книги из ГПНТБ / Особенности вскрытия, испытания и опробования трещинных коллекторов нефти

Т а б л и ц а 15

Допустимые удельные веса промывочной жидкости для вскрыгия продуктивных горизонтов Осташковичского месторождения нефти

Превышение гидростатического давления над пластовым до­ стигает 40—50%. Та же картина наблюдается при вскрытии се- милукско-бурегского горизонта (см. рис. 13).

Графиками, представленными на рис. 12 и 13, удобно пользо­ ваться при выборе необходимого удельного веса промывочной жидкости с учетом текущего пластового давления в пересчете на среднюю глубину кровли продуктивных отложений (для задон­ ского горизонта — 2650 м и семилукско-бурегского — 3270 м). Рассмотрим это на примере. Если в момент вскрытия задонского горизонта текущее пластовое давление в залежи равно 300 кгс/см2 , то, проведя на графике (рис. 12) горизонтальную ли­ нию от отметки 300 кгс/см2 на оси абсцисс до пересечения с ли­ нией Др='5%, получим точку пересечения, которая даст нам зна­ чение удельного веса (у =1,18 кс/см3 ) промывочной жидкости, необходимого для нормального вскрытия продуктивного гори­ зонта.

Определение необходимого удельного веса промывочной жид­ кости по графикам рис. 12 и 13 возможно лишь для случая, ког­ да глубина кровли продуктивного горизонта находится в преде­ лах 2650 м для задонских отложений и 3270 м —для семилукско-

42

вскрытия продуктивного горизонта с гидростатическим давлени­ ем, превышающим пластовое давление максимально на 5%.

§ 4. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УСКОРЕНИЯ ПРОЦЕССА ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНОГО ГОРИЗОНТА ПРИ ВЫСОКОМ ПРОЦЕНТЕ ВЫНОСА КЕРНА

На интенсивность образования столбика керна, его сохран­ ность, отрыв от забоя и подъем на поверхность влияют очень мно­ гие факторы, которые можно разделить на три большие группы:

43

это, во-первых, факторы, зависящие от самой породы, слагающей керн; во-вторых, конструктивное совершенство колонкового сна­ ряда, которым производится отбор керна, и в-третьих, факторы,, зависящие от параметров режима бурения. Все перечисленные факторы взаимосвязаны и каждый из них может оказаться реша­ ющим. Следует отметить, что первая группа факторов не может изменяться и зависит от самой отбираемой породы.

В настоящее время наметились следующие тенденции даль­ нейшего конструктивного улучшения колонковых снарядов:

1) увеличение диаметра керна до 80 мм и более. Отказ в свя­ зи с этим от бросовых грунтоносок;

'2) переход на алмазные, твердосплавные или специальные (для снаряда «Недра») бурильные головки;

3) увеличение длины колонковой трубы.

Потенциальные возможности твердосплавных и особенно ал­ мазных коронок весьма велики и, как правило, полностью не используются из: за ограниченной длины колонковой трубы.

Очень часто при соблюдении всех необходимых условий и ис­ пользовании совершенных колонковых снарядов вынос керна всетаки остается достаточно низким. Наблюдение за работой раз­ личных колонковых снарядов и опыт их конструирования пока­ зал, что из-за отсутствия данных о возникающих усилиях в эле­ ментах колонкового снаряда в забойных условиях в процессе отбора керна в зависимости от величины параметров режима бу­ рения не представляется возможным выбрать или разработать наиболее рациональную конструкцию колонкового снаряда и длину колонковой трубы для данных конкретных условий или выбрать рациональные для образования и выноса керна режимы бурения.

Для решения этой очень сложной задачи по нашей инициати­ ве Волго-Уральским филиалом ВНИИГеофизики был разработан и изготовлен забойный прибор — глубинный измеритель дефор­ мации (ГИД-1). Прибор был использован отделом бурения БелНИГРИ при бурении разведочных скважин в Припятской впадине1 . Прибор служит для определения и регистрации де­ формаций колонковой трубы в процессе бурения в забойных ус­ ловиях; регистрации ее вращения; регистрации полноты заполне­ ния ее керном. Это уникальный прибор, в основу которого поло­ жен принцип тензоизмерений, т. е. преобразования механических величин в электрические с последующим преобразованием и за­ писью их на магнитную пленку. Для сравнения следует отметить, что автономный прибор, подобный ГИД-1, также с записью на магнитную пленку, создан в США (он предназначен для реги-

1 В этой работе кроме авторов данного параграфа принимали участие младший научный сотрудник А. 3. Горелик и старший лаборант Л. А. Бордукова и сотрудники ВУФВНИИГеофизики А. А. Молчанов, 10. Л. Тельнов, А. X. Сираев, Н. Я- Мухортов.

44

45

менять диаметр колонковой трубы, что позволит 'производить ис­ следования деформации колонковой трубы в процессе бурения различными колонковыми наборами и одновременно исследовать влияние диаметра колонковой трубы на вынос керна;

4) после разработки способов защиты тензодатчиков и про­ водов от обдирания о стенки скважины при спуске, подъеме и ра­ боте бурильного инструмента ГИД-1 может быть использован для изучения состояния последнего при проведении различных работ в скважине.

Лабораторные и промысловые исследования. Целью лабора­ торных испытании прибора ГИД-1 было выявление работоспособ­ ности всех его измерительных каналов и узлов, уточнение изме­ рительных характеристик каналов, определение недостатков для последующего их устранения. На основании лабораторных иссле­ дований последнего варианта ГИД-1 было установлено следую­ щее:

1) диапазон измеряемых прибором деформаций составляет: для первого и второго каналов ± (2- Ю - 5 — 6 - Ю- 1 1 ), для третьего канала ± (1,2• Ю - 5 —4• 10~4 );

2) температурная погрешность составляет 5% в сторону уве­ личения частоты. Линейность выходнойчастоты в зависимости от деформации при изменении температуры окружающей среды не нарушается;

3) магнитограф работает наделено, только вносит незначи­ тельные помехи, однако может применяться для исследований. Время записи на лавсановую пленку составляет 115 мин;

4) использование фольговых датчиков типа 2ФК.ПА-Х и на­ клейка их клеем «Циакрин» дает удовлетворительные резуль­ таты.

Первоначально промысловые исследования проводились с це­ лью выяснения работоспособности прибора в условиях скважины. Испытания проводились в скв. 6 Вишанского месторождения неф­ ти (Припятская впадина). В период испытания скважина имела следующие параметры: забой 3632 м; последняя колонна диамет­ ром 219 мм спущена на глубину 648 м; диаметр скважины 214 мм; на забое породы кристаллического фундамента; удель­ ный вес глинистого раствора 1,31 гс/см3 ; начало спуска прибора 22/VIII 1969 г. 13 ч 30 мин; окончание спуска прибора 19 ч 40 мин; начало бурения 20 ч 00 мин; конец бурения 2 ч. 00 мин; чистое время бурения (циркуляции) 4 ч. Нахождение прибора ГИД-1 в скважине 18 ч 30 мин. В процессе спуска, подъема и ра­ боты на забое прибор испытывал весь комплекс встречающихся нагрузок и давление свыше 510 кгс/см2 .

В результате испытаний было установлено следующее: аппа­ ратурный контейнер достаточно прочен; все соединения и разъе­ мы аппаратурного контейнера герметичны; защита входа прово­ дов в аппаратурный контейнер, выполненная эпоксидным компа-

46

ундом, надежна; возникшие незначительные неполадки устра­ нены.

После установления работоспособности прибора ГИД-1 пос­ ледний был спущен в скв. 15 Давыдовского месторождения неф­ ти (Припятская впадина). В период исследования скважина име­ ла следующие параметры: забой 1733 м; диаметр скважины 269 мм; на забое отложения первой соли; удельный вес глинисто­

При втором спуске прибора в магнитограф вставили кассету со стальной лентой на 3 ч работы и к четвертой дорожке магнит­ ной головки подключили канал записи скорости вращения колон­ ковой трубы. Начало спуска прибора 24/Х 1969 г. 7 ч 30 мин; окончание спуска прибора 12 ч 40 мин; время бурения с прибо­ ром ГИД-1 2 ч 30 мин. Нахождение прибора ГИД-1 в скважине 12 ч, проходка за это время составила 6,5 м.

После подъема прибора было обнаружено, что стальную лен­ ту захлестнуло из-за большой массы кассеты. Провода в месте перехода оказались обнаженными и натянутыми, а один из них был даже оборван и сдавлен. В результате этих неполадок даль­ нейшие испытания и исследования временно пришлось прекра­ тить. В результате проведенных промысловых испытаний было установлено, что относительные деформации трубы в основном лежат в пределе чувствительности и лишь эпизодически превы­ шают ± 2 - Ю - 4 (предел чувствительности прибора). Конструкция прибора была улучшена. Это выразилось в следующем: чувстви­ тельность прибора была повышена в 5 раз; установлен более со­ вершенный магнитограф; керноприемная часть колонковой тру­ бы увеличена до 6 м; для удобства транспортировки корпус ГИД-1 выполнен из трех разъемных частей (общая длина 9 м).

После окончания работ по реконструкции прибора ГИД-1 приступили к исследованиям в скв. 1 Киышевичской площади (Припятская впадина). В период исследований скважина имела следующие параметры: забой 3245 м; диаметр скважины 190 мм; на забое алевролиты (подсолевые отложения). Было сделано два спуска прибора.

I спуск: начало спуска прибора 30/V11I 1971 г. 22 ч; оконча­

Результаты промысловых исследований. На скв. 15 Давыдов­ ского месторождения (Припятская впадина) прибором ГИД-1

47

было осуществлено первое измерение деформаций, возникающих в колонковом снаряде в процессе отбора керна. Была получена четкая диаграмма. В процессе отбора керна колонковым снаря­ дом с ГИД-1 на поверхности проводился хронометраж всех опе­ раций.

Наименьшая регистрируемая величина деформации, т. е, чув­ ствительность прибора, составляет 0,2 деления диаграммы, или 1,4 - Ю - 4 относительных единиц деформации. Для получения де­ формации такой величины в любом сечении колонковой трубы не­ обходимо создать усилие, равное 5000 кгс, или изгибающий мо­ мент, равный 101 кгс-м.

Рассмотрим изменение деформаций, возникающих в колонко­ вой трубе в процессе бурения. Для удобства анализа время за­ писи разбито на минутные отрезки. Следует отметить, что второй канал — запись деформаций изгиба в верхнем сечении — не ра­ ботал из-за отсутствия контакта в цепи. Несколько затруднитель­ но уловить на поверхности момент запуска генератора, а с ним и всего прибора, так как буровой раствор начинает выходить из скважины не сразу, а через 2—4 мин после начала циркуляции. с*то осложняет увязку деформаций с изменениями параметров режима бурения при расшифровке диаграмм. В нашем конкрет­ ном случае прибор сразу при пуске буровых насосов не включил-, ся, очевидно, из-за попадания в турбинки генератора шлама или других посторонних включений.

Момент начала бурения зафиксирован на всех каналах де­ формацией порядка 10_ 3 относительных единиц. В начальный период бурения можно отметить только наличие деформаций из­ гиба, лежащих в основном в пределе чувствительности и лишь иногда достигающих величины 3 - Ю - 4 относительных единиц. Осевых деформаций в этот период почти не отмечается.

На двадцать девятой минуте была увеличена нагрузка на бу­ рильную головку, что было зафиксировано повышением уровня записи осевых деформаций. На сорок первой минуте, после того как был пробурен 1 м, осуществили полную разгрузку бурильной колонны, а затем снова довели нагрузку до 3 тс. Эта операция на диаграмме почти не прослеживается.

Включение на сорок третьей минуте третьей скорости враще­ ния ротора отмечается относительной деформацией изгиба, дости­ гающей величины 3- Ю - 4 , и незначительной осевой деформацией порядка 1,5 • 10~4 на обоих каналах.

Увеличение нагрузки на сорок восьмой минуте с 3 до 4 тс при повышенной скорости вращения бурильной колонны не вы­ звало заметных изменений деформаций, величина которых прак­ тически осталась в пределах чувствительности прибора. На пяти­ десятой минуте зафиксированы знакопеременные деформации из­ гиба значительной величины. Относительная деформация в один из моментов достигла 1,3-10~3, при этом осевые относительные

48

деформации были равны 1,5«Ю- 4 . Продолжительность просле­ живания больших деформаций 40 с.

На пятьдесят третьей минуте осуществлена разгрузка буриль­ ного инструмента на забой. Эта операция отмечается двумя крат­ ковременными с интервалом 50 с значительными деформациями изгиба величиной до 10"~' относительных единиц при осевых де­ формациях до 2-10"4. Увеличение скорости вращения бурильной колонны'до 130 об/мин на пятьдесят шестой минуте отмечено на диаграмме наличием относительной деформации изгиба величи­ ной до 3- 10~4 относительных единиц и осевой относительной де­ формацией величиной до 2-10~4 относительных единиц. С этого момента отмечается периодическое появление осевых деформа­ ций величиной (2 — 3) • 10~4 относительных единиц, чего при мень­ ших скоростях не наблюдалось. Доведение осевой нагрузки до 4 тс при 130 об/мин на шестьдесят первой минуте вызвало появ­ ление нескольких деформации изгиба с интервалом в 30—40 с величиной (4—5) • 10~4 относительных единиц при осевых дефор­ мациях величиной до 3-10 4 относительных единиц. В это же время зафиксирована деформация изгиба значительной величи­

единиц. На семьдесят шестой минуте вновь была снижена ско­ рость вращения ротора. При этом зафиксированы периодические деформации изгиба величиной до 7-10 4 относительных единиц при осевых деформациях величиной до 3 • 10"4 относительных еди­ ниц. Анализ полученных данных по деформациям, возникающим в колонковой трубе в процессе бурения, позволил сделать сле­ дующие выводы:

1)в процессе бурения в колонковой трубе в зависимости от параметров режима бурения возникают деформации, достигаю­ щие в целом ряде случаев значительных величин;

2)правильность показаний прибора ГИД-1 подтверждается лабораторными исследованиями с той же колонковой трубой, вы­ полненными после бурения в скважине;

3)осевые деформации сжатия — растяжения, как правило, ле­ жат в пределах чувствительности и лишь периодически достига­ ют величины 2 —3 • 10~4 относительных единиц. Это, по всей веро­ ятности, связано с передачей на колонковую трубу забойных на­

ковой трубы керном и увеличении скорости вращения ротора до 130 об/мин частота и величина осевых деформаций увеличива­ ются;

4) деформации изгиба проявляются в течение всего рейса прибора. Деформации изгиба по величине в несколько раз пре­ вышают осевые деформации. Величина деформаций изгиба в ос­ новном лежит в пределах чувствительности, очень часто дости­ гая величины 1,5 — 3- 10~4 относительных единиц. Иногда кратко­ временно деформации изгиба достигают величины 7—10- Ю - 4 и даже 2-10~3 относительных единиц. Расчеты показывают, что если считать колонковую трубу длиной 5 м абсолютно прямой, то при приложении усилия более 3100 кгс может произойти потеря ее устойчивости и появление деформаций порядка 4,3- Ю - 4 отно­ сительных единиц. В действительности потеря устойчивости мо­ жет произойти и раньше;

5) деформации могут возникать при любом изменении на­ грузки на долото или скорости вращения бурильной колонны. По мере увеличения скорости вращения колонны бурильных труб

мации начинают фиксироваться при нагрузках на колонковую трубу 5000 кгс и более.

Как уже говорилось выше, после первых промысловых испы­ таний прибор ГИД-1 был несколько модернизирован. Была по­ вышена чувствительность прибора — осевые деформации начина­ ют фиксироваться при нагрузках на колонковую трубу 550 кгс и более, а деформации изгиба — при изгибающем моменте 18 ктсм и более.

Исследования с помощью модернизированного прибора ГИД-1 были проведены в скв. 1 Кнышевичской площади. Рас­ смотрим деформации, возникающие в колонковой трубе в процес­ се бурения при первом спуске прибора. Анализ диаграммы пока­ зывает, что вместе с повышением чувствительности прибора по­ высился и уровень помех в приборе, а это затрудняет выделение вибрационных деформаций.

По-прежнему трудно уловить момент запуска прибора, так как даже при заполненной раствором скважине с момента нача­ ла циркуляции до появления промывочной жидкости из скважи­ ны проходит 1,5 мин. В начале спуска при нагрузках до 7,5 тс и скорости вращения ротора до 60 об/мин отмечаются значитель­ ные и частые изменения деформаций. В конце же спуска при на­ грузках 9—10 тс и скорости вращения ротора 75 об/мин частота и особенно пределы изменения деформаций значительно умень­

50

Анализ диаграммы, полученной при втором спуске прибора, показывает, что первые 2 мин прибор работал неустойчиво. За­ тем наблюдаются деформации, аналогичные описанным выше.

Рассматривая результаты исследований деформаций колон­ ковой трубы с помощью модернизированного прибора ГИД-1, можно сделать следующие заключения:

1) все основные выводы первого цикла исследований подтвер­ дились;

2) с повышением чувствительности прибора ГИД-! возросли помехи.

Выводы и рекомендации. За короткий срок (4 года) совместно с Волго-Уральским филиалом ВНИИГеофизики создан и испы­ тан в промысловых условиях уникальный автономный забойный прибор ГИД-1, позволяющий исследовать поведение отдельных элементов колонкового снаряда и низа бурильной колонны в за­ висимости от применяемых параметров режима бурения.

При помощи прибора ГИД-1 установлено, что:

а) в процессе бурения в колонковой трубе в зависимости от применяемых параметров режима бурения возникают деформа­ ции; величина этих деформаций может достигать значительных величин и таким образом влиять на полноту заполнения трубы керном;

б) увеличение длины колонковой трубы целесообразно до 13—15 м; дальнейшее увеличение длины колонковой трубы приве* дет к возникновению в ней значительных деформаций, а следова­ тельно, к снижению процента выноса керна;

в) использование современных колонковых снарядов («Нед­ ра», ДКНУ и т. п.) в сочетании с алмазными или твердосплавны­ ми коронками и колонковой трубой рациональных размеров по­ зволит ускорить процесс вскрытия продуктивного объекта, обе­ спечив при этом высокий процент выноса керна;

г) следует продолжить начатые промысловые исследования с помощью прибора ГИД-1, одновременно изучая возможности его дальнейшего совершенствования и повышения чувствитель­ ности.

4*