Способ определения пластовых давлений в процессе бурения

 

Изобретение относится к бурению в нефтяной и газовой промышленности при строительстве скважин. Задачей изобретения является повышение точности и оперативности определения пластового давления на текущей глубине скважины. Способ включает спуск долота в скважину, закачивание бурового раствора, определение его объема и плотности и механической скорости проходки на текущей глубине скважины. Долото спускают на бурильных трубах до цементного стакана и разбуривают его. Разбуривают башмак обсадной колонны и бурят скважину на длину компоновки низа бурильной колонны. При этом фиксируют механическую скорость проходки на глубине начала поглощения и герметизируют затрубное пространство. При закачивании бурового раствора в трубы фиксируют давление при закачке и строят график зависимости прироста этого давления от объема закаченного в трубы бурового раствора. На графике по точке начала отклонения линии графика от прямой определяют давление начала поглощения, а по его значению определяют пластовое давление на этой глубине. Затем сбрасывают давление и начинают бурить скважину. Пластовое давление на текущей глубине определяют из математического выражения. 1 ил.

Изобретение относится к области бурения в нефтяной и газовой промышленности при строительстве скважин, в частности к способам определения пластового давления в процессе бурения скважин.

Известен способ определения пластового давления по данным замера испытателя пластов, спускаемого в скважину на бурильных трубах /1/.

Недостатком данного способа является дискретность замера, длительность и трудоемкость операции по замеру, до нескольких суток, и низкая оперативность, замеры производят после того, как исследуемый интервал пробурен, инструмент из скважины поднят, а в скважину спущен испытатель пластов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения порового давления в процессе бурения /2/.

Способ включает определение на устье скважины суммарной площади промывочных отверстий долота и его диаметра, и подсоединение его к квадратной штанге. Затем определяют плотность бурового раствора, включают закачивающие буровой раствор насосы и регистрируют их производительность. Определяют скорость истечения бурового раствора из промывочных отверстий долота, после спуска долота на забой определяют осевую нагрузку на долото и частоту его вращения. Определяют механическую скорость проходки на текущей глубине скважины. Градиент порового давления определяют из математического выражения.

Недостатком известного способа является то, что он предназначен для определения поровых давлений, а не пластовых, кроме этого в расчетной зависимости имеется несколько опытных коэффициентов, требующих идентификации при изменении условий бурения, что снижает точность и оперативность.

Целью настоящего изобретения является повышение точности и оперативности определения пластового давления на текущей глубине скважины.

Поставленная цель достигается тем, что долото спускают на бурильных трубах до цементного стакана и разбуривают его, затем разбуривают башмак обсадной колонны, и бурят скважину на длину компоновки низа бурильной колонны, фиксируя при этом механическую скорость проходки на глубине начала поглощения, затем герметизируют затрубное пространство, и при закачивании бурового раствора в трубы фиксируют давление при закачке, и строят график зависимости прироста этого давления от объема закаченного в трубы бурового раствора и по точке начала отклонения линии графика от прямой, при которой прекращают закачку бурового раствора, определяют давление начала поглощения, а по его значению определяют пластовое давление на этой глубине. Затем сбрасывают давление и начинают бурить скважину, а пластовое давление на текущей глубине определяют из выражения: где V₁ - механическая скорость проходки на глубине определения начала поглощения, м/ч; V₂ - механическая скорость проходки на текущей глубине, м/ч; h₁ - глубина скважины, на которой имело место поглощение, м; h₂ - текущая глубина скважины, м; - плотность бурового раствора, кг/м; g - ускорение силы тяжести, м/с; P_пл1 - пластовое давление на глубине начала поглощения бурового раствора, МПа.

Сущность способа заключается в следующем.

Перед началом бурения интервала, в котором возможно поглощение бурового раствора и в кровлю которого спущена обсадная колонна, выполняют следующие операции.

Разбуривают цементный стакан в колонне, затем башмак колонны и выбуривают из-под башмака на длину компановки низа бурильной колонны, равной примерно 10 метров. Фиксируют при этом механическую скорость проходки на глубине начала поглощения. После этого герметизируют затрубное пространство, и в трубы начинают закачивать цементировочным агрегатом буровой раствор на минимально-возможной производительности для предотвращения возможного гидроразрыва пласта. Фиксируют давление при закачке и объем и строят график изменения этого давления от объема закаченного в трубы бурового раствора.

На чертеже представлен график соотношения объема закачиваемого бурового раствора в бурильные трубы и давления при закачке.

После того как линия графика начнет отклоняться от прямой (точка А на линии 2, см. чертеж), закачку раствора в трубы останавливают и фиксируют давление P_гр, при котором это отклонение началось.

Величина этого давления и является давлением начала поглощения.

Затем открывают линию сброса на агрегате. При этом скважина должна отдать примерно тот же объем, который был закачен в бурильные трубы. После этого приступают к бурению скважины.

Механическую скорость проходки на глубине начала поглощения, то есть в интервале выбуривания из-под башмака, определяют
Механическую скорость проходки на текущей глубине определяют

где P_{1 -} дифференциальное давление на глубине начала поглощения, кг/см²;
P₂ - дифференциальное давление на текущей глубине, кг/см²;
A - сумма коэффициентов, постоянных для данных условий, определяемая

где G - осевая нагрузка на долото, кН,
n - частота вращения долота, мин^-1,
Q - подача буровых насосов, м³/с,
f₀ - суммарная площадь поперечных сечений промывочных каналов долота, м²,
D - диаметр долота, мм,
a₁ или a₃ и y - опытные коэффициенты.

Далее через соотношение механических скоростей проходок определяют дифференциальное давление на текущей глубине:



Известно, что:

где - плотность бурового раствора, кг/см³;
h₁ - глубина начала поглощения, м;
h₂ - текущая глубина, м;
P_пл1 - пластовое давление на глубине начала поглощения, МПа.

P_пл2 - пластовое давление на текущей глубине, МПа,
Подставляя значения P₁ и P₂, получаем выражение для определения пластового давления на текущей глубине

отсюда

Пластовое давление на глубине начала поглощения определяют:

- коэффициент Пуассона, который принимают в зависимости от горных пород /3/;
- плотность бурового раствора, кг/м³;
P_гр- давление начала поглощения, определяемое по графику, МПа;
P_г - горное давление вышележащих горизонтов, МПа.

Горное давление вышележащих горизонтов определяют
P_г = 10^-6_гgh₁, МПa,
где _г - средневзвешенная плотность горных пород, кг/м³,
h₁ - текущая глубина бурения, м,
g - ускорение силы тяжести, м/с².

Средневзвешенную плотность горных пород определяют по техническому проекту на бурение скважины.

Пример. После спуска обсадной колонны диаметром 219 мм на глубину h = 2200 метров в отложениях, сложенных глинами с прослоями аргиллитов, разбуривают цементный стакан в колонне, затем башмак колонны и выбуривают из-под башмака на длину компоновки низа бурильной колонны на 10 м и фиксируют механическую скорость проходки. Затем герметизируют затрубное пространство и начинают буровой раствор закачивать в трубы цементировочным агрегатом с минимальной производительностью 4 л/с. Во время закачивания бурового раствора в трубы фиксируют его объем и давление при закачке и по полученным данным строят график зависимости прироста этого давления от объема закаченного бурового раствора в трубы (см. чертеж). По началу отклонения линии графика от прямой определяют давление начала поглощения, величина которого составила P_гр = 48,84 МПа.

Рассчитывают величину пластового давления на текущей глубине


- коэффициент Пуассона для глин с прослоями аргиллитов принят равным 0,425 /3/.

P_г=10^-6 2300 9,81 2200 = 49,64, МПа.

Средневзвешенную плотность горных пород принимают по данным технического проекта на бурение скважины 14 Прибрежная равной _г 2300 кг/м³.

После этого в интервале бурения 2200 - 2210 м была получена механическая скорость V₁ = 2,0 м/ч, а в интервале 2220 - 2230 м получена скорость V₂ = 1,0 м/ч.

С учетом значения плотности бурового раствора = 2030 кг/м³ определяют пластовое давление на текущей глубине:

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить точность и оперативность определения пластового давления на текущей глубине бурения скважины и своевременно скорректировать плотность бурового раствора с целью недопущения газо-нефте-водопроявлений.

Источники информации:
1. А. М. Ясашин. Вскрытие, опробование и испытание пластов. М.: "Недра", 1979, с. 126 - 207.

2. А.С. СССР N 1546622, 5 E 21 B 47/00, 1989, БИ N 3,
3. К.В.Иогансен. Спутник буровика. М.: "Недра", с. 3-5.

4. Гидромеханические процессы на забое бурящихся скважин. - М. : ВНИИОЭНГ, 1989, c. 36.

Формула изобретения

Способ определения пластового давления в процессе бурения, включающий спуск долота в скважину, закачивание бурового раствора, определение объема и плотности его, механической скорости проходки на текущей глубине скважины, отличающийся тем, что долото на бурильных трубах спускают до цементного стакана и разбуривают его, разбуривают башмак обсадной колонны и бурят скважину на длину компоновки низа бурильной колонны, фиксируя при этом механическую скорость проходки на глубине начала поглощения, герметизируют затрубное пространство, а при закачивании бурового раствора в трубы фиксируют давление при закачке, строят график зависимости прироста этого давления от объема закаченного в трубы раствора, и по точке начала отклонения линии графика от прямой определяют давление на глубине начала поглощения, а по его значению определяют пластовое давление на этой глубине, затем сбрасывают давление, начинают бурить скважину и пластовое давление на текущей глубине определяют из выражения

где V₁ - механическая скорость проходки на глубине начала поглощения, м/ч;
V₂ - механическая скорость проходки на текущей глубине, м/ч;
h₁ - глубина скважины, на которой имело место поглощене, м;
h₂ - текущая глубина скважины, м;
- плотность бурового раствора, кг/м³;
g - ускорение силы тяжести, м/с³;
Р_пл1 - пластовое давление на глубине начала поглощения бурового раствора, МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1