Способ управления процессом движения колонны труб в скважине

(088.8) дрИсследованиения выхода бурововажины на процесс Азербайджанское о, 1981, В 11,вора иэ го ра спуск нефтя с.34 лонн.хозяйст ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗ У СВИДЕТЕЛЬСТ по креплению нефтяважин./Под ред.проф М,: Недра, 1981,(54)(57) 1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДВИЖЕНИЯ КОЛОННЫ ТРУБ В СКВАЖИНЕ, включающий определение допустимого изменения давления в скважине,контроль изменения объема труб вскважИне, определение упругого изменения объема внутри скважины, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью предотвращения возникновения осложнений при спуске-подъеме колоннытруб в скважине эа счет повьппения эффективности регулирования режима движения колонны, определяют изменение объема раствора с эаколонном пространстве скважины, сравнивают величину упругого изменения объема в скважине, которую определяют как алгебраическую сумму изменения объема раствора в эаколонном пространстве в приустьевой части и изменение объема труб в скважине с допустимой величиной упругого изменения объеь,а, которая соответствует допустимому изменению давления в скважине и при выполнении условия ьУ(ЛЧ, где, ЛЧ и Л Ч 1 - соответственно текущие и допустимые упругое изменение объема в скважине, движение колонны продолжают, а при заведомом невыполнении указанного условия процесс движения прерывают, выдерживают колонну без движения, после чего движение возобновляют.2. Способ по и. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что движение колонны в скважине, заполненной раствором с высокими, структурно-механическими свойствами, после перерыва возобновляют до момента окончания движения раствора на устье скважины.1278440 где д Ч - упругое изменение объема.в заколонном пространстве скважины;дч - упругое изменение объема,5 в части скважины нижебашмака колонны,Согласно закону Гука и эпюре распределения гидродинамических давлений в скважине (фиг.3) имеют:дЧ,= , ЧР (3) 2(4) 15где ф - коэффициент упругого изме 1нения обьема в кольцевомпространстве скважины;Ч 1 - объем кольцевого пространства скважины;20фР - гидродинамическое давлениениже башмака колонны;- коэффициент упругого изме 2нения обьема в части скважины ниже башмака колонны;25Ч - объем части скважины нижебашмака колонны,Упругое изменение объема в скважине равно: где дР - изменение давления в скважине;дЧ - упругое изменение объемав скважине при изменениидавления на дР;- коэффициент упругого изменения объема в скважине;Ч - объем раствора в .скважине(объем скважины),30Упругое изменение объема в скважине должно отражаться в конечной(интегральной) форме или величине.Изменение объема раствора. на устьеи изменение объема труб в скважине, З 5и дают в сумме интегральную величинуупругого изменения объема в скважине.На фиг. 1 показано положение колонны труб в скважине до началаспуска очередной трубы или бурильной 40свечи; на фиг. 2 - то же, при спускетрубы; на фиг, 3 - эпюра распределения гидродинамических давлений,При положении колонны труб 1 вскважине 2 до начала спуска очередной трубы или бурильной свечи уровень раствора находится на уровнежелобной системы 3, а при спускетрубы уровень раствора находитсяниже уровня желобной системы на величину аУпругое изменение объема в скважине равно сумме упругого измененияобъема в заколонном пространствеи в части скважиньТ ниже башмака 55(6) еО,5 РЧ+82 Ч,(2) Изобретение относится к бурениюскважин, преимущественно на полезныеископаемые, и может использоватьсяпри регулировании режимов движениятруб при спуска-подъемных операциях. Цель изобретения - предотвращение возникновения осложнений при спуске- подъеме колонны труб в скважине за счет повышения эффективности регулирования режима движения колонны.По закону Гука изменение давления в скважине сопровождается упругим изменением объема раствора, стенок скважины и движущейся в скважине колонны труб, Закон Гука для системы скважина - буровой раствор записывают как дЧ= дЧ. + дч, =Р 1 +Р атт т у(5)где дЧ - изменение объема труб вскважине;ЬЧ - изменение объема растворана устье скважины;Р - площадь поперечного сечения труб;- длина спущенной трубы илибурильной свечи (несколько соединенных труб);Р - площадь поперечного сече 3ния измерительной емкости(затрубного пространства,фиг 1 и 2),а - изменение уровня растворана устье.Из совместного решения уравнений(3)-(5) получают следующее выражениедля гидродинамического давления: дЧРО 5 РЧ, +р Ч Уравнение (6) получено для условия отсутствия перетока раствора в колонну труб,(") 5 где (Р 7 - допустимая величина гицродинамического давления;ЬЧ 3 - допустимая величина уп 1 Оругого изменения объемав скважине.При движении колонны труб в скважине гидродинамическое давление не должно превьппать допустимой величины, т.е.(9) дЧСдЧ Предварительно определяют допустимое значение упругого изменения объема в скважине. При треугольной эпюре распределения гидродинамического давления в заколонном пространстве и прямоугольной эпюре в части скважины ниже башмака спущенной колонны, используя закон Гука, получается следующее выражение для определения доЗаписывают уравнение для допусти,мой величины гидродинамического дав-, ления: ЬЧ 3Р3 0 5 Р, Ч, + р Ч р ( рПодставляя вместо Рих выражения (б) и (7),(8) принимает вид Управление процессом движения ко 25 лонны труб согласно условию (9) позволяет осуществлять контроль и регулировать режим спуска-подъема труб непосредственно при спуске-подъеме каждой трубы, своевременно уменьшить скорость спуска-подъема или прерывать процесс спуска-подъема, Способ прост для подключения его к системе автоматического управления процессом бурения.При высоких значениях структурно механических свойств раствора страгивающие давления превьппают давления при движении раствора, когда структура раствора разрушена, Поэтому возобновление спуска или подъема трубы 0 до момента окончания движения растсвора на устье после прерывания спуска (подъема) позволяет уменьшить страгивающее гидродинамическое давление и одновременно ускорить про цесс спуска (подъема).Способ осуществляют следующим образом,При спуско-подъемных операциях контролируют уровень раствора на 50 устье скважины в заколонном пространстве и длину спущенной (поднятой) трубы или бурильной свечи. Определяют величину изменения объема раствора на устье скважины и объем 55 спущенной (поднятой) трубы или бурильной свечи. Определяют упругое изменение объема в скважине как 440 4алгебраическую сумму изменения объ-ема раствора на устье и изменения объема труб в скважине за время движения колонны. Полученное значение упругого изменения объема в скважине сравнивают с допустимой его величиной. Если текущая величина упру-, гого изменения объема в скважине достигнет допустимого или близкого к нему значения, спуск (подъем) прерывают, выдерживают колонну без движения до восстановления давления в скважине, после чего спуск (подъем) продолжают. При применении высокострукФурированного раствора спуск (подъем) колонны возобновляют до момента окончания движения раствора на устье скважины.Для контроля уровня раствора на устье скважины можно использовать поплавковые системы, например тарированную емкость с поплавковым устройством, сообщающуюся с заколонным пространством скважины и с желобной системой, или системы, основанные на измерении давления, Можно использовать другие устройства, например микротрубки, спускаемые в скважину или образующие с ней Б-образную слс" тему.П р и м е р. Глубина скважины Я 1800 м, средний диаметр скважины В 0,296 м, длина спущенной обсадной колонны Е 1500 м, наружный диаметр труб спускаемой колонны д 0,245 м. Колонна спускается с установленным в нижней части обратным клапаном, допустимое увеличение давления под башмаком колонны составляет 4 ИПа и определено из условия предупрждения гидроразрыва в призабойной части скважины. Часть желобной системы, сообщающейся со скважиной, отделена перегородкой и оттарирована, причем перегородка установлена ниже верхнего уровня желоба. Оттарированная часть желоба используется для контроля изменения уровня и объема на устье скважины(12) 55 пустимой величины упругого измененияобъема в скважине; ьч (05 ф, Ч +Р Ч) Гр,(10) где ЬЧ - допустимое значение упругого изменения объема вскважине;- коэффициент упругого изменения объема в затрубном пространстве скважины,равный 13,2 ф 10 " 1/МПа;Ч - объем затрубного прост 1ранства;- коэффициент упругого избменения объема в частискважины ниже башмака колонны, равный 12101/МПа;Ч - объем части скважины ниже2башмака, колонны;Ру 3 допустимая величина гидродинамического давления,равная 4 МПа.Площадь поперечного сечения труб 11, С 1 гР= --- =0047 мг т 4 ф Площадь поперечного сечения сква- жины П ПгР = - - -0 069 мг.4У Объем затрубного пространства Ч = (Р - Г ) 1, = 0,022 1 (11) Объем скважины ниже башмака коЧ = Г (Н - 1) = 124,2 Подставляя в выражение (10) значения равенств (11) и (12) входящих параметров, получают: ьЧЗ = (5961,6 - 2,472 1,)10 (м),(13) Уравнение (13) можно использовать для определения любой длины спущенной колонны. При длине спущенной колонны 1500 м имеют ГйЧ 3 =0,225 м .Через 5 с спускают 2 м трубы и объем раствора на устье уменьшается на О, 1 м и продолжает уменьшаться,1 Объем 1 и- трубы равен 0,047 мг, ичерез 5 с объем труб в скважине увеличивается на 0,094 м . Упругое иэменение объема в скважине через 5 спосле спуска составляет О, 194 мг .Сравнивают упругое изменение объемав скважине с допустимой величиной: О, 1940,225; Так как на контролируемый момент времени (5 с) уровень раствора продолжает снижаться, а следовательно, гидродинамическое давление в скважине продолжает возрастать, то принимают решение прервать спуск, так как примерно через1 с при выбранном темпе спуска может произойти гидроразрыв. Послетого, как давление в скважине стравливается, о чем свидетельствует отсутствие движения раствора иэ сква 20 жины, спуск трубы продолжают, контролируя описанным способом измененияупругого объема в скважине и,сравнивая его с допустимой величиной. Еслив скважине находится раствор с высокими структурно-механическими свойствами, спуск трубы после прерываниявозобновляют до окончания движенияраствора на устье скважины.Коэффициенты р, и г определяют30 по результатам опрессовки скважиныи обсадных колонн или расчетным путем с помощью известных методов приизвестных упругих свойствах раствора, стенок скважины и труб,Способ можно применять как приспуске, так и при подъеме бурильныхи обсадных колонн,В случае если при спуске трубуровень раствора за колонной не снижается, а при подъеме труб уровеньне повышается, то текущее упругоеизменение объема в скважине до момента страгивания раствора принимаютравным увеличению объема труб в скважине при спуске и уменьшению приПодъеме. Изменение объема раствора в приустьевой части скважины можно контролировать путем изменения объемной 50 скорости движения раствора за колонной, применяя для этой цели расходомеры, Можно применятькомбинированный,метод контроля объема раствора в приустьевой части скважины путем контроля эа уровнем раствора за колоннойи измерения расхода жидкости за колонной. Например, при спуске колонныдо выхода раствора иэ скважины конт1278440 Применение способа позволит уменьшить аварийность с элементами обсадных колонн, сократить случаи воэнккновения осложнений в скважине (по- глощений проявлений пластового флюида, нарушений устойчивости стенок скважины), имеющих место при спускоподъемных операциях бурильных и обсадных колонн. г. У Составитель Е.Столбцовктор И,Дербак Техред А.Кравчук Корректор С.Ш Подписого комитета СССРий и открытийРаушская наб д.4/5 27 Тираж 548 НИИПИ Государствен по делам изобрете 035, Москва, Ж,аказ 68 оиэводственно-полиграфическое предприяти ролируют уровень раствора в скважине,а после выхода раствора в желобнуюсистему измеряют. расход раствора изскважины,Способ позволяет регулировать ре" жим движения колонны от начала и до конца спуска (подъема) трубы или бурильной свечи,жгород, ул,Проектная,