Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Длительное время считали, что путем регламентирования вели­чин липкости и толщины фильтрационной корки, вязкости и статического напряжения сдвига бурового раствора можно пре­дупредить возникновение прихватов. В ряде случаев это удава­лось. В то же время почти не обращали внимание на перепад давления, который возникает при контакте труб с проницаемы­ми стенками скважины и определяется разностью между дав­лением, оказываемым буровым раствором, и давлением флюи­да в пласте.

Вывод, сделанный в 1944 г. А. И. Малышевым, указывал, что для освобождения прихваченного инструмента необходимо

уменьшать перепад давления в зоне контакта труб со стенками •скважин, что и подтвердилось промысловыми данными.

Для подтверждения этого вывода проводили исследования с применением сначала вакуумной камеры, на фильтре которой формировалась корка. Величину воздействия перепада давления оценивали по силе, необходимой для поворота металлического цилиндра вокруг собственной оси после контакта с коркой. За­тем аналогичные опыты проводили на модели скважины диа­метром 168 мм.

Опыты с применением растворов с бурящихся скважин пока­зали, что сила прихвата пропорциональна действующим пере­падам давления.

К аналогичному выводу пришли В. Е. Хелмик и А. Д. Лонг — ли [82], пользовавшиеся лабораторной установкой, которая представляла собой пористый цилиндр из алундума с наруж­ным диаметром 114 мм, толщиной стенок 19 мм и длиной 610 мм, давление опрессовки 42 кгс/см[1]. Роль прихватываемой трубы выполнял 60-мм отрезок длиной 460 мм, заполненный ртутью, которая создавала прижимающую силу. Перепад дав­ления во время опыта составлял 3,5—7,0 кгс/см2.

А. П. Войцеховский в 50-х годах провел исследования на установке, позволяющей формировать корку и замерять силы отрыва и сдвига под действием перепада давления до 80 кгс/см2 [14]. При всех указанных величинах перепада давления между силой, необходимой для отрыва диска от корки или его сдвига, и величиной перепада давления наблюдалась прямолинейная зависимость. •

Прямая, выражающая эту зависимость, не проходила через начало координат, а отсекала на оси ординат отрезок, равный по величине силе, необходимой для отрыва диска от корки при нулевом перепаде давления.

Более поздними исследованиями (М. К — Сеид-Рза,

Н. М. Шерстнев, А. А. Григорян [75, 85], Ф. А. Дашдамиров, А. А. Шамсиев [21], А. К. Самотой [66, 68] и др.) были под­тверждены выводы о пропорциональности’ силы прихвата дей­ствующему перепаду давления (в пределах до 160 кгс/см2) и установлено, что наиболее интенсивно сила прихвата возра­стает в первоначальный момент действия перепада давления и активного формирования фильтрационной корки (в течение пер­вых 30 мин), но со временем интенсивность ее роста стабили­зируется.

33

Следует отметить, что значительное уменьшение силы при­хвата наблюдается сразу же после уменьшения перепада давле­ния, причем процесс этот протекает с момента падения давле­ния в течение нескольких секунд. В связи с этим, наряду с уста­новкой ванн из жидкостей, уменьшающих перепад давления в зоне прихвата, целесообразно для освобождения инструмента кратковременно снижать давление в затрубном пространстве,

Рис. 3. Схема для определения; средневзвешенной величины пере­пада давления:

1 — изобара, соответствующая дав­лению в фильтрационной корке на рас­стоянии Q; 2 — поверхность трубы* Pjui — давление флюида в пласте

например включением испытателей пластов в компоновку труб.. При частичном уменьшении перепада давления сила прихвата остается еще значительной, что не способствует освобождению труб.

В расчетах по определению сил прихвата обычно за вели­чину перепада давления принимают разницу между давлением столба жидкости в скважине рг и пластовым давлением рпл — При строгом подходе [15] необходимо учитывать ту величину Рил, которая соответствует давлению на участке внедрения тру­бы в корку (рис. 3, дуга АСК). Поскольку фильтрационная корка является проницаемой средой, то, учитывая малую ее’ толщину по сравнению, например, с диаметром скважины, мож — v но принять, что давление в ней распределяется согласно зави­симости

р’ =РГ — а9 + В, (1)<

где р’ — давление в фильтрационной корке на расстоянии р; р — текущий радиус; А, В — коэффициенты.

Перепад давления равен нулю в верхних слоях корки и раз­ности гидростатического рг и пластового рпл давлений в слое, соприкасающемся со стенкой скважины. В случае, когда точ­ка С (см. рис. 3) находится на стенке скважины, пластовое давление равно давлению в точке наибольшего внедрения тру­бы в корку рк, т. е. Рпл=Рк. Внедрившийся в корку участок тру­бы находится под действием средневзвешенного перепада дав­

ления Арср, который, согласно теореме о среднем, может быть определен по формуле

Фо Фо

TOC o "1-5" h z 2 2

1 Г* 2 (*

Арс = — I Ар (р) cos <pd(p = — Ар (р) cos (pd(p, (2)<

Фо J Фо J

Фо О

где ф — текущий угол; Лр(р)—разность гидростатического давления и давления в корке на расстоянии р; Ар(р)=рг—р’ = = Лр—5; ф0 — угол АОК, заключенный между граничными точ­ками контакта трубы с коркой (см. рис. 3).

Для нахождения Др(р) необходимо определить коэффици­енты Л и В из уравнения (1).

Используем граничные условия:

прир = г0 Лр(р) =рг — р’ = 0;

при р = гс Ар (р) = рг — р’ = рг—рк,

где г’о. и гс — соответственно расстояния от центра скважины до поверхности корки и точки наибольшего внедрения трубы в корку (см. рис. 3).

(3)

При указанных граничных условиях имеем систему уравне­ний:

_ — Рк-

Решив систему уравнений (3), получим Д _ Рг Рк. — (Рг Рк) гп

Тогда

(4)

Ар (р) =

Гг, — Гп

Чтобы подынтегральное выражение в уравнении (2) при­вести к одной переменной ф, необходимо р выразить в поляр­ных координатах через ф.

Уравнение для определения расстояния от поверхности тру­бы до центра скважины (см. рис. 3, точка 0) имеет вид

(5)

где Ь = гс—гтр — смещение центра трубы относительно центра скважины; гтр— наружный радиус трубы.

Подставляя выражение (5) в уравнение (4) и полученное ^равенство в формулу (2), после интегрирования получаем:

Фо (гс —

26

ДРср = (Рг—Рк)

X arcsin

(6)

— sin — б 2

sin 2 = (Рг — Рн)а>

Диаметр сква — жины£)Скв’ ММ	Наружный диаметр труб d, мм	Ф0, градус	Глубина внедрения трубы в кор­ку, мм	Ширина полосы прихвата Ь=2г0х . Фо Xsin — , мм 2	а
214	178	61,4	3,0	106,5	0,6413
214	146	40,2	3,0	71,5	0,6170
214	178	80,3	5,0	131,0	0,6027
245	178	41,8	3,0	85,0	0,6456
245	203	56,6	3,0	113,0	0,6527
290	203	34,0	3,0	85,0	0,6034
290	203	42,3	5,0	107.0	0,5861
190	146	53,2	3,0	82,5	0,6220
190	127	41,3	3,0	65,0	0,5920
161	127	61,7	3,0	79,3	0,6065
161	114	49,3	3,0	65,0	0,5960

где а — коэффициент средневзвешенности перепада давления..

Результаты расчетов (табл. 8) показывают, что коэффици­ент а уменьшается с увеличением глубины внедрения трубы в корку (принимали, что тело трубы полностью прорезает кор­ку), а при одинаковой величине внедрения он тем больше, чем больше отношение наружного диаметра труб к диаметру сква­жины (d/DCBB).

С учетом коэффициента а зависимость для определения си­лы, необходимой для ликвидации прихвата [66], будет иметь вид

Q = LbpaAp + GaHr, (7)

где р, ■— коэффициент трения в зоне контакта трубы с коркой; L — длина прихваченного участка; b—ширина полосы прихва­та (см. хорду АК на рис. 3); Gajlr— адгезионная составляющая силы прихвата;

Лр = Рг — Рпл-

Согласно выражениям (2) и (4), с увеличением глубины: внедрения трубы в корку растет площадь контакта трубы с кор­кой и повышается перепад между давлениями рг и рк.

Если принять глубину внедрения трубы в корку h = р—г0, а толщину корки #=гс—г0, то с учетом формул (4) и (6) полу­чаем следующее значение средневзвешенного перепада давле­ния:

Арср = аАр А. (8)’

С учетом указанного выражение (7) можно записать в виде

Q = Lbia-^~ Ар + Gajlr. (9)

И

Если обозначить

(abh)/H = С,

как коэффициент механической составляющей силы прихвата, то формула (9) примет вид

Q = ЬцСАр ф GaHr. (10)

Таким образом, на трубы, внедрившиеся в фильтрационную корку, при прихвате действует не полная величина перепада давления между скважиной и пластом, а некоторая его часть, определяемая коэффициентом средневзвешенности перепада дав­ления а, значения которого находятся в пределах 0,586—0,653 (см. табл. 8). С учетом этого коэффициента силу, необходи­мую для ликвидации прихвата, следует определять по форму­лам (9) и (10).

Комментарии запрещены.