CC BY
27
УДК 622.24 (088.8) + 622.241 (088.8)
1 2 А.Д.Елисеев , В.В.Нескоромных
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
КОМПЛЕКС МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОПЕРАТИВНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПОГЛОЩЕНИЙ ПРИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНОМ БУРЕНИИ
Приведены сведения о результатах разработки комплекса технических средств инструментального исследования поглощений при геологоразведочном бурении, метода определения местоположения проницаемых поглощающих зон в необводнённых интервалах скважин; гидродинамического метода определения местоположения поглощения.
Ключевые слова : поглощение, промывочная жидкость, оперативные методы исследования, инструментальные методы исследования поглощений; технические средства, скважинный прибор. Библогр.11 назв. Ил.5.
A.D.Еliseev,V.V.Neskoromnyh
Nathaniel Scientifically Irkutsk State Technical University; 664074, Irkutsk, Lermontov st. 83.
COMPLEX OF METHODS AND MEANS OF OPERATIVE RESEARCH OF ABSORPTION AT PROSPECTING DRILLING
Data on the developed are resulted: a complex of means of tool research of absorption at prospecting drilling; a method of definition of a site of nontight, absorbing zones in необвод-нённых intervals of chinks; a hydrodynamic method of definition of a site of absorption. Key words: absorption промывочной liquids; operative methods of research of absorption; tool methods of research of absorption; a complex of means of operative research of absorption; скважинный the device for measurement of the expense of a liquid and the mass expense of air in a chink. Bibliography 11. Illustraions 5.
Важной причиной низкой результативности изоляционных работ при бурении разведочных скважин является недостаток информации о местоположении и параметрах зон поглощения для выбора наиболее эффективного варианта технологии устранения потери промывочной жидкости. Это связано с несовершенством методов и технических средств оперативного
получения информации, под которыми понимаются методы, осуществляемые силами бурового персонала. К ним относятся наблюдения за промывкой, углубкой, шламом, выполняемые без подъёма бурильной колонны, и выполнение инструментальных исследований с использованием спускаемых в освобожденную от бурового снаряда скважину специальных
1 Елисеев Александр Дмитриевич, кандидат технических наук, докторант, тел.: (3952) 40-57-37, e-mail: TTR_drill@istu.irk.ru .
Eliseev Alexander Dmitrievisch, candidate of technisch sciences, doktorant, phone (3952) 40-57-37, e-mail: TTR_drill@istu.irk.ru
2Нескоромных Вячеслав Васильевич, доктор технических наук, профессор, тел.: (3952) 40-57-37, e-mail: TTR_drill@istu.irk.ru.
Neskoromnyh Vjacheslav Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, phone: (3952) 40-57-37, e-mail: TTR_drill@istu.irk.ru
устройств - пакеров или скважинных расходомеров. Оперативные методы различны по трудоёмкости и информативности. При выполнении изоляционных работ из методов исследования в конкретных условиях должен быть применен такой из них (или их сочетание), при использовании которого в комплексе с работами по ликвидации поглощения, достигается наивысшая производительность бурения.
Наблюдения не являются универсальными исследованиями, однако, они выполняются буровым персоналом без подъёма бурильной колонны, с малыми затратами дают важную информацию о поглощении и о местоположении зоны по-глащения, а их реализация предшествует более информативным, но и более трудоёмким инструментальным методам сква-жинной расходометрии. Это позволяет сделать последние более оперативными, менее трудоёмкими и менее затратными. Недостаток существующих методов наблюдений заключается в том, что они позволяют определить, как правило, местоположение только первой пересекаемой скважиной зоны поглощения. Развитие инструментальных методов является, несомненно, перспективной областью научных и технических разработок.
Инструментальный метод скважин-ной расходометрии информативный, простой в интерпретации результатов, но трудоёмкий процесс, предусматривающий наряду с расходометрией, выполнение ка-вернометрии и измерение уровня жидкости в скважине. Отсутствие приборов комплексного контроля, позволяющих получить информацию при одном спуске и надёжно работающих в загрязненных жидкостях, не позволяет сделать метод сква-жинной расходометрии оперативным диагностическим инструментом бурового персонала.
Учитывая вышесказанное, а также особенность выполнения геологоразведочных работ, заключающуюся в том, что они ведутся, как правило, на удаленных от стационарной базы участках, что усложняет участие в исследованиях специализированных служб, в частности, геофи-
зической, актуальным является совершенствование методов и технических средств оперативного исследования поглощений.
С непосредственным участием авторов выполнены НИР и ОКР, включающие:
- разработку: комплекса технических средств оперативного исследования поглощений (комплекс КТС ОИП) [1], обеспечивающего комплексный контроль местоположения и параметров зон поглощений как в обводнённых так и в необводнённых интервалах. Исследования осуществляются при одном спуске скважинного датчика, производимом непосредственно буровым персоналом;
- выполняемый с использованием ком-плеса КТС ОИП инструментальный метод скважинной расходометрии, позволяет определять местоположения проницаемых зон не только в обводнённых, но и в необводненных интервалах скважин;
- выполняемые без подъёма бурильной колонны на основании устьевой информации методы оперативного определения местоположения поглощения -гидродинамический и пневмогидроста-тический..
Комплекс КТС ОИП предназначен для оперативного исследования поглощений при геологоразведочном бурении, приспособлен к процессу бурения и использованию его буровым персоналом при выполнении работ по ликвидации поглощений промывочной жидкости и включает в своём составе: скважинный прибор для измерения расхода жидкости и значений массового расхода воздуха в различных точках скважины; автономную переносную лебёдку с облегчённым кабелем; лубрикатор, обеспечивающий возможность перемещения кабеля (скважинного прибора), нагнетание при этом жидкости или воздуха в скважину и герметичность устья; методические рекомендации по осуществлению метода [2].
С использованием данного комплекса при одном спуске в скважину его сква-жинного датчика измеряются и определя-
ются следующие параметры: расход воздуха и направление его потока; расход жидкости и направление ее потока; фаза (воздух или жидкость) контролируемой среды; положение статического и динамического уровней; диаметр скважины (блок-
1 2 3
<
13
12
4 5
10
11
7 ч 8 9
-7
Рис.1. Схема измерительного прибора комплекса КТС ОИП: а - блок-схема: 1 - скважинный прибор, 2 - дешифратор направления потока, 3 - индикация направления потока, 4 - дешифратор фазы среды, 5 - индикация фазы среды, 6 - блок управления полярностью напряжения, 7 -таймер, 8 - электронный ключ, 9 - блок отсчёта оборотов вращения крыльчатки, 10 - дешифратор диаметра скважины, 11 - индикатор диаметра, 12 - дешифратор давления среды, 13 - индикатор давления среды; б - схема скважинного прибора:14 - крыльчатка с валом, 15 -первый постоянный магнит, 16 - герметичная камера, 17 - специальная жидкость, 18 - гибкая оболочка,
19 - третий магнитоуправляемый элемент (геркон),
20 - центраторы, рычаги преобразователя диаметра, 21,22 - первый и второй магнитоуправляемые элементы (герконы), 23 - поплавок со вторым постоянным магнитом, 24 - магнитоуправляемый элемент (геркон) фазы среды, 25 - переменный резистор преобразователя давления, 26 - изоляционный вкладыш, 27 - головка скважинного прибора, 28 - подвижная муфта с укреплённым на ней третьим постоянным магнитом, 29,30 - магнитоуправляемые элементы преобразователя диаметра, 31 - неподвижный фиксатор, 32 - четвёртый магнитоуправляемый элемент
схема измерительного прибора и схема скважинного датчика комплекса приведены на рис.1,а и 1,б, соответственно).
А-А
32
19
15 21
22
27
29
30 28
20
23
15 21,22
б)
6
Скважинный прибор устойчиво работает в скважинах глубиной до 1500м с диаметром бурения 59-152 мм, а скважин-ные датчики имеют диаметры 40 и 70мм.
Прибором обеспечиваются следующие показатели назначения:
- порог чувствительности по воздуху (при его прохождении непосредственно через чувствительный элемент) при нормальных условиях - 1*10-3 м3/с;
- порог чувствительности по воде (при ее прохождении непосредственно через чувствительный элемент) - 1*10-5 м3/с;
- диапазон контролируемых диаметров -от 59 до 200мм;
- диапазон контролируемого уровня от 0 до 1000м.
Измерение значений объемного расхода воздуха и последующая его корректировка по диаметру скважины и давлению воздуха в конкретной точке скважины позволяет определить значение массового расхода, используемого для построения расходограммы по "воздуху" для необвод-ненного интервала.
Массовый расход воздуха определяют по значению объёмного расхода с коррекцией по диаметру в точке измерения.
При исследовании скважин с проницаемыми зонами, как в обводнённых, так и в необводнённых интервалах, необходимость определения фазы контролируемой среды очевидна.
Определение положения статического и динамического уровней необходимы для определения параметров проницаемых интервалов.
Знание диаметра скважины необходимо не только для корректировки результатов выполнения расходометрии. Этот параметр является важным при определении удельных показателей, характеризующих поглощения, а также необходим для определения интервала скважины с соответствующим диаметром, в котором возможна установка пакера для последующего нагнетания в проницаемый интервал тампонажной смеси.
На основании контролируемых параметров комплекс позволяет получить следующие сведения о поглощениях:
- местоположение границ поглощающих и водопроявляющих горизонтов и зон в обводненных интервалах скважин;
- местоположение границ проницаемых зон в необводненных интервалах;
- интенсивность поглощения и характер ее изменения по мощности поглощающего горизонта;
- диаметр скважины и ее объем в осложненном интервале;
- статический, динамический уровни;
- расчетные параметры проницаемых, поглощающих зон (коэффициенты проницаемости КПр, фильтрации КФ, поглощающей способности, удельная приемистость g и др.);
- направление потоков жидкости или воздуха в скважине и перетоки между горизонтами.
Полученная информация используется для оценки качества тампонажных работ, обнаружения мест разрывов колонн обсадных труб, если с этим связано поглощение.
Скважинный прибор удовлетворяет жёстким требованиям в части механических и климатических воздействий. Сква-жинный датчик надёжно работает в воздушной, водной среде и в промывочной жидкости с условной вязкостью до 40с (по СПВ), загрязненных буровым шламом, в том числе содержащем загрязняющие включения размером до 3 мм. Максимальное гидростатическое давление, воздействующее на датчик - 15,0 МПа.
В случае обрыва датчика в скважине не возникает осложнений, связанных с ликвидацией датчика, либо с его подъёмом.
Прибор работает с малогабаритной, переносной лебедкой, чем обеспечивается мобильность технических средств исследования и возможность использования их буровым персоналом без вызова специализированной геофизической бригады.
Малые габариты и малая масса лебёдки достигаются при малой массе кабеля. Схемным решением обеспечивается передача всей информации по двухпроводной линии связи.
Скважинный датчик комплекса имеет невысокую стоимость. Выполнение исследований осуществляется с использованием миниатюрного облегченного кабеля типа КГМ с разрывным усилием (500 кгс). Поэтому возможная потеря скважинного датчика в осложненных интервалах, в которых высока вероятность «прихвата» и, как следствие, вероятность утраты сква-жинного датчика, не представляет собой серьёзной проблемы.
Наземный блок имеет модификации, различающиеся по функциональным возможностям - прибор ИЗП-П - показывающий прибор и прибор ИЗП-Р - регистратор.
На разработанные технические средства получены патенты РФ на изобретения [5, 6, 7].
Метод скважинной расходометрии для определения местоположения проницаемых зон в не обводнённых интервалах скважин.
В буровой практике отсутствуют регламентированные методы исследования проницаемых зон в необводненных интервалах скважин, часто распространённых в районах гористой местности. Необходимость выполнения исследований поглощающих зон, расположенных в необвод-ненном интервале скважины, возникает при бурении с продувкой воздухом или очисткой газожидкостными смесями с последующим переходом на специальную промывочную жидкость. В таких ситуациях возникает необходимость исследования всех перебуренных скважиной зон поглощения, расположенных как в обводнённых, так и в необводнённых её интервалах.
Известный метод скважинной расхо-дометрии обводнённых интервалов скважин предусматривает [4] создание и поддержание динамического состояния скважины в процессе измерения расхода путём нагнетания в скважину жидкости.
На аналогичном подходе для определения местоположения проницаемых, поглощающих зон в необводненных интервалах скважин авторами предложен вариант метода скважинной расходометрии,
при котором динамическое состояние в процессе выполнения измерений создаётся путём нагнетания в скважину воздуха [8]. Сущность метода заключается в следующем.
На рис.2 изображена схема исследования скважины и расходограмма, полученная при измерениях с нагнетанием в скважину воздуха. Для определения местоположения проницаемых поглощающих зон в необ-водненном интервале в скважину 1 нагнетают с постоянной производительностью воздух. Для герметизации исследуемого объёма скважины при условии обеспечения возможности перемещения скважин-ного расходомера 5 на кабеле устанавливается специальная устьевая головка 7 - лубрикатор для проведения оперативной скважинной расходометрии. При установившемся режиме нагнетания воздуха выполняют измерения значений расхода воздуха в различных по глубине точках необ-воднённого интервала. Учитывая трение кабеля в уплотняющих элементах устьевой головки, измерения осуществляют при перемещении датчика скважинного расходомера снизу (от статического уровня или забоя) вверх (к устью скважины). Согласно измеренным значениям в координатах глубина - расход строят график - расходо-грамму (см.рис.2). Она отображает характер изменения значений расхода воздуха по глубине скважины. Из расходограммы видно, что на интервале от устья скважины до глубины 42,0 м (точка 17) воздух двигался с постоянным расходом, равным 34 дм3/с. На указанном интервале проницаемых зон нет. На интервале от 42 м (точка 17) до 75 м (точка 14) наблюдается изменение расхода воздуха от 34 дм3/с до 12,8 дм3/с. Указанный интервал является проницаемым. На интервале от 75 м (точка 14) до 119 м (точка 10) воздух двигался с постоянным расходом, равным 12,8 дм3/с. На указанном интервале проницаемых зон нет. На интервале от 119 м (точка 10) до 135 м наблюдалось изменение расхода воздуха от 12,8 дм3/с до 0. Указанный интервал является проницаемым. Таким образом, на интервале от статического уровня до устья скважины определены две
Динамический уровень
Статический уровень
т.9
т.2 т.1
б
Рис.2. Схема исследования скважины (а) и расходограмма, полученная при измерениях с нагнетанием в скважину воздуха (б): 1 - скважина; 2 - первый проницаемый интервал; 3 - второй проницаемый интервал; 4 - подъёмное устройство; 5 - скважинный расходомер; каротажный кабель; 7 - устьевая головка; (т.1 - т.18) - точки измерения расхода воздуха в скважине
проницаемые зоны в интервалах 119-135 м
Конструкция лубрикатора для проведения оперативной скважинной расходо-метрии приведена на рис.3.
При нагнетании воздуха в скважину повышается его давление и он начинает
и 42-75 м.
«проходить» и истекать в проницаемые зоны (интервалы пористых, трещиноватых пород и др.). При этом интенсивность поглощения отдельных зон, которая определяется расходом воздуха, поглощаемого
3
зоной, согласно установленной взаимосвязи, при проходе в пористые породы и истечении в трещиноватые породы определяется проницаемостью пород, площадью поверхности зон поглощения, давлением в объеме необводненного интервала скважины. При постоянном режиме нагнетания в
7
Рис.3. Конструкция рубрикатора для проведения оперативной скважинной расходометрии: 1 - обсадная труба; 2 -узел пакеровки; 3 - пара винт-гайка; 4 -пакер; 5 - узел лубрикатора; 6 - кабель; 7 -блочок; 8 - уплотняющий элемент; 9 - гайка прижимная; 10 - магистраль подачи среды (вода, воздух); 11 - быстроразъём-ное соединение; 12 - труборазворот
скважину устанавливается постоянный режим движения воздуха от устья скважины к местам ее ухода - проницаемым зонам. То есть, интервалам изменения расхода воздуха, нагнетаемого в скважину с постоянным режимом, соответствуют положения проницаемых зон. Причём суммарный расход, с которым нагнетается воздух, слагается из
расходов, с которыми он "уходит" в отдельные зоны.
С учётом известной взаимосвязи проницаемости пород при проходе через них воздуха, либо жидкости, следует, что интервалы ухода воздуха являются и интервалами поглощений промывочной жидкости. Выполнены исследования метода и разработаны методические рекомендации по его реализации при геологоразведочном бурении [1, 2].
В сочетании с предварительно выполненной традиционной расходометрией обводнённого интервала, предложенная рас-ходометрия необводнённого интервала позволяет определить местоположение зон поглощения на всей протяжённости ствола скважины с низким значением статического и динамического уровней в ней. Полученная информация важна для успешного устранения всех перебуренных поглощений в случаях перехода после бурения с очисткой забоя воздухом или пеной на последующее бурение с промывкой жидкостью.
В настоящее время для выполнения расходометрии обводнённых интервалов используются тахометрические скважин-ные расходомеры. Целесообразность их применение обоснована и для выполнения расходометрии необводнённых интервалов по предложенному методу.
При неизменных параметрах конструкции датчика (наружный и внутренний диаметры лопастей, число лопастей шаг винтовой линии, момент сопротивления в опорах и реакция тахометрического преобразователя) с учетом известной связи между плотностью и давлением воздуха, зависимость частоты вращения крыльчатки та-хометрического расходомера воздуха может быть в общем виде выражена следующим уравнением:
п = Ф (Оу, Р, Дс),
где - объемный расход воздуха; Р - давление воздуха; Дс - диаметр скважины.
Выполнение измерения расхода воздуха в скважине имеет особенности. Крыльчатка расходомера фиксирует скорость движения воздуха по стволу скважи-
ны. Так как диаметр скважины может изменяться в широких пределах, а скорость потока воздуха по стволу скважины не является аналогом её расхода. В результат необходимо вводить коррекцию по фактическому диаметру скважины в точке измерения расхода, по аналогии с выполнением скважинной расходометрии обводнённых интервалов.
Кроме того, абсолютное давление воздуха в различных точках скважины имеет различные значения, которые зависят от параметров режима нагнетания воздуха и пневмосопротивлений в скважине, а также от величины пневмостатического давления. С изменением давления изменяется плотность воздуха, меняется и объёмный расход воздуха, измеряемый тахометрическим расходомером. Таким образом, для выполнения расходометрии необводнённого интервала во внимание должны приниматься значения массового расхода воздуха в конкретных точках скважины. Для определения массового расхода воздуха в результат измерения необходимо дополнительно вводить коррекцию по плотности или, учитывая постоянство зависимости плотности от давления воздуха - по давлению воздуха.
Выполнены исследования расходных характеристик по воздуху тахометрических скважинных расходомеров в скважинах разного диаметра и при различных значениях давления воздуха с целью последующего определения массового расхода. Установлена математическая связь массового расхода воздуха в скважине с частотой вращения крыльчатки беспакерного расходомера п, давлением воздуха Р и диаметром скважины Д для регламентированных их значений.
С учётом требования обеспечения приспособленности к процессу бурения и возможности применения буровым персоналом разработан прибор оперативного исследования поглощений, на который получены патенты РФ [6, 7].
Оперативноое определение местоположения поглощения. Оперативные методы определения местоположения поглощений осуществляются буровым персоналом без подъёма бурильной колонны. Они
не универсальны, однако их реализация, предшествующая более информативному, но и более трудоёмкому инструментальному методу скважинной расходометрии, позволяет сделать последний более оперативным, менее трудоёмким и менее затратным. Кроме того, такие методы могут с успехом использоваться в ряде случаев, когда этого нельзя сделать на основании наблюдений за промывкой в процессе бурения, например, при возникновении негерметичности обсадной колонны, возобновлении поглощения ранее затампониро-ванного поглощающего интервала, вскрытии поглощающей зоны на забое скважины.
Гидродинамический метод оценки
местоположения поглощения при
бурении снарядами со съёмными керноприёмниками (снарядами ССК).
Ниже приведён предложенный и разработанный авторами - гидродинамический метод определения местоположения поглощения. Метод осуществляется при опущенной в скважину бурильной колонне и предусматривает использование результатов измерений расходов жидкости, закачиваемой в поглощающий интервал через бурильную колонну и через кольцевой канал одновременно [8], [9].
Метод базируется на оценке соотношения протяженностей скважинных участков циркуляционной системы, разделенных зоной поглощений, по соотношению их гидросопротивлений. При обосновании метода принимается условие равенства гидросопротивлений этих участков, которое обеспечивается методикой выполнения исследования. Обоснование метода поясняется схемой приведенной на рис.4. Промывочная жидкость буровым насосом одновременно закачивается в бурильные трубы 1 и кольцевой канал 2. По внутреннему объему бурильных труб 3 и кольцевому каналу она поступает в поглощающий интервал 5. Герметизация кольцевого канала обеспечивается устьевой головкой 4. Жидкость одновременно движется по двум параллельным ветвям. Одна - ветвь бурильных труб, включает внутренний
Рис.4. Схема осуществления гидродинамического метода определения местоположения поглощения в процессе бурения: 1 - бурильная колонна; 2
- кольцевой канал; 3 - внутренний объём бурильной колонны; 4 - устьевая головка; 5
- поглощающая зона; 6 - 6,7 - расходомеры
объём бурильных труб 3 от устья скважины до ее забоя на протяженности L и кольцевой объем от забоя до зоны поглощения на протяженности (Ь - x). Другая - ветвь кольцевого пространства, включает кольцевой канал скважины от её устья до зоны поглощения 5 на протяжённости х. В процессе закачивания жидкости в ветвях устанавливаются определенные расходы жидкости, значения которых контролируются расходомерами 6 и 7.
При закачивании жидкости согласно приведенной схеме гидросопротивления в ветвях гидравлической сети - ветви бурильных труб и кольцевого канала равны
между собой, как гидросопротивления, включённые параллельно между двумя точками гидравлической сети.
Равенство потерь давления (гидросопротивлений) в параллельно включенных ветвях гидравлической сети скважины может быть записано в следующем виде:
ДР1 = ЛР2, (1)
где ДР1 - потери давления при движении жидкости в ветви, включающей интервал кольцевого канала от устья скважины до зоны поглощения, МПа; ДР2 - потери давления при движении жидкости в ветви, включающей внутренний объем бурильных труб от устья до забоя скважины и кольцевой канал от забоя до зоны поглощения, МПа.
С учётом известных соотношений гидравлики промывочных жидкостей, выражения для определения ДР1 и ДР2 (без учета влияния соединений бурильной колонны) могут быть записаны в следующем виде:
ДР1 = К1 х О2кол (2)
ДР2 = К2 Ь 02ТР + К3 (Ь - х) 02ТР (3)
Равенство (1) после подстановки в него выражения (2) и (3) принимает следующий вид:
К1 х О2кол = К2 Ь О2тр + К3 (Ь - х) О2тр, а после очевидных преобразований: х = Ь (К2 + К3)/(К1 О2кол/ 02ТР + К3), (4)
где х - расстояние от устья скважины до поглощающей зоны, м; Ь -глубина скважины, м; Отл - расход промывочной жидкости, который устанавливается в кольцевом канале на интервале х, м3/с; 0ТР - расход промывочной жидкости, который устанавливается внутри бурильной колонны, м3/с; К1, К2, К3 - значения удельных коэффициентов гидросопротивления соответствующих интервалов при расходе ОКОЛ - в кольцевом канале, при расходе 0ТР - внутри бурильной колонны и при расходе 0ТР -в кольцевом пространстве.
Коэффициенты К1, К2, К3 могут быть определены по известным выражениям: К1 = (8,12*10-7 ^ р)/((Д - ёи)3 (Д + ёи)2),(5)
К2 = (8,12*10-7 Х2 р)/ ё5В, (6)
К3 = (8,12*10-7 Х3 р)/ ё5В, (7)
где р - плотность промывочной жидкости, кг/м3; Д - диаметр скважины, м; dН -наружный диаметр бурильных труб, м; dВ - внутренний диаметр бурильных труб, м; Х1, Х2, Х3 - безразмерные коэффициенты гидросопротивлений, соответственно, в кольцевом канале при расходе ОКОЛ , внутри бурильных труб при расходе 0ТР и в кольцевом канале при расходе 0ТР.
При бурении снарядами ССК выражение (4) для определения местоположения зоны поглощения, за счет дополнительных допущений, несколько увеличивающих ошибку метода, формула (4) упрощается и принимает следующий вид: х = L отр/( окол + отр) или х = L 0ТР/ он, (8) где 0Н - производительность насоса, м3/с.
Практически, рассматриваемый метод осуществляют в следующем порядке:
при проявлении поглощения в процессе бурения (опущенной бурильной колонне) с её верхом соединяют устьевую головку - пакер кольцевого канала и приводят его в рабочее состояние;
нагнетательную линию бурового насоса подключают с использованием "тройника" для одновременного нагнетания жидкости в поглощающую зону через бурильную колонну и кольцевой канал, как показано на рис.1;
нагнетают промывочную жидкость и определяют установившееся значения её расходов в параллельных ветвях ОКОЛ и 0ТР. Следует отметить, что зная, производительность насоса и значение расхода нагнетаемого в скважину раствора, не трудно определить расход раствора, поступающего в кольцевой канал и равный их разности;
с использованием измеренных значений ОКОЛ, 0ТР при бурении снарядами ССК и КССК расстояние от устья скважины до положения поглощения оценивают согласно выражению (8). При бурении другими типами снарядов по формулам (5), (6), (7) вычисляют коэффициенты К1, К2, К3, а в последующем по формуле (4) -расстояние до местоположения поглощения.
Закачивание в поглощающий интервал всего объема промывочной жидкости при осуществлении гидродинамического метода, осуществлять не всегда целесообразно, а иногда и не допустимо.
При разработке метода исследованы различные условия и возможности его применения при геологоразведочном бурении. Разработаны методические указания и рекомендации по практической его реализации [1], [2].
Пневмогидростатический метод определения местоположения негерметичности обсадной колонны.
Метод определения местоположения негерметичности обсадной колонны, названный пневмогидростатическим, заключается в следующем [3]. Если в кольцевой канал скважины нагнетать воздух, он будет вытеснять из канала жидкость в бурильную колонну и поглощающую зону. Движение её прекратится при достижении границей раздела жидкость-воздух в кольцевом канале положения негерметичности обсадной колонны, с которой связано поглощение, при этом воздух из кольцевого канала будет "уходить" через негерметичность. По достижении этого момента рост давления воздуха прекратится. Установившееся давление воздуха в кольцевом канале уравновешивается "столбом" жидкости в бурильной колонне, а достигнутый баланс можно описать следующим равенством: Рв = (х - Ндин) Р Б, (9) где Рв - установившееся давление воздуха, Па; х -расстояние от устья скважины до негерметичности обсадной колонны, м; Р -плотность жидкости, кг/м3; б - ускорение свободного падения, м/с2; Ндин - положение динамического уровня жидкости в бурильной колонне после прекращения роста давления в кольцевом канале, м.
Измерив положение динамического уровня Ндин, с использованием равенства (9) определяется расстояние х от устья скважины до негерметичности обсадной колонны: х = Ндин + Рв/р Б. (10)
Осуществляют метод в следующей последовательности (рис.5).
го С
го
х
т
0 со
О) ^
1
Ф
с;
Ой
го
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
1
60
10 20 30 40 50
Время, с
в)
Рис.5. Схема осуществления пневмогидростатического метода оценки местоположения не герметичности обсадной колонны: а) - при проверке герметичности бурильной колонны; б) - при определении местоположения не герметичности обсадной колонны; в) - графики А и Б изменения давления воздуха, соответствующие схемам нагнетания (а) и (б); 1 - скважина; 2 - обсадная колонна; 3 - устьевая головка; 4 - нагнетательная линия; 5 - манометр; 6 - вентиль; 7 - бурильная колонна; 8 - кольцевой канал
6
4
1
б
0
После проверки герметичности бурильной колонны (см. рис.5,а) воздушную магистраль подключают для подачи воздуха в кольцевой канал (см. рис.5,б) и с постоянной производительностью нагнетают воздух. Давление в нём увеличивается, граница раздела жидкость-воздух в кольцевом канале перемещается вниз, и, по достижении границей раздела положения негерметичности обсадной колонны, принимает постоянное значение (по достижении установившегося значения давления нагнетания наблюдается его снижение на некоторую величину, определяемую гидросопротивлениями перемещающегося в скважине, при осуществлении метода, объёма жидкости). Фиксируют по манометру 5 установившееся давление воздуха и измеряют динамический уровень. Местоположение повреждения обсадной колонны, исходя из закона сообщающихся сосудов, определяют по следующей формуле (10).
При разработке метода исследована динамика наблюдаемых параметров при различных конструкциях элементов его осуществления и режимах нагнетания, определены граничные условия применения метода при геологоразведочном бурении. Разработаны методические указания и рекомендации по практической его реализации [2], [11].
Выводы
1. На основании выполненных исследований и конструктивных проработок предложен новый принцип многоканального контроля с использованием тахомет-рического преобразователя расхода, который является одновременно и коммутатором каналов, обеспечивающим уплотнение требуемой контролируемой информации. В скважинном приборе, при использовании облегчённого двухпроводного кабеля, разработан комплекс КТП ОИП инструментальных исследований. Прибор предназначенный для эксплуатации буровым персоналом. Достигаемая с его использованием оперативность исследований и их более полная информативность, позволяют
получать требуемые необходимые даные для разработки технологии ликвидации поглощений и получать более высокую экономическую и экологическую результативность этих работ.
2. Сочетание инструментальных исследований, как более информативных, но и более трудоёмких и затратных, с предварительно осуществляемыми разработанными оперативными методами, выполняемыми буровым персоналом без подъёма бурильной колонны, позволяет минимизировать затраты времени и материальных средств на выполнение исследований поглощений, сократить время непроизводительного бурения.
Библиографический список
1. Гаврилов С.Н., Литяева З.А., Елисеев А.Д. Материалы, оборудование и КИП для бурения в осложнённых условиях. «Разведка и охрана недр», №11, М., 1994.-С. 10-13
2. Елисеев А.Д. Оперативное исследование поглощений при геологоразведочном бурении. Курс лекций. Издательство ИрГТУ, г. Иркутск, 2005. - 168 с.
3. Елисеев А.Д., Сапожников Ю.М., Ширяева Н.К. Математическая модель пневмогидростатического метода определения местоположения негерметичности обсадной колонны. Сб. научных трудов ВИТРа, ВИТР, Л., 1990. -С.69-77.
4. Ивачёв Л.М. Борьба с поглощением промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин. М., Недра, 1982. -293 с.
5. Патент РФ №1463907. Скважинный расходомер. Авт. изобрет. А.Д. Елисеев, Г.П. Грушецкий, В.Г. Пакулов. Заявл. 30.06.874271711/23-03. Опубл. в БИ, 1989, № 9.
6. Патент РФ №1534185. Скважинный расходомер. Авт. изобрет. А.Д. Елисеев, В.Г. Пакулов. Заявл. 20.07.88, 4936547/23-03. Опубл. в БИ, 1990 г., № I.
7. Патент РФ №1657635. Скважинный расходомер. Авторы А.Д. Елисеев,
В.Г. Пакулов Заявл. 02.01.89г., 4674301/23-03. Опубл. В БИ, 1991г., № 23.
8. Патент РФ №1208212. Способ определения местоположения зон поглощений. Авт. изобрет. А.Д. Елисеев. Заявл.27.04.84, 3732280/22-03. Опубл. в БИ, 1986, № 4.
9. Патент РФ №1296716. Способ определения зоны поглощения в процессе бурения.-Авт. изоб.А.Д.Елисеев. Заявл. 23.05.85, 3899546/22-03. Опубл. в БИ 87, № 10.
10. Патент РФ №1263825. Способ определения зоны поглощения в процессе бурения.-Авт. изоб. А.Д. Елисеев, В.П. Красовский, С.М. Головин. За-явл.25.12.84, 3829604/22-03. Опубл. в БИ, 1986, № 38.
11. Патент РФ №1712589. Способ определения местоположения повреждения обсадной колонны.- Авт. изобр. А.Д. Елисеев, Н.Ф. Хамуев, Заявл. 11.12.89, 4767114. Опубл. в БИ, 1991,№36.
Рецензент: кандидат технических наук, доцент НИ ИрГТУ В.А. Моисеев
