Способ изоляции зон поглощения бурового раствора

(505 Е 21 В 33 ОБРЕТЕН ПИСАНИ К АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТВУ ния при с. 76-81. щениями РД 39-2 Кн начальный коэ уровня, в полнение заданную жин искретнпоглощщихся вм зэ пласта В Матери кважиОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ БУРОВОГО. РАСТВОРА(57) Изобретение относится к сооружениюскважин, а именно изоляции эон поглощения, Цель - повышение эффективности изоляционных работ за счет последовательногоавполнения поглощающего пласта тампонажной смесью от "кровли" и до "подошвы".Для этого после определения характериСтик приемистости пласта на уровень егокровли на бурильных трубах 1 опускают раэобретение относится к бурению скваооружению горных выработок, а кано - к способам изоляции зон ения бурового раствора, встречаюпри проводке скважин.вестен способ изоляции пластов пукачки тампонажной смеси в интервал через открытый конец колонны труб. процессе поступления тампонажного ала в интервал пласта давление в не(на изолируемый пласт) определяделительную пробку 3. Над пробкой 3 размещают пакер 2. При подаче тампонажной смеси по трубам 1 пакер 2 перекрывает пространство скважины выше поглощающего пласта, а пробка 3 под действием смеси перемещается вниз. При движении вниз она создает в пространстве между ней и пакером избыточное давление, например за счет положительной плавучести, что улучшает условия тампонажа пласта. При этом расход нагнетаемой смеси определяется как 0 -- " - Ри,б, где Кн - фРкфициент приемистости пласта (перед проведением изоляционных работ), м /ч МПа, Р,3- опрессовочное давление всего пласта перед изоляционными работами при нагнета- Б нии жидкости в пласт с расходом Озм /ч, Ркз- запланированное конечное опрессовочное давление всего пласта на заключительной стадии нагнетания смеси в пласт с . расходом Озм /ч, Разо - избыточное давле-зние, возникающее в"кровле" пласта за счет дополнительного сопротивления, МПа, 2 ил. ется положением динамическогосвязи с чем не обеспечивается запласта тампонажной смесью наглубину,Наиболее близок к предлагаемому способ изоляции зон поглощения бурового раствора; включающий спуск заливочных труб и нагнетание тампонажной смеси в пласт по колонне труб с герметизацией кольцевого пространства выше кровли изолируемого пласта, В этом случае тампонажнук смесьнагнетают до получения некоторого заранее заданного избыточного давления Р при заданном расходе Оо.Недостатком данного способа является отсутствие возможности регулирования давления нагнетания смеси по толщине пласта в момент его заполнения. В результате "подошва" пласта в процессе нагнетания смеси находится под воздействием большего перепада давления, чем его остальная часть, Данное обстоятельство обусловливает преимущественное заполнение "подошвенной" части пласта, особенно в случаях, когда она более проницаема, чем "кровля", или в том случае, когда пласт имеет большую толщину или представлен породами высокой проницаемости. В результате качественная изоляция пласта с соблюдением технологических требований достигается преимущественна в "подошвенной" части пласта, а для изоляции остальной части требуются дополнительные работы.Цель изобретения - повышение: эффективности изоляционных работ эа счет последовательного заполнения поглощающего пласта тампонажной смесью от "кровли" до "подошвы",Поставленная цель достигается тем, что в способе изоляции зон поглощения бурового раствора,.включающем спуск заливочных труб и нагнетание тампонажной смеси в пласт, предварительно создают дополнительное сопротивление нагнетаемой тампонажной смеси, При этом расход нагнетаемой тампонажной смеси определяют иэ соотношения; где Кн - начальный коэффициент приемистости пласта (перед. проведением изоляционных работ). м /чМПа;Рн - опрессовочное давление всего пласта перед изоляционными работами при нагнетании жидкости в пласт с расходом Оэ м /ч;Рк - запланированное конечное опрессовочное давление всего пласта на заклю- чительной стадии нагнетания смеси в пласт с расходом Оз, м/ч.Риэб - ИЗбЫтОЧНОЕ ДаВЛЕНИЕ, ВОЗНИКаЮ- щее в "кровле" пласта за счет дополнительного сопротивления, МПа.Кроме того, в способе изоляции эон поглощения бурового раствора в качестве дополнительного сопротивления используют разделительную пробку. Предварительно создаваемое дополнительное сопротивление; препятствующее одновременному заполнению пласта тампойажной смесью по всей его толщине, обеспечивает реализацию условий, при которых заполнение пла ста происходит последовательно от"кровли" до "подошвы". Причем распространению тампонажной смеси одновременно по всей толщине пласта препятствует предварительно размещенная (перед на гнетанием смеси) в "кровле" пласта, например, разделительная пробка, создающая ИзбЫтОЧНОЕ даВЛЕНИЕ Риб И ОбуСЛОВЛИВаЮ-.щая дополнительное сопротивление смеси, нагнетаемой с расходом 00. При этом, чтобы 15 поглощающий пласт был надежно изолирован, необходимо заполнить его приствольную часть тампонажной смесью на определенную глубину, что контролируется достижением величины избыточного давле ния Р при нагнетании в пласт смеси известной консистенции,Таким образом, условие надежной изоляции пласта запишется в следующем виде: где Р - запланированное конечное опрессовочное давление всего пласта на заключительной стадии нагнетания смеси в пласт с 30 заданным расходом Оз,Определим связь Р с гидродинамической характеристикой поглощающего пласта, т,е, коэффициентом приемистости (К): 35 Оз Оз К= -Р= -РкКкгде К - конечное значение коэффициента приемистости пласта, при котором обеспе чивается надежность изоляции.Взаимосвязь начальной гидродинами. ческой характеристики пласта - коэффициента приемистости Кн (до проведения изоляционных работ) и ее конечной величи ны (К) после изоляции определяется иэ выражения: 50где Рн - опрессовочное давление всего пласта перед изоляционными работами при нагнетании жидкости в пласт с расходом Оз:Решая уравнение (2) относительно Оз и 55 приравнивая соответствующие части (2) .иИз.(2), (3) видно, что отношение - вР Рн формуле (5) и Кн являются величинами постоянными относительно конкретного пла ста при различных расходах нагнетания жидкости в пласт.Отсюда соотношение (5) представляет собой фУнкЦию ДвУх пеРеменных О и Ризб, гДе Ризб опРеДелЯетсЯ в основном пРинЦи пом действия и конструктивными особенностями подвижной разделительной пробки, которые наперед заданы и обусловлены условиями в скважине и особенностями предстоящей изоляционной работы, Независимой переменной, изменением которой можно реализовать предлагаемый способ, является расход тампонажной смеси Оо, при котором выполняется условие(1),Отсюда соотношение(5) запишем в сле дующем виде: 0,785сйи ф - )п) 0,785Оске где Оврх - масса жидкости, равная объемупробки;30 бп, и, Чп, уп Оп - соответственно диаметр, длина. объем, плотность и масса пробки;ур - плотность жидкости, находящейсяв скважине;35 Яскв, Осв - соответственно площадьпоперечного сечения скважины и диаметр.Подставляя величину Ризб из (7) в (6),рассчитывают расход Оо.с которым тампонажную смесь нагнетают в пласт:40ОоКнР 1 п (р Уп) (8)(6) После спуска и установки пробки в 45 "кровле" пласта (фиг. 2) производят распакеровку гидромеханического пакера 2 и приступают к приготовлению и закачиванию тампонажной смеси в колонну труб, По достижению нижней границы смеси по движной разделительной пробки 3, расположенной в "кровле" пласта, расход тампонажной смеси Оо задают в соответствии с (8). При этом пробка 3 опускается,открывая верхнюю проницаемую часть пла ста, в которую начинает поступать смесь. Помере заполнения открытой части пласта смесью давление нагнетания ее увеличивается эа Счет закупоривания проницаемой породы и повышения сопротивления движению смеси по пласту. Когда давление нагнеПоставляя в (1) величину Рк из (2) и заменяя Кк из(4), получим; где Ризб - избыточное давление, возникающее в "кровле" пласта за счет дополнительного сопротивления,Таким образом, выполнение соотношения (6) позволяет задать такой режим нагнетания смеси в пласт, при котором обеспечивается заполнение приствольной части пласта на определенную глубину, при которой достигается надежная изоляция.Аналогичных технических решений авторами не обнаружено. Следовательно, данное решение обладает существенными отличиями.Способ осуществляют следующим образом.После вскрытия поглощающего пласта проводят гидродинамические исследования с целью опраделения его характеристики, т.е. начальной величины коэффициента приемистости Кн, а также определения типа тампонажной смеси (в зависимости от Кн) для предстоящих изоляционных работ, и в зависимости от свойств смеси устанавливают величины Р и Оз (опрессовочный режим), После этого в скважину на бурильных трубах 1 спускают устройство 2 для герметизации кольцевого пространства, например гидромеханический пакер и разделительную пробку 3 (фиг. 1). Разделительную пробку устанавливают в "кровле" поглощающего пласта, Конструкции подвижных разделительных пробок могут быть различными. Рассмотрим, например, вариант предлагаемого способа с использованием всплывающей самоуплотняющейся разделительной пробки. В рассматривае- МОМ СЛуЧаЕ ИзбЫтОЧНОЕ даВЛЕНИЕ (Ризб) СО- эдается за счет подъемной (архимедовой) силы. ДлЯ созданиЯ Ризб необходимо, чтобы средняя плотность всей пробки была меньше плотности жидкости, заполняющей скважину.Для всплывающей пробки определим Ризб: Оау 6 п Чп У . иРиэб Иске 0.785скв принимая бп = Осв получим; Ризб= П ( )р 7 п ),тания смеси в пласт достигнет величины Ризб в соответствии с (1), всплывающая пробка опускается еще ниже, открывая следующую,.неизолированную, часть пласта, в которую начинает поступать смесь.. Так последовательно осуществляется изоляция всего пласта от "кровли" до "подошвы"Причем пласт заполняется в каждой его части тампонажным веществом до получения технологических необходимого давления Р, т,е. на заданную глубину,.что обеспечивает надежность изоляции пласта, При этом исключается преимущественное заполнение подошвенной части.Момент окончания нагнетания смеси в пласт контролируют по повышению давления нагнетания смеси в пласт на 5-.100 по сравнению с Рк, а также по расчетному (запланированному) объему смеси.По окончании продавки колонну труб с пакером поднимают иэ скважины, выдерживают время ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента); затем цементный "мост", образовавшийся в скважине, разбуривают и исследуют пласт на приемистость для оценки надежности изоляции.П р и м е р реализации способа.При бурении скважины диаметром 215,9 мм в отложениях Намюрского яруса в интервале 850 - 870 и встречена эона полного поглощения. По результатам гидродинамических исследований коэффициент приемистости пласта составил КН=150 м/чз МПа.В качестве разделительной пробки может быть использована пробка из облегченного материала плотностью 500 кг/м длиной 10 м и диаметром 205 мм, В верхней части пробки закреплены резиновые уплотнительные манжеты наружным диаметром 216 мм,Для ликвидации поглощения приготовили тампонажную смесь на основе 10 т цемента с добавками до 5 крупноразмерных наполнителей и 10 бентонита. Для данного типа смеси и начальной приемистости пласта Кн=150 м /ч.МПа) критерию на 3дежности изоляции удовлетворяет Рк=3 МПа при О=15 м /ч. По данным исследова 3,ний при Оз=15 м /ч Рн 0,1 МПа.По формуле (8) определяем расход тампонажной смеси О 0 при ее нагнетании в пласт, который должен составить не менее 0,5 м /ч,Оо ) 10Кн Р 1 и (р - 5 Рн10 150 -10 (1500 - 500)0,5 м /ч ,- 5, 0,1335 где 10 - переводной коэффициент, учиты вающий размерности величин в формуле (8),Плотность жидкости (ур), в которой находится пробка, в расчете приняли равнойплотности бурового раствора, заполняюще 10 госкважину.Технологический процесс осуществляют следующим образом,В скважину спускают разделительнуюпробку и доставляют ее к "кровле" пласта15 путем проталкивания по скважине колонной бурильных труб, на конце которой установлен гидромеханический пакер.После этого колонну труб с пакеромприподнимают и запакеровывают пакер на20 глубине 800 м. Затем приступают к приготовлению и нагнетанию в трубы тампонажной смеси. По мере нагнетания смесивытесняемый буровой раствор, находящий. ся в колонне труб и подпакерной зоне, по 25 глощается верхней частью изолируемогопласта. При этом пробка находилась чутьниже "кровли", т.е. этот процесс осуществляется при давлении, меньшем Рк. Послеподхода тампонажной смеси к "кровле" пла 30 ста режим ее нагнетания, т,е. расход, уста-.новили в соответствии с расчетом, т.е. науровне 4 м /ч, что удовлетворяет условию3расчета. После откачки расчетного объемапродавочной жидкости давление нагнета 35 ния повышается до 3,5 МПа, что служит сиг-налом окончания процесса изоляции.Колонну бурильных труб с пакером поднимают из скважины и после выдержки времени ОЗЦ разбуривают цементный "мост" в40 интервале 820 - 880 м. Поглощение ликвидировано.Технико-экономические преимуществаописанного способа изоляции зон поглощения бурового раствора по сравнению с из 45 вестным заключаются в сокращениирасхода тампонажных материалов и времени изоляционных работ. Указанные преимуществадостигаются за счетпоследовательного заполнения поглощаю 50 щего пласта от "кровли" до "подошвы" тампонажным материалом и исключениянеобходимости проведения дополнительных изоляционных работ.55 ф ормула изобретенияСпособ изоляции зон поглощения бурового раствора, включающий спуск заливочных труб и нагнетание тампонажной смеси15 иР Составитель П.Драцкийедактор Б.ФедотовТехред М.Моргентал Корректор Л,Лукач Заказ 2371 ВНИИПИ Госуд Тираж Подписноеенного комитета по изобретениям и открытиям13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарин в пласт, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности изоляционных работ за счет последовательного заполнения поглощающего пласта тампонажной смесью, начиная от его "кров ли" и до "подошвы", создают дополнительное сопротивление нагнетаемой тампонажной смеси путем размещения в "кровле" поглощающего пласта до нагнетания последней разделительной пробки, при 10 этом расход нагнетаемой смеси определяется соотношением; где Кн - начальный коэффициент приемистости пласта(перед проведением изоляционных работ), м /ч МПа;Рн - опрессовочное давление(МПа) всего пласта перед изоляционными работами при нагнетании жидкости в пласт с расходом Озм /ч;Рк - запланированное конечное опрессовочное давление (МПа) всего пласта на заключительной стадии нагнетания смеси впласт с расходом 03 м /ч;Ризб. - избыточное давление, возникающее в "кровле" пласта за счет избыточного сопротивления, МПа,