения ога (внутри. Я(с) матрица разрушена и поровое давление на поверхности Я(т) равно внешнему Ргс). Тогда для.радиального эффективного напряжения имеет место соотношениеО ф=Сж Ргс=0. (6)Используя-соотношение (5) на Я(1) имеемОфг - ГСжР с(1 с3) /(К+46/3)+20 хжс(Р(с(Сж) Р(Сож/ (3+4(/3), (7) В работе исследована зависимость капиллярного давления от насыщенности. Показано, что вследствие уменьшения Сж растет Р(с 1 (Сж).Следовательно, из соотношения (7) заключаем, отток жидкости на фронте Я(1) приводит к увеличению растягивающих напряжений.При достижении предела прочности на разрыв, когда териальй корки. ия фронс огибаюИ из кото(9) сле О=Ч 2 л( Я(с) Т.я скорости фронтано соотношениеЧ(10) Из баго флю 2 л Я(е Сж - Предся крит лансо ида им т)С жЛ исход полага ическо шения ля жи ого соотно А А емг - О=С жС ж 2 лЯ (т)Д 1(11)ая насыщенность корки; , что за время Ткр достигазначение (см. формулы (7). ОЬ =О (8) на поверхности Я(т) возникает разрывы глинистой корки.Соотношения (7) и (8) есть кри ные условия для разрыва глинисто Далее определим скорость движен та разрывов Чр.Рассмотрим малую областьщей - фронтом Я(т) и толщинойрой имеет место отток жидкости,Для количества жидкости, вытекающего из контура радиусом В(т) имеемО=Ч 2 л (Я(с)+Л ЦТ. (9)Учитывая, что ЬЯ(т) из соотношения(8) из (9), (10), (11, будем иметь определя ющее уравнение для скорости фронта ЧкрС ж-Ч Ч -С жСкр (12)Ч5 Отсюда получим выражение для скорости фронта разрывов в прОизвольный момент временигЧ,(,): - ( - . (1 З) 10С" (1-с.р)Ч(т) найдем из выражения (2). При этомзначение дгабР приближенно равноРгс - Рпл(14)ьгде й - начальная толщина глинистой корки.Время ликвидации прихвата, если принять Т=Тр, будет выражаться следующей зависимостью: Т -Ь( имеет лишь место тогда, мая жидкость входит в ействует с породой. Так,. а растворяет карбонатный х, щелочь вызывает набуе кольматации и разрушеоду,гидрофобитторжению гидВыражения (7), (8) и (15) замы кают математическую модель процесса и позволяютсделать некоторые общие выводы;25 повысить эффект действия ванн для ускорения ликвидации прихвата можно засчет увеличения гидростатического давления в скважине, а не уменьшения его, какэто обычно происходит при установке ванн0 в результате закачки жидкости меньшей полости, чем буровой раствор;с увеличением толщины глинистой корки время, необходимое на ликвидацин 5 прихвата, растет по квадратной зависимости;35 более плотная структура глинистой корки благоприятствует ее разрывам при создании избыточного давления в скважине,Низкая эффективность различного родаванн, устанавливаемых в скважинах при40 ликвидации прихватов. как правило, связана с тем, что закачиваемая пачка жидкости(нефть, растворы кислоты и щелочи) не проникает в породу. Глинистая корка, уплотненная действием перепад давлений между45 скважиной и пластом, имеет чрезвычайнонизкую проницаемость. Нефть не фильтруется через глинистую корку из-за высокогосопротивления капиллярных сил. Кислота ищелочь не проходят, так как реагируют с50 глинистой коркой. вызывая ее набуханиеили усадку,Эффект ваннькогда закачиваепласт и взаимод55 например, кислотцемент в проходахание глины в зонние скелета породы.Нефть, пропитывая пор1710696 Т -20 авитель И.Левко ед М,Моргентал Корректор А,Осауле Редактор Е,Савина Тираж ПодписноеИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 аказ 3 ВНельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 оизводственнорофильн 9 й глинистой корки от стенок скважины, согласно правилу Антонова,Таким образом, нарушение сплошности глинистой корки является непременным условием для успешного действия ванны. Вот почему многократная установка ванн в ряде случаев дает положительный результат.Формула изобретения Способ ликвидации прихвата колонны труб в скважине, включающий определение места прихвата, установку ванны в интервале прихвата, натяжение колонны труб, повышение давления до давления гидроразрыва глинистой корки в зоне прихвата, сброс давления и приложение механических нагрузок, отличающийся: тем, что, с целью повышения эффективности ликвидации прихвата за счет сокращения времени на проведение технических операций, после сброса давления производят его снижение ниже гидростатического, э время Т выдержки ванны под давлением гидроразрыва глинистой корки выбирают из следующего соотношения:,где и - начальная толщина глинистой корки (6=В 8-й): йск 8 - радиус скважины; й - радиус корки;,и - вязкость жидкости ванны, закачиваемой в интервал прихвата; Рг, - гидростатическое давление столба бурового раствора на глубине прихвата; Рпд - пластовое давление в интервале прихвата; дР - начальный градиент давления, превышение которого соответствует началу фильтрации жидкости ванны через глинистую корку, находящуюся под действием перепада давления в системе скважина-пласт; С ко исходная насыщенность глинистой корки фазой(водой); Ср - критическая водонасыщенность глинистой корки, при которой происходит ее разрыв; 1 - коэффициент,пропорциональности,