4.4.1. Гідродинамічні дослідження негерметичності експлуатаційної колони

Гідродинамічні дослідження, якими розпочинаються роботи з капі­тального ремонту свердловин (КРС) та водоізоляційні роботи, охоп­люють: а) дослідження міжколонних газопроявів; б) випробування екс­плуатаційної колони труб на герметичність; в) визначення пропускної здатності порушень цілісності експлуатаційної колони труб або спе­ціальних отворів у колоні шляхом запомповування чи відбирання рідини; г) встановлення інтервалів негерметичності експлуатаційної колони [100].

Дослідження міжколонних газопроявів

Перед початком ремонту зупиняють свердловину, вимірюють затруб-ний і міжколонні тиски на гирлі. Потім зменшують міжколонний тиск, закривають відвідну лінію із міжколонного простору і визначають час відновлення тиску до початкової значини. Після цього глушать свердловину і спостерігають за зміною міжколонного тиску. Продовження міжколонних газопроявів (зростання міжколонного тиску) вкаже на наявність перетікань газу по негерметичному заколонному простору. Якщо газопрояви при­пиняться, то однозначно підтверджується негерметичність колони труб.

Випробування експлуатаційної колони труб на герметичність Випробування експлуатаційної колони обсадних труб на герметич­ність здійснюється перед основними роботами з КРС, а також після ремонтно-ізоляційних робіт з усунення негерметичності колон, поворотів на вище- чи нижчерозміщені пласти, цементування колон чи хвостовиків, буріння другого стовбура тощо.

709

Відомо три основні способи його здійснення: 1) опресування (гідро-випробування) внутрішнім надлишковим тиском; 2) зниження рівня рідини в експлуатаційній колоні; 3) заміна рідин у свердловині. Другий спосіб в основному застосовують у нафтових свердловинах (після відмежування верхніх пластів, інтервалів негерметичності колони), в яких під час експлуатації не очікується надлишкового тиску на гирлі.

У залежності від виду виконаних ремонтних робіт випробування екс­плуатаційної колони труб на герметичність здійснюють відповідно такими способами:

а) після опускання колони труб і її цементування - заміною бурового розчину в колоні на воду і подальшим опресуванням; у свердловинах з вибійним тиском, нижчим за гідростатичний або рівним йому, колони випробовують на герметичність також зниженням рівня рідини;

б) після встановлення цементних пробок (мостів) для переходу на вищерозміщений пласт- опресуванням і тим самим способом, яким було викликано приплив під час випробування попереднього (ізольованого) пласта (зниження рівня, аерація тощо);

в) після цементування під тиском через спеціально перфоровані от­ вори - опресуванням і зниженням рівня рідини.

Технологічно ці способи реалізуються так.

У разі застосування способу опресування гирло свердловини облад­нують спеціальною опресувальною головкою і манометром, а опре­сування здійснюють запомповуванням рідини, плавно збільшуючи тиск у середині обсадних труб. Створений тиск (тиск опресування) повинен на 20% перевищувати очікуваний максимальний тиск після освоєння сверд­ловини, але має бути не меншим 5-12 МПа у залежності від діаметра колони (табл. 4.12).

Таблиця 4.12 - Регламентовані величини тиску на гирлі для випробування коло­ ни на герметичність способом опресування

Діаметр колони, мм	114-127	141-146	168	178-194	219-245	273-351	377-426
Тиск на гирлі, МПа	12	10	9	7,5	7	6	5

Ці норми тиску опресування геологічна служба може зменшити в залежності від ступеня зносу колони і характеру ремонтованої сверд­ловини. Якщо в якомусь перерізі колони можуть виникнути напруги, більші від допустимих для цих труб, то опресування колони слід здійснювати окремими секціями, відділяючи їх за допомогою пакера.

Колона вважається герметичною, якщо тиск протягом 30 хв. не знижується або зниження не перевищує 0,5 МПа чи 0,3 МПа за почат­кового тиску відповідно більше і менше 7 МПа, а також якщо після заміни бурового розчину на воду відсутнє переливання рідини і виділення газу із

710

колони. Спостереження за змінами тиску рекомендується починати через 5 хв. після досягнення вказаних вище значин тиску опресування.

У випадку перевищення вказаних норм зниження тиску або коли не вдається запомповуванням підвищити тиск до контрольних значин тиску гідровипробування, то свердловина вважається негерметичною; тоді необхідно виконати роботи з усунення негерметичності, а після цього слід повторити випробування. '

У разі застосування способу зниження рівня рідини в експлуа­таційній колоні рівень рідини знижують за допомогою компресора (методи протискування та аерації запомповуванням через НКТ або через бурильні труби стиснутого газу чи повітря), штанговим свердловинним (ШСН) і електровідцентровим (ЕВН) насосами, а також відбиранням желонкою, свабом (до 800-1000 м) або витісненням рідини із свердловини трубами.

Якщо застосовують компресор, то труби опускають спочатку на глибину, яка відповідає максимальному тиску компресора (пусковий тиск), а відтак після витиснення частини рідини із свердловини допус­кають їх на більшу глибину.

Якщо витіснюють рідину трубами, то у свердловину спочатку опус­кають колону труб із заглушеним (перекритим) нижнім кінцем на необ­хідну глибину або до вибою, при цьому частина рідини витісняється із свердловини. Потім труби піднімають на певну висоту h_u нагвинчують патрубок із отвором і знову опускають їх до вибою. Під час опускання труб рідина надходить у них через отвір у патрубку, а під час піднімання виливається. Задаючись необхідною глибиною зниження рівня в колоні, із рівняння балансу об'ємів рідини визначають глибину h_x встановлення патрубка з отвором. При цьому максимальна глибина зниження рівня визначається об'ємом у міжтрубному просторі нижче отвору, а розмі­щення самого отвору на трубах розраховується із умови рівності об'ємів НКТ нижче отвору і міжтрубного простору вище отвору.

Рівень рідини під час випробування способом зниження рівня не повинен бути вищим того, при якому передбачається викликання припливу із випробовуваного пласта, або глибше початкового рівня на 400-1000 м у залежності від глибини свердловини (табл. 4.13).

Таблиця 4.13- Регламентовані значини зниження рівня рідини для випробування колони на герметичність

Глибина свердловини, м	До 500	500-1000	1000-1500	1500-2000	Більше 2000
Зниження рівня (не менше), м	400	500	650	800	1000

Колона вважається герметичною, якщо рівень за 8 год. спосте­реження підніметься на висоту не більше 0,5-2 м у залежності від діаметра колони і глибини зниження рівня (табл. 4.14).

711

Вимірювання висоти рівня здійснюють за допомогою апарата Яковле­ва, рівнеміра чи інших приладів через кожні 2 год. Якщо рівень протягом 8 год. підніметься на більшу величину, ніж нормативна, то вимірювання повторюють. Якщо висота підняття все-таки буде вищою норми, то колона вважається негерметичною.

Таблиця 4.14- Регламентовані допустимі висоти піднімання рівня рідини для випробування колони на герметичність способом зниження рівня

Діаметр колони, мм		Глибина зниження		рівня, м
	Менше 400	400-600 | 600-800 | 800-1000			Понад 1000
		Висота піднімання рідини, м
114-219	0,8	1,1	1,4	1,7	2,0
Понад 219	0,5	0,8	1,1	1,3	1,5

Задача 4.3. Розрахувати глибину розміщення патрубка з отвором і макси­мально можливу глибину зниження рівня рідини у свердловині шляхом витіс­нення її колоною НКТ з заглушеним нижнім кінцем. Відомо: глибина свердло­вини Н- 1932 м; внутрішній діаметр експлуатаційної колони обсадних труб D = 129 мм; умовний діаметр гладких НКТ 73 мм за товщини стінки 7 мм.

Розв'язування. У ході випробування експлуатаційної колони на герметич­ність заданим способом у свердловині глибиною 1932 м зниження рівня рідини повинно бути не меншим 800 м; беремо зниження рівня h = 800 м.

Внаслідок опускання в експлуатаційну колону, повністю заповнену рідиною (наприклад, водою), до вибою колони НКТ із заглушеним нижнім кінцем зни­ження рівня рідини у свердловині А, визначаємо із умови рівності об'єму витіс­неної рідини (об'єм НКТ) і звільненого об'єму в експлуатаційній колоні:

тобто

де d = 73 мм - зовнішнійдіаметр НКТ.

Додаткове зниження рівня рідини h₂ відбудеться внаслідок перетікання рідини із міжтрубного простору в НКТ через отвір, розміщений на глибині h₀. Тоді із умови рівності об'єму звільненого простору в експлуатаційній колоні і об'єму рідини в міжтрубному просторі над отвором

знаходимо

Отже, необхідне зниження рівня рідини

712

звідки маємо шукану глибину розміщення патрубка з отвором

Максимальне зниження рівня рідини у свердловині

hmax = H - h_3,

де h₃ - залишкова висота рівня рідини у свердловині після піднімання НКТ з рідиною.

Із умови рівності залишкового об'єму рідини в експлуатаційній колоні і об'є­му рідини в міжтрубному просторі нижче отвору

знаходимо

Для забезпечення максимального зниження рівня рідини отвір необхідно розмістити на такій глибині, щоб об'єм рідини в міжтрубному просторі над отвором дорівнював об'єму рідини в НКТ під отвором, тобто

звідки знаходимо глибинурозміщення отвору

де d_{ = 73 - 2-7 = 59 мм - внутрішній діаметр НКТ. Тоді розраховуємо шукану величину

Якщо під час буріння використовувався буровий розчин густиною не менше 1400 кг/м³, то замість розглянутого способу зниження рівня рідини застосовують спосіб заміни бурового розчину водою. Заміну рідини

713

здійснюють шляхом промивання. Колона вважається герметичною, якщо переливання рідини чи виділення газу не спостерігається протягом 1 год.

Визначення пропускної здатності порушень

Якщо не вдається знизити рівень рідини у свердловині, то це вказує на приплив рідини через порушення цілісності колони. Тоді відбирання рідини із свердловини здійснюють до тих пір, поки під час наступного запомповування у свердловину рідина значною мірою не почне погли­натися, тобто поки не будуть створені умови для здійснення повторного цементування. Пропускну здатність порушень характеризують об'ємною витратою рідини і тиском запомповування, на основі яких планують процес усунення негерметичності обсадної колони труб.

Встановлення інтервалів негерметичності експлуатаційної колони

На промислах для встановлення інтервалів негерметичності експлуа­таційної колони застосовується метод поінтервального опресовування з використанням або пакера, або високов'язкої рідини, або газоподібного агента (див. вище).

Устатковання для гідродинамічного дослідження свердловин

Устатковання для дослідження свердловин призначені для опускання і піднімання на дроті приладів, які застосовуються під час гідродина­мічних досліджень свердловин.

Для опускання приладів у свердловину застосовується таке устатку­вання [100].

Апарати Яковлева легкої і важкої конструкцій призначені для роботи у свердловинах глибиною відповідно до 800 і 1500 м. Вони являють собою лебідку з намотаним дротом. За допомогою апарата Яковлева у свердло­вину опускають манометри, термометри, пробовідбірники, желонки, вимірюють вибій, рівні рідини тощо. В апараті легкої конструкції викори­стовується дріт діаметром 0,6-0,8 мм, а важкої конструкції - дріт діамет­ром 1,6-1,8 мм. Глибину вибою чи рівня рідини виявляють у момент зменшення величини зусилля на лебідці, коли вантаж, підвішений на дроті, занурюється під рівень (починає діяти архімедова сила) або сягає вибою, а визначають її за довжиною розтягнутого дроту.

Агрегати Азінмаш-8А, Азінмаш-8Б, ЗУДС, Азінмаш-45 призначені для опускання у свердловину манометра, термометра, пробовідбірника, для визначення глибини вибою, рівня рідини тощо. Основний вузол цих агрегатів - лебідка, змонтована на шасі різних транспортних засобів. Агрегати Азінмаш-8А, Азінмаш-8Б і Азінмаш-45 відрізняються між собою лише транспортною базою (відповідно шасі різних автомобілів), а

714

устатковання для дослідження свердловин ЗУДС змонтоване на плаву­чому гусеничному транспортері (для пересування по дуже пересіченій місцевості, заболочених ділянках, сніговій цілині і воді вбрід та вплав).

Автоматичні промислові електронні (дослідні) лабораторії (стан­ції) типу АПЕЛ-66 і АДСТ призначені для дистанційних досліджень свердловин.

Станція АПЕЛ-64 розміщена на шасі автомобіля в кузові автобуса. Прилад для дослідження опускається у свердловину на каротажному одножильному кабелі КОБДФМ-2. Через кабель інформація передається на наземну вимірювальну і реєструвальну апаратури. Привод лебідки здійснюється від двигуна автомобіля. Однак станція АПЕЛ-64 має погану прохідність в умовах бездоріжжя, перевантажене шасі і низьку надійність самописного потенціометра. Кращою є станція АПЕЛ-66, в якій додатково встановлено спуско-підіймальне устатковання для шабло­нування НКТ. Станція змонтована на шасі автомобіля підвищеної про­хідності в спеціальному утепленому геофізичному кузові-фургоні. Сверд­ловинні прилади, які входять до комплекту станцій АПЕЛ-64 і АПЕЛ-66, розраховані для роботи у свердловинах глибиною до 3500 м з внутрішнім діаметром експлуатаційної колони від 124 до 155 мм і внутрішнім діа­метром НКТ не менше 50 мм.

Станція АДСТ забезпечує дослідження свердловин глибиною до 5000 м як дистанційними, так і автономними приладами з однієї позиції відносно гирла; вона має систему цифрової реєстрації виміряної інформації, раціо­нально розміщені апаратуру і устатковання, спуско-підіймальне устатко­вання (для шаблонування НКТ). Станція змонтована на шасі автомобіля підвищеної прохідності в спеціальному утепленому геофізичному кузові-фургоні. Використовується кабель каротажний одножильний КОБДФМ-2 або КПКО-1. Свердловинні прилади станції розраховані для роботи у свердловинах з внутрішнім діаметром експлуатаційної колони 124-155мм. Габарити свердловинних приладів дають змогу досліджувати фактично всі фонтанні і нагнітальні свердловини з внутрішнім діаметром НКТ не менше 40мм і частково механізовані свердловини, обладнанні ШСН.

Устатковання ЛС-4 змонтовано на автомобілі-фургоні УАЗ-3741 (ЛС - лебідка самохідна; 4 - номінальне тягове зусилля 4 кН). Привод лебідки здійснюється від двигуна автомобіля. Лебідка обладнана механіз­мом ручного керування, храповим механізмом зупинки, електромеханіч­ним індикатором натягу дроту. Глибина обслуговування - 4000 м, дріт -діаметром 1,8 мм, швидкість підіймання приладу - 0,25-5 м/с.

Устатковання ЛС-6 змонтовано на потужному автомобілі ГАЗ-66; глибина обслуговування - 6300 і 7000 м за діаметра дроту відповідно 1,8 і 2 мм, тягове зусилля - 6,3 кН, швидкість підіймання - 0,4-5,3 м.

715

Устатковання ЛСВ-6 змонтовано на шасі автогусеничного транс­портера ГАЗ-71 і відрізняється від ЛС-6 тільки транспортною базою.