книги / Теплопередача в скважинах

Рис 36. График для определения места нарушения колонны термо­ метром ШСКП (я=0,09 градус/ /см):

/ — фоновый (контрольный) замер; 2 — замер после закачки жидкости. Нарушение колонны в интервале 999— 1006 м

закачиваемой жидкости должно быть не меньше объ­ ема скважины. Глубину на­ рушения определяют по ме­ сту остановки пробки, кото­ рое устанавливают с помо­ щью аппарата Яковлева.

Д л я и з в л е ч е н и я п р о б к и из с к в а ж и н ы в в е р х н е й ее ч а ­ с т и п о м е щ а ю т п р и с п о с о б л е ­ н и е д л я з а х в а т а л о в и л ь н ы м

ин с т р у м е н т о м .

Внастоящее время в большинстве случаев место нарушения колонны устанавливают с помощью термометрии. Термограммы снимают до и после нагнетания жидкости в скважину.

Контрольный замер термометром по стволу выполняют пос­ ле простаивания скважины в покое в течение 8—12 ч. Если ни­ же нарушения движение жидкости прекращается, то в зоне дефекта колонны возникает резкий перегиб термограммы (рис.

36). Ниже нарушения повторится естественный термоградиент, а выше — кривая сместится в сторону пониженных или повышен­ ных температур, в зависимости, от температуры закачиваемой жидкости.

Хорошие результаты при поиске мест нарушения колонн дает резистивиметрия. После контрольного замера в скважину зака­ чивают воду (не менее одного объема колонны), имеющую ми­ нерализацию, отличную от минерализации находящейся в стволе скважины. Местоположение дефекта колонны определяют по изменению электропроводности жидкости, отмечаемому на кар­ тограмме. Резистивиметрию совместно с термометрией со сни< жением уровня можно применять в том случае, когда непрерыв­ ная закачка через нарушение, несмотря на постоянный приток, при давлениях, допустимых для колонны, невозможна. Когда негерметичность колонны по жидкости регистрируется лишь па­ дением давления при опрессовке, глубину дефекта при незначи­ тельных приемистости и притоке через нарушение можно опре­ делить поинтервальной опрессовкой колонны вязкой жидкостью или сжатым воздухом. Этот способ применяют, если в процессе эксплуатации наблюдают межколонные газопроявления на устье скважины.

При поинтервальной опрессовке колонны вязкой жидкостью

101

в кольцевом пространстве в НКТ перемещают, например, 1,5— 2 м3 высоковязкого глинистого раствора. При этом периодиче­ ски впрессовывают колонну на одно и то же давление за рав­ ные промежутки времени. Зону нарушения находят по интер­ валу расположения вязкой жидкости при наименьшем падении давления в процессе опрессовки колонны.

Иногда при проверке на приемистость скважины наблюда­ ют выход циркуляции на поверхность. Если количество закачи­ ваемой и вытекающей жидкости одинаково, то закачивают подкрашенную жидкость. Зная конструкцию скважины и объем закачанной жидкости до появления на поверхности индикатора, можно рассчитать глубину нарушения колонны.

Для определения возможности обратного цементирования ко­ лонны изучают интервалы движения жидкости при закачке ее в межколонное пространство с устья. Для этого снимают конт­ рольную (фоновую) термограмму по стволу скважины или по НКТ, после чего закачивают жидкость за колонну и одновре­ менно снимают результирующие замеры. Нижняя граница перетока жидкости за колонной отмечается переходом на тер­ моградиент. Закачку и замеры продолжают до совпадения двух последних замеров.

ИСПРАВЛЕНИЕ МЕСТ НАРУШЕНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Смятия обсадных колонн исправляют оправками, справоч­ ными долотами и грушеобразными фрезерами. Каждый из ука­ занных инструментов применяют в случае неэффективности ис­ пользования предыдущего.

Оправка представляет собой массивную конусную болванку с верхним резьбовым концом для соединения с бурильными тру­ бами (рис. 37).

Первый спускаемый инструмент не должен превышать номи­ нального диаметра колонны против смятия более чем на 5 мм. При работе используют набор каждого инструмента с постепен­ но увеличивающимися наружными диаметрами с шагом 3— 5 мм. Диаметр последнего инструмента должен обеспечить сво­ бодное прохождение шаблона, с помощью которого контролиру­ ют качество проведенных работ.

Исправление колонны оправкой, спускаемой на бурильных трубах, заключается в медленном поворачивании инструмента, чередуемом короткими, ударами по смятому месту. Частота вра­ щения ротора 20—40 об/мин при следующей осевой нагрузке:

У оправочного долта контактируемая поверхность со стенка­ ми обсадной колонны меньше, чем у оправки, поэтому удельное

102

Рис. 37. Схема оправки

давление на выпрямляемый участок обсадной трубы при использовании справочного долота в равных условиях значительно выше. Колонну расправляют короткими ударами по нарушен­ ной части с периодическим поворачиванием ин­ струмента на небольшой угол.

Иногда смятие колонны имеет эллиптический вид и оправочное долото проходит ниже его по большой оси эллипса. Инструмент поворачива­ ют на некоторый угол и при медленном подъе­ ме заклинивают в положении, соответствующем малой оси эллипса. Если натяжкой талями вы­ править смятие колонны не удается, то далее

инструмент поднимают с помощью гидравлического домкрата. При невозможности оправить смятую колонну прибегают к фрезерованию смятого места с помощью грушеобразных ферезеров. Следует иметь в виду, что нарушения при снятии наблюда­ ются на значительно большем протяжении, чем при сломе ко­ лонны, поэтому работу по фрезерованию нужно вести крайне осторожно. Необходимо всегда иметь в виду возможность про­ тирания колонны и образования «окна», через которое в колон­ ну могут поступать чуждые воды, а также порода. Кроме того, при фрезеровании смятого моста возможен выход инструмента в грунт через протертое место колонны. Грушеобразный фрезер

работает при повышенном числе оборотов ротора.

Для обеспечения проходимости инструментов на участках колонны различной протяженности, очистки внутренних стенок обсадных труб в местах посадки пакера, установки гофриро­ ванных патрубков колонн-летучек и хвостовиков бакинским

стенной трубы, выфрезерованы три прямоугольных паза для режущих плашек. Плашки могут раздвигаться в радиальном направлении при осевом перемещении штока, на котором они собраны с помощью соединения в форме «ласточкина хвоста». В зависимости от внутреннего диаметра очищаемой колонны в корпус вставляют определенной толщины сменную шайбу, огра­ ничивающую ход штока. Шток фиксируют в нижнем положении с помощью двух болтов, ввинченнных в корпус и застопорен­ ных запорными шайбами.

Плашки состоят из стального корпуса, на наружной поверх­ ности которых профрезерованы два продольных паза, куда вставляют и запаивают пластины из твердого сплава ВК8В.

К нижней части корпуса инструмента с помощью пере-

103

При использовании любого инструмента расход промывоч­ ной жидкости устанавливают из расчета обеспечения скорости восходящего потока не менее 1 м/с.

Перед исправлением смятия колонны рекомендуется ниже дефекта устанавливать разделительный цементный мост, проч­ ность которого определяется частичной разгрузкой массы бу­ рильных труб при одновременной промывке забоя.

104

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ НА РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ РАБОТ

ПО РЕМОНТУ НАРУШЕНИИ ЦЕЛОСТНОСТИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Целостность колонн восстанавливают в основном методом цементирования под давлением. Тампонирующую смесь достав­ ляют к интервалу нарушения по спущенным в скважину трубам или непосредственно по колонне. Выбор схемы цементирова­ ния зависит от глубины расположения и приемистости нару­ шения, диаметра колонны и заливочных труб, типа тампони­ рующего материала, производительности цементировочных агрегатов.

Изоляция дефектов колонн цементированием под давлением заключается в создании вокруг интервала нарушения прочного

большинстве случаев предъявляются те же, что и после пер­ вичного цементирования без осложнений. Исходя из этого, давление и допустимое снижение его в колонне также опре­ деляются прочностными характеристиками обсадных труб без учета ослабления за счет дефекта. В то же время из опыта работ известно, что цементный экран в ряде случаев не может обеспечить герметизации дефекта при указанных требованиях.

Например, в скв. 242 Самотлорского нефтяного месторож­ дения при цементировании произошел прорыв 168-мм колонны на глубине 876 м. После повторных цементировочных работ колонна при 10,0 МПа была признана герметичной. Однако при попытке опрессовать колонну на давление 15,0 МПа, являю­ щееся нормой для Самотлорского месторождения, при 12,0 МПа скважина начала поглощать закачиваемую жидкость. В даль­ нейшем было проведено еще пять операций по повторному це­ ментированию, для чего израсходовано 15 т цемента и затраче­ но 39 сут. С перерывами скважина простояла на ремонте около 4 мес, и только после предъявления к герметичности ко­ лонны менее жестких требований скважину ввели в эксплуата­ цию. Непроизводительные затраты с учетом стоимости потерян­ ной нефти составили 869 тыс. руб.

Аналогичные случаи нередки в практике исправительного цементирования. Для повышения эффективности исправитель­ ного цементирования необходимо четко представлять механизм процессов, происходящих при формировании изоляционных экранов, и факторы, влияющие на его качество.

При изоляционных работах исход каждой операции зависит от различных по значимости неуправляемых (глубина дефекта колонны) и управляемых (давление при нагнетании суспензии)

105

факторов. Многообразие указанных факторов обусловливает стохастическую природу результатов цементирования. Методы математической статистики позволяют оценить факторы по зна­ чимости и выявить пределы их изменения, сопутствующие благо­ приятному исходу операции и наоборот.

Для процессов подобного рода особую важность приобретает задача классификации, т. е. распознавание образов скважин с успешным или неуспешным результатами повторного цемен­ тирования.

При построении классификатора для распознавания сква­ жин с успешным или неуспешным результатами повторного цементирования необходимо выделить те факторы, которые не­ сут информацию, являющуюся специфичной для каждого класса, т. е. являются информативными. По сути дела необходимо для каждого фактора проверить наличие различий в средних зна­ чениях данных в выборках, взятых из каждого класса по этому фактору. Если различия не будет, то это говорит о том, что данный фактор для обоих классов принимает в среднем оди­ наковые значения.

Один из наиболее мощных методов для подобной провер­ ки — метод Манна-Уитни.

Сущность метода заключается в следующем. Имеем две выборки, состоящие и з л и т наблюдений, для скважин с успеш­ ным и неуспешным исходом работ. Все эти наблюдения запи­ сываем в порядке возрастания значений независимо от их принадлежности к той или иной выборке. В результате полу­ чаем некоторый ряд, содержащий п данных из первой выборки и т данных из второй выборки. Если две выборки неразли­ чимы по средним значениям, то получение различных после­ довательностей равновероятно; если выборки берутся из разных совокупностей, следует ожидать, что возникнет ряд, в котором данные из одной выборки будут скапливаться на одном конце ряда, а данные из другой — на втором.

Чтобы установить это, необходимо вычислить значение кри­ терия Манна-Уитни U, которое связано с вычислением меньшей величины числа инверсий для двух совокупностей. Инверсиями для подобных рядов являются нарушения в порядке располо­ жения чисел. Если перед каким-либо числом первой совокуп­ ности оказывается 1, 2, 3, 4, ..., п чисел из второй совокупности, то это число дает инверсию для рассматриваемого числа первой совокупности.

После определения значения инверсий для обеих выборок находим сумму инверсий для каждой из них, и меньшее значе­ ние U используем для вычисления величины Z, которая пред­ ставляет собой (приближенно) нормированную величину, рас­ пределенную по нормальному закону. Зная число Z, по таблице значений нормальной функции распределения можно найти уровень значимости для полученного Z. Таким образом, можно

106

ответить с определенным уровнем вероятности на вопрос о на­ личии у данных двух совокупностей различия в средних значе­ ниях, т. е. в нашем случае, насколько данный фактор инфор­ мативен для использования в задаче распознавания образов.

Для построения классификатора отбирают факторы, у кото­ рых по ^-критерию есть различия в средних значениях больше чем с 70%-ным уровнем вероятности.

В анализе рассмотрены факторы, перечень которых обуслов­ лен информационным массивом, традиционно фиксируемым при проведении работ по повторному цементированию, и который в принципе может быть расширен.

Факторами Xit характеризующими процесс и контролируе­ мыми при повторном цементировании, могут быть следующие:

Х\ — высота цемента за колонной, м; Х2 — глубина объекта изоляции, м;

*з — удельная приемистость объекта изоляции (отношение объема закачиваемой в единицу времени воды к давлению на­ гнетания при проверке скважины на приемистость), м3/ч*МПа;

пензии (отношение объема задавленного за колонну цементного раствора к давлению нагнетания), м3/МПа.

В качестве примера проведем проверку по критерию МаннаУитни информативности факторов Х\ и ! 3. Для этого из классов скважин с успешными и неуспешными результатами повторного цементирования случайным образом отберем по 10 объектов.

Составим ряд (табл. 18) и для каждого значения Х\ опре­ делим инверсии:

= 1 + 1 + 1 + 7 + 7 + 7 + 8 + 8 + 8 + 10 = 58; £/2 = 0 + 3 + 3 + 3 + 3 + 3 + 3 + 6 + 9 + 9 = 42;

U = 42.

По найденному минимальному значению О рассчитаем вели­ чину Z

107

108

Тогда

10-10

По табл. 19 находим уровень значимости, равный 0,0072. Следовательно, с уровнем вероятности 0,9928 можно утверждать, что существует разница в средних значениях фактора Х$ для скважин с успешным и неуспешным результатом работ по по­ вторному цементированию.

Из табл. 20 видно, что у всех факторов есть различие в средних значениях для совокупностей скважин с успешным и

109

точно высоким уровнем вероятности, т. е. эти факторы инфор­ мативны для использования их в построении классификатора.

Задачу распознавания образов будем решать при помощи диагностической процедуры. Классификатором при использова­ нии данного метода служит диагностическая таблица, в которой значениям факторов, разбитых на уровни, соответствуют зна­ чения диагностических коэффициентов, определяемых как от­ ношение плотностей вероятности успешного и неуспешного результата повторного цементирования, для /-го фактора на /-м уровне:

D K{X[) = lO lo g ^ T y f.

/-том уровне.

При вычислении диагностических коэффициентов пользуются сглаженными вероятностями неуспешных (1) или успешных (2) операций

р lx lt) = - ^ [ р Ы т*I+ 2р № ') + 4р № ,) +

Р Ш = - j j [ Р № * ) + 2Р ( X i T 1) + 4Р ( Х Ь ) +

+ 2 P ( x i t l) + p ( x i t 2)].

где эмпирические вероятности

Р ( х < ,NIР ( * Ц = 4N2-.

a N(. , ЛГ'.— число неуспешных или успешных операций при

значении /-го фактора на /-м интервале; Nu N2 — общее число неуспешных или успешных операций.

ТАБЛИЦА 20

РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ ИНФОРМАТИВНОСТИ ФАКТОРОВ

НО