способ исследования поглощающих пластов

Формула изобретения

Способ исследования поглощающих пластов в процессе бурения скважин, включающий спуск бурильного инструмента, циркуляцию промывочной жидкости при постоянном давлении, с постоянной производительностью насосов, регистрацию объема закаченной в скважину жидкости и построение индикаторной линии, отличающийся тем, что начальное давление нагнетания на устье скважины устанавливают на уровне ожидаемого рабочего давления перед вскрытием поглощающего пласта, замеряют давление нагнетания при промывке на глубинах, с установленным интервалом, как при движении бурильного инструмента вниз с постоянной скоростью, так и без движения, производят определение перепада давления на устье скважины соответственно при промывке во время движения бурильного инструмента и без движения, производят аналогичные операции при бурении поглощающего пласта, определяют перепад давления при движении инструмента на тех же глубинах, скоростях спуска и том же расходе промывочной жидкости и определяют интенсивность поглощения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к исследованию гидродинамических характеристик пласта, проводимых в процессе бурения скважин при борьбе с поглощениями промывочной жидкости и может быть применено при добыче нефти и газа.

Известен способ исследования пластов методом установившихся закачек [Крылов В.И., Сухенко Н.И. Временная инструкция по исследованию поглощающих пластов и борьбе с поглощением промывочной жидкости при бурении скважин. ВНИИКРнефть, М., 1974, с. 13], когда статический уровень жидкости H_ст, определяемый расстоянием от устья скважины до установившегося уровня жидкости в затрубном пространстве в результате частичного поглощения ее, больше 30 м. Способ заключается в нагнетании в скважину жидкости с заданным максимальным расходом до установления определенного статического уровня. Фиксируется значение расхода и положение уровня. Затем меняется расход и закачивается жидкость до установления нового положения статического уровня. Меняя режимы закачки жидкости, получают соответствующие им значения уровней. Данный способ требует затрат времени на определение статических уровней в скважине, которые при поглощении бурового раствора могут менять свое местоположение в зависимости от создаваемого давления на забое скважины. Причем в случае гидроразрыва пласта при исследовании скважины информация может быть искаженной.

Известен также способ исследования методом установившихся нагнетаний при H_ст < 30 м, при котором устье скважины герметизируется и в нее закачивается жидкость с постоянными расходами до установления определенного давления [Крылов В. И., Лебедев Е.В., Хуршудов В.А. Предупреждение и ликвидация поглощений промывочной жидкости в скважине при повышенных забойных температурах и аномально-высоких пластовых давлениях. ВНИИОЭНГ, М., 1972, с. 45-48]. Режим считается установившимся, если давление и расход остаются постоянными в течение 10-15 мин. Затем изменяют расход и добиваются постоянства нового значения давления. В процессе исследования зоны поглощения режим закачки изменяется несколько раз как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения производительности насосов. Обработка результатов исследований заключается в построении индикаторной линии, характеризующей приемистость зоны поглощения, в координатах расход жидкости Q - перепад давления P. Однако при использовании данного способа исследования перепад давления на устье скважины ограничен в 3.0 МПа в связи с возможностью гидроразрыва пласта. Таким образом, в скважинах, в которых осуществляется промывка технической водой, данный способ не применим. Кроме того, при проведении исследований имеют место значительные затраты времени, глинистого раствора, химических реагентов и других материалов.

Наиболее близким к заявленному является "Способ исследования поглощающих пластов" а.с. N 866150, МПК E 21 B 47/10, авторы Семенякин В.С., Хуршудов В. А. Способ включает циркуляцию промывочной жидкости в скважине с постоянной производительностью. В скважину, на бурильных трубах спускают глубинный манометр. Измеряют установившийся расход технической воды нагнетаемой и выходящей из скважины, при постоянном давлении нагнетания на устье, регистрируют установившееся давление на забое глубинным манометром. Закачивают в бурильные трубы порции глинистого раствора постоянной плотности. Объемы порций глинистого раствора выбирают такими, чтобы, начиная с минимального и кончая максимальным объемом, получить пять-шесть точек интенсивности поглощения. По полученным данным исследования строится индикаторная линия в координатах интенсивность поглощения Q - репрессиия на пласт P. Способ принять за прототип.

Недостатками способа являются: потери промывочной жидкости, химреагентов и времени на исследование, необходимость использования дополнительных приборов и устройств. Кроме того, поскольку используется глинистый раствор большей плотности, возможно создание избыточного давления и опасность гидроразрыва исследуемого пласта. Для недопущения этого, необходимо строгое соблюдение технологического режима.

Цель изобретения - снижение затрат, трудоемкости и времени проведения исследований поглощающих пластов.

На чертеже представлена индикаторная линия, построенная в координатах Q - P, характеризующая интенсивность поглощения от репрессии на пласт.

Поставленная цель достигается следующим образом. Измеряют давление нагнетания промывочной жидкости на устье скважины и замеряют расход жидкости, нагнетаемой в скважину. Начальное давление нагнетания на устье скважины устанавливают на уровне ожидаемого рабочего давления перед вскрытием поглощающего пласта, которое не должно превышать давления раскрытия трещин. Нагнетание промывочной жидкости осуществляют при постоянном давлении и производительности насосов и регистрируют объем закаченной в скважину жидкости. После этого, с установленным интервалом замеряют давление нагнетания при промывке на глубинах, как при движении бурильного инструмента вниз с постоянной скоростью, так и без движения. Производят определение перепада давления на устье скважины. Перепад давления определяется по формуле

P_д = P_1д-P_2д, (1)

где P_1д и P_2д - давление на устье скважины, соответственно при промывке во время движения бурильного инструмента и без движения. При бурении поглощающего пласта производят аналогичные операции. Определяют перепад давления при движении инструмента на тех же глубинах, скоростях спуска и том же расходе промывочной жидкости и определяют интенсивность поглощения Q:

(2)

где V - потери объема промывочной жидкости на поглощение при спуске инструмента; t - время, за которое произошло поглощение (время спуска инструмента).

При получении линейной зависимости падения давления во времи определяют коэффициент приемистости пласта по уравнению

(3)

где P = P₁-P₂ - репрессия на пласт, определяемая разностью начального P₁ и конечного P₂ давлений на пласт, замеренных на устье скважины. Действительно, репрессия на пласт - это разность давлений на забое скважины и в пласте. Обозначим через P_з - забойное давление, а через P_пл - пластовое давление. Тогда репрессия на пласт равна

P = P₃-P_пп. (4)

Забойное давление определяется как:

P_з = P_ст + P_у, (5)

где P_ст = gH - статическое давление, создаваемое столбом промывочной жидкости плотностью на забое скважины, глубиной H:

P_у - давление на устье скважины;

g - ускорение свободного падения.

Из уравнения (5) следует, что забойное давление P_з линейно зависит от давления на устье скважины. Полагая, что плотность промывочной жидкости является величиной постоянной, подставив P_з в уравнение (4), получим:

P = P_ст+P_у-P_пп, (6)

Изменяя устьевое давление путем спуска инструмента в скважину на заданных глубинах, получим ряд значений P:

P₁ = P_ст+P_у1-P_пп, (7)

P₂ = P_ст+P_у2-P_пп, (8)

============

P_i = P_ст+P_уi-P_пп, (9)

Вычитая последовательно уравнения (8) и (9) из (7), получим абсолютные репрессии на пласт:

P₀₁ = P_у1-P_у2, (10)

P₀₂ = P_у2-P_у3, (11)

и т.д.

Таким образом, уравнения (10) или (11) и им подобные есть не что иное, как уравнение (6). Иначе говоря, разница репрессий на пласт при движении инструмента на заданных глубинах, покажет абсолютную репрессию на пласт.

Интенсивность поглощения промывочной жидкости пластом зависит от репрессии на этот пласт т.е.:

Q_погл = f(P) (12)

Производя спуск инструмента, получают дополнительную репрессию P_д на пласт, которая вызывает увеличение интенсивности поглощения Q_погл. Тогда интенсивность поглощения при спуске инструмента определится из выражения:

Q_погл = Q_погл+Q_погл. (13)

Производя спуск инструмента с промывкой в скважине на заданных глубинах, получим ряд значений Q_погл:

Q_погл1 = Q_погл+Q_погл1, (14)

Q_погл2 = Q_погл+Q_погл2, (15)

================

Q_поглi = Q_погл+Q_поглi, (16)

Последовательно вычитая уравнения (14), (15) и им подобные из (16), получим:

Q_i = Q_i, (17)

Для построения индикаторной линии необходимо произвести измерения P_i и Q_i на всех глубинах.

Чтобы определить Q, по уравнению (2) достаточно замерить объем поглощенной промывочной жидкости V за время t, за которое произошло поглощение промывочной жидкости, а затем определить коэффициент приемистости пласта по уравнению (3).

По набранным значениям Q₁, Q₂, . . . ,Q_i и соответствующим значениям P₀₁, P₀₂,...P_0i строят индикаторную кривую и определяют параметры пласта.

Примеры конкретного выполнения.

Ожидается наличие поглощающего пласта на глубине 2700 м. Пробурено 2550 м, скважина обсажена колонной D_н = 244.5 мм, = 100 мм. Колонна заполнена промывочной жидкостью плотностью = 1200 кг/м³. Спускается бурильный инструмент d_н = 127.0 мм. На глубине 500, 1000, 1500, 2000 и 2500 м определяют перепад давления при скорости спуска инструмента v = 1 м/с, с промывкой и производительностью насосов 25 л/с. Измеряют разность давлений P на устье скважины при спуске инструмента и без движения при отсутствии поглощения. Результаты замеров при отсутствии поглощения заносят в таблицу:

H, м: 500; 1000; 1500; 2000; 2500;

P, кПа: 337; 675; 1000; 1330; 1660.

После вскрытия поглощающего пласта на глубине 2700 м при промывке с производительностью насосов 25 л/с, давление нагнетания снизилось на P₀ = 1000 кПа и определили, что интенсивность поглощения составила Q = 0.14 л/с. Для определения параметров пласта произвели спуск бурильного инструмента и замер интенсивности поглощения со скоростью v = 1 м/с с промывкой на той же производительности насосов, на глубинах 500, 1000, 1500, 2000, 2500 м (плотность промывочной жидкости = 1200 кг/м³, производительность насосов 25 л/с).

Данные измерения при поглощении представлены в таблице:

H, м: 500; 1000; 1500; 2000; 2500;

P_д, кПа: 0; 340; 675; 1000; 1330; 1660;

Q, л/с: 0,14; 0,16; 0,18; 0,19; 0,20; 0,21

По полученным данным строят график (см. чертеж) и определяют параметры пласта.

Предлагаемый способ позволяет значительно сократить потери времени в процессе проведения исследований поглощающих пластов за счет упрощения процесса исследований. Кроме того, экономятся химреагенты и утяжелитель. Отпадает необходимость в дополнительных приборах и оборудовании, что позволяет значительно ускорить и удешевить процесс исследования при наличии поглощения.