Способ определения параметров газированной пачки, движущейся в кольцевом пространстве газопроявляющей скважины

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 4(51 Е 21 В 47/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОЬРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1, Методика глущения скважинпри газонефтеводопроявлениях.М., Миннефтепром, 1979.2. Авторское свидетельство СССРУ 646720, кл. Е 21 В 47/00,опублик. 1979.3, Линдтрон Н.Т. Исследованиеуровней в скважинах методом упругихволн. И., Гостехнздат, 1946,с. 14-24(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗИРОВАННОЙ ПАЧКИ, ДВИЖУЩЕЙСЯВ КОЛЬЦЕВОИ ПРОСТРАНСТВЕ ГАЗОПРОЯВЛЯЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ, включающий возбуждениена устье скважины упругой волны и определение положения верхней границы раздела газ - жидкость по скорости распространения упругих волн и времени прихода отраженной волны, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности способа определения параметров газированной пачки, измеряют время прихода отраженной волны от нижней границы раздела газ - жидкость и текущее значение увеличения объема промывочной жидкости в приемных емкостях, после чего определяют положение нижнейл границы раздела газ - жидкость, разме - ры и среднее газосодержание газированной пачки, а по разнице времени и положению пачки между двумя замерами определяют скорость ее подъема.Изобретение относится к области исследования нефтяных и газовых скважин при бурении и может быть испольовано для предупреждения и ликвидании газопроявлений при бурении сква жин.Известен способ для обнаружения газа в кольцевом пространстве буря- щейся скважины и определения параметров образовавшейся после закрытия превентора и создания противодавления на газопроявляющий пласт газированной пачки, основанный на иэмере 1нии изменения объема промывочной жидкости в емкостях и давления на устье скважины 1 ,Основным недостатком этого способаявляется его низкая точность, что связано с принимаемым при определении положения, длины и скорости всплы- тия газированной пачки рядом предположений. Так, полагают, что газо- проявление начинается на забоескважины в момент обнаружения увеличения объема промывочной жидкости в емкостях. В действительности газ может поступать иэ любого промежутка необсаженной части скважины или в сЛучае его высокой растворимости (Н 5; СО) может начать выделяться ЗО из промывочной жидкости в любой части кольцевого пространства скважины, где давление становится меньше давления насыщения. Кроме того, способ не позволяет определить действитель- З 5 ное газосодержание гаэожидкостной пачки, так как при его использовании в каждый момент времени известен лищь общий объем нерастворенного газа в скважине (величина перелива 49 в емкостях). В связи с этим все необходимые для глушения скважинь.расчеты делаются в предположении, что газ в кольцевом пространстве скважины движется в виде сплошного 45 пузыря, Все эти предположения могут привести к. значительным ошибкам в определении параметров газированной пачки, всплывающей в кольцевом пространстве гаэопроявляющей скважи в ны, что в свою очередь может привести к ошибке при опредении максимально допустимых давлении на устье и забое скважины, времени выхода газа из скважины, давления в местах 55 возможного гидроразрыва пластсу и в конечном счете к увеличению риска возникновения открытого выброса и фонтана или к неоправданной ликвидации дорогостоящей скважины.Известен также способ обнаружения и оперативного контроля за газопроявлением в бурящейся скважине, основанный на имерении разницы прихода упругой волны, возбуждаемой на забое и фиксируемой датчиками давления, установленными на устье в бурильных трубах и кольцевом пространстве 23.Недостаток способа связан с предположением, что газ поступает с забоя в момент его обнаружения, в то время как он может начать выделяться в любой части кольцевого пространства скважины,.где давление меньше давления насыщения растворенного газа, Кроме того источник возбуждения упругих колебаний в жидкости находится на забое и поэтому для его работы необходимо постоянно осуществлять поомывку скважины. Забойное расположение источника упругих волн приводит также к трудностям, связанным с выделением полезного сигнала на устье кольцевого канала скважины, так как нижняя граница газированной пачки отражает большую часть энергии, возбуждаемой на забое упругой волны. При этом по мере прохождения сквозь газированную жидкость сигнал заметно затухает и испытывает дополнительное ослабление. Кроме того, для реализации способа необходимо наличие бурильных труб в скважине, в то время как газопроявления часто происходят в процессе спуско-подъемных работ, когда все или часть бурильных труб подняты из скважины. Способ нельзя также реализовать в случаях, когда в бурильных трубах установлен обратный клапан, который ставится сразу при обнаружении начала газо- проявления. Таким образом, данный способ не позволяет фактически определять скорость всплытия газированной пачки, а также при определении ее положения, размеров и гаэосодержания может давать большую и недопустимую погрешностеНаиболее близким по технической сущности к данному является способ, заключающийся в возбуждении на устье скважины упругой волны и определении границы раздела гаэ - жидкость по скорости распространения упругих волн и времени прихода отраженной волны от гранины раздела 3 1.К недостаткам известного способа относится то, что возбуждение упругой волны производится в газе, что не позволяет получить информацию о .наличии других границ раздела ниже. верхней границы газ - жидкость, так как энергия зондирующего сигнала пропорциональна плотности среды, в которой упругая волна распространяется. На устье скважины газовая 10 среда обычно имеет плотность на три порядка ниже, чем промывочная жидкость, т.е. энергия возбузждаемой упругой волны в жидкости на три порядка вышее, чем в газе. Другие недостат - 15 ки известного способа: возбуждение ударных волн в среде горючих газов может привести к взрыву; скорость распространения упругих волн в газе существенно зависит от давления и, следовательно, изменяется в зависимости от глубины скважины, что снижает точность определения местонахождения границ газ - жидкость, в промывочной жидкости скорость распространения 25 упругих волн практически не меняется с глубиной; способ не позволяет определять такие параметры, как скорость всплытия газированной пачки и степень ее газонасыщенности. ЭОЦель изобретения - повышениеточности определения параметров газированной пачки, движущейся в кольцевом пространстве газопроявляющей скважины.35Поставленная цель достигается тем, что способ определения параметров газированной пачки, движущейся в кольцевом пространстве газопроявляющей скважины, включающий возбуждение на устье скважины упругой волны и определение положения верхней границы раздела. газ - жидкость по скорости распространения упругих волн и времени прихода отраженной волны, 4 измеряют время прихода отраженной волны от нижней границы раздела газ жидкость и текущее значение увеличения объема промывочной жидкости в приемных емкостях, после чего определяют положение нижней границы раздела газ - жидкость, размеры и среднее газосодержание газированной пачки, а по разнице времени и положению пачки между двумя замерами определя-ют скорость ее подъема.Способ осуществляется следующим образом. На устье кольцевого пространства скважины путем быстрого изменения площади сечения канала, отводящего промывочную жидкость из-под превентора, возбуждают волну давления, интенсивность которой зависит от соотношения начальной и конечной площадей сечения канала. Эта волна, амплитуда которой может достигать нескольких атмосфер, а фронт которой должен быть много меньше полной фазы гидро- удара (4 М 2 с/С ), устремпяется вниз по кольцевому пространству скважины со скоростью (С ), которую с большой степенью точности можно определить и которая почти не меняется по глубине скважины. Дойдя до верхней грани-. цы газированной пачки, волна частйчно отражается с коэффициентом отражения равнымш - и К= --ш+пфРт Сгде щ=; и= в в ;Судельные плотности промывочной жидкости и газожидкостной смеси;С - скорость звука в газожидкостной смеси,Обычно при газосодержаниях представляющих интерес для практики величина К близка к единице, т.е. происходит значительное отражение от верхней границы газированной пачки. Отражение происходит и от нижней границы газированной пачки.На устье скважины с помощью безинерционного датчика давления фиксируют времена прихода отраженных от верхней ( 1) и нижней (1,) граМ ницы газированной пачки волн и по скорости распространения возмущения в промывочной жидкости определяют положение верхней границы пачких, =С 2, (2)Определяя новое положение верхней границы х через фиксированный про 2межуток времени ( Л 1), определяют скорость ее всплытияХ" г(3)Для определения длины газированной пачки (Н.) и ее среднего гаэосодержания Ь.) измеряют текущее значение объема перелива в емкостях (М).Зная значение площади сечения кольцевого пространства скважины,1155/30 ЬЧ ЬЧ ( 52 15 С 2 1гучитывая,что для определения скорости звука в гаэожидкостной смеси с достаточной для практики точностью 1 О можно пользоваться приближенным вы- ражением сф (1- Ы )15 С 1Уи 2(6) ния газоизмеапач2 где ЗО Зная величин следовательн странення уп С находят И 2У слу нитьдлинырасче е ения Сж р Ф 10 остоинством данног Основным соба явля можность доста" тся в преде ни т пол ож анной о точноней гран то ве не По га пач 55 для определения давления каналемых макс одъема также мофлюида, вторгн скоростиитъ о вид тво-, скваж в "лучае,шегося а усть лонны,то особенно ы, гд шест нельзя 3соответствующее положению гаэированной пачки з =5(х), можно выразитьсреднюю величину газосодер.канияв ней как где давление Р может быть. выражено(при х,) Нд) как находят иэ (4) с учетом (5), среднюю величину гаэосодержа жидкостной пачки через ранее ренные величины Е 2, а1 А азосодержания, аи скорость распроих возмущений в ней.ну газированной пачС2ае, когда ее длина достигает ьких сот метров, можно уточеличину гаэосодержания и газированной пачки, повторив с более точным значением даввисимо от места ее появлени вить ее полную первоначальную герметизацию и определить вид флюида известным способом.На фиг. 1 изображе .а схема скважины и расположения отдельных узлов, необходимых для реализации способа; на фиг. 2 - временная зависимость, снимаемая с датчика давления, расположенного на устье кольцевого пространства скважины, при различных положениях и размерах газированной пачки.Основными элементами схемы (фиг.1) являются бурильные трубы 1, скважина 2, газированная пачка 3, превентор 4, датчик давления 5, регистрируюшее устройство с преобразователем аналог - код 6, микро-ЭВИ 7, быстродействующий клапан 8, блок управления 9, управляемый штуцер 10, емкости 11 с буровым раствором и устройством, измеряющим уровень в них.Быстродействующий клапан 8 срабатывает под действием блока управления 9, резко изменя: площадь проходного сечения канала, соединяющего кольцевое пространство скважины 2 с буровыми емкостями 11. Возникшая при этом волна давления устремляется вниз по кольцевому пространству скважины и частично отражается от верхней и нижней границы газированной пачки 3.Датчик давления 5 фиксирует пришедшие отраженные волны давления, общий характер которых изображен на фиг. 2, Регистрирующее устройство 6 выделяет временные промежутки и одновременно определяет величин изменения объема в буровых емкостях 11. Преобразованные в виде чисел они поступают в микро-ЭВМ, где с помощью встроенной в нее программы они используются для определения расстояния газированной пачки до устья, ее длины и среднего газосодержания в ней. Определяя ангцогично новое ее положение, через фиксированный промежуток времени вычисляется скорость ее подъема. Полученные результаты высвечиваются в удобном виде на дисплее микро-ЭВИ 7, а также используются для проведения последующих технологических расчетов, в частности и на забое скважины, ожимальных величин давленияи под башмаком обсадкой1155730времени ожидаемого появления газа наустье и в выработке общей стратегииликвидации газопроявления. 81 У А в т ------0 с 5 102,5 58 130010фс = --- 0 356. А 1+А5На фиг. 2 показано три вариантаизменения давления во времени (изчисленного решения соответствующейзадачи о распространении ударныхвозмущений в кольцевом канале скважины, содержащей газированную пачку,при различном ее расположении идлине, с учетом эффектов затуханияи отражения).В качестве примера рассмотрим 15скважину глубиной 5000 м 5 0,01 м,в которой на расстоянии 3750 м отустья находится столб газированнойжидкости длиной 500 м (решение представлено на фиг. 2 кривой 1) с в=0,35. Изменение проходного сеченияс 0,01 м до 0,0003 м. эа 0,1 свызвало возникновение волн давления6 1 О Па. Момент времени 1 =5,8 с5(фиг. 2) соответствует приходу отраженной волны от верхней границыгазированной пачки. Учитывая, чтоскорость звука в данной промывочнойжидкости принималась равной 1300 и/с,по формуле (1) легко определить30расстояние х=3770 м. Далее определим давление в газированной пачке(плотность раствора принималасьравной, у =1500 кг/мз) Р=рх =5й,565 10 Па. Как следует из фиг. 2,время 1 -8,3 с. Объем перелива в .емкостях, соответствующий времениизмерения, принимался равным.АЧ=1,8 м . Рассчитаем величину среднегогазосодержания в пачке Определим скорость распространенияупругих возмущений и длину газированной пачки04 м/с; Нп Сгж ( 2) /2=510 м Полученный результат хорошо согласуется с действительно заданными в модели параметрами с точностью;ь 57, Пересчет с поправкой давления дает еще более близкий к принятому результат.Данный способ и его реализация позволит сделать более безопасным глубокое бурение в условиях минимальной репрессии на пласт, которое может значительно увеличить коммерческую скорость проходки скважин, улучшить геологическую эффективность разведочного бурения и уменьшить риск загрязнения экологической среды, так как в случае возникновения газопроявления предполагаемый способ значительно уменьшит вероятность возникновения таких осложнений, как открытый выброс, фонтан и т.п.Технико-экономическая эффективность этого способа связана с предупреждением выбросов и фонтанов, которые являются самыми дорогостоящими осложнениями при бурении нефтяных и газовых скважин, а также с воэможностью использования при бурении более прогрессивной техноло- гии1155/30 УИа 3 ф 10 70 Фих Составитель Техред, С.Миг актор О.Колеснико 54 пис илиал ППП "Патент", г,ужгороц, ул.Проектная, 4 каз 3066/29 Т ВНИИПИ Государс по делам 113035, Москва, Ж,Карбачинскаяунова Корректор А.Тяско венного комитета СССР эобретений и открытийРаушская наб., д, 4