Испытание горных пород на прочность в процессе бурения, также известное как «тест на утечку» (leak of test), представляет собой важнейший этап, позволяющий оценить механические свойства горных пород и их способность удерживать давление. Не путать с опрессовкой цементного кольца!
1. Цели испытания
1. Тестирование позволяет установить критическое давление, при котором порода начинает разрушаться, что важно для выбора оптимальных условий для ГРП.
2. Построение графиков зависимости приемистости от давления помогает визуализировать результаты испытания.
3. Оценка герметичности испытания помогают выявить естественные трещины и другие дефекты в породе, которые могут повлиять на эффективность закачки жидкости и поддержание давления.
На основе полученных данных определяется критическое давление, при котором начинается разрушение породы.
2. Процедура испытания
Существует несколько методов проведения испытания пласта на прочность, которые отличаются по точности и сложности. В процессе испытаний всегда подвергается проверке пласт, расположенный непосредственно под башмаком колонны. Один из вариантов заключается в постоянной закачке определенного объема жидкости в закрытую скважину, что позволяет отслеживать динамику изменения давления в режиме реального времени. Другой метод предполагает порционную закачку с выдержкой по времени и повторением этих этапов до достижения необходимого результата.
В данной статье я расскажу о непрерывной закачке.
В первую очередь, испытание проводится на скважине после спуска и цементирования обсадной колонны, например, после установки кондуктора. Кондуктор перекрывает все слабосцементированные породы, что обеспечивает способность скважины выдерживать определенное избыточное давление после герметизации устья с помощью ПВО.
После завершения ОЗЦ проводят совместную опрессовку ОК, КГ и ПВО. Если все элементы показали свою герметичность, приступают к подготовительным работам по испытанию пласта.
Для проведения испытания необходимо обеспечить сообщение с пластом. Принято считать, что геологическое строение пород в целом вполне очевидно: пласты, расположенные выше, отличаются меньшей прочностью, так как испытывают меньшее давление от вышележащих слоёв. С другой стороны, чем ниже располагается пласт, тем большее давление на него оказывают вышележащие породы, что делает его более крепким. С этой целью производят разбуривание башмака ОК и углубление в пласт до 3 метров (вскрытие пласта глубже, а тем более полностью не рекомендуется). После углубления необходимо воссоздать максимально чистую и однородную среду в скважине. Для этого вымывают шлам от выбуренной породы, куски оснастки и цемента.
По завершению расчетного объема циркуляции замеряют параметры раствора и сравнивают их с проектными значениями. Если параметры выровнены, циркуляцию останавливают и производят обвязку скважины с цементировочным насосом (ЦА), который будет использоваться для дальнейшего испытания. Обвязав скважину с ЦА проводят тестовую циркуляцию, чтобы убедиться в наличии связи между ЦА и скважиной. Если линии не забиты и выход на поверхность есть, циркуляцию останавливают и герметизируют скважину с помощью превентора. С этого момента начинается проверка пласта на прочность.
В закрытую скважину начинают закачивать раствор с подачей 40-80 литров в минуту. Небольшая скорость закачки обеспечивает безопасность испытания, позволяя вовремя обнаружить начало поглощения и избежать гидроразрыва пласта. По мере закачки раствора на манометре будет наблюдаться медленное поэтапное повышение давления. Поскольку раствор практически несжимаем (сначала расширялась колонна, потом сжался раствор, а дальше сжиматься уже нечему), давление начинает передаваться во все точки скважины, оказывая воздействие на пласт и проверяя его предел прочности.
Рано или поздно по показаниям манометра будет замечено, что давление начинает расти медленнее, чем несколько минут назад (появится отклонение от графика нормальной закачки). Это верный признак того, что поры и трещины начали раскрываться, и жидкость из скважины стремится уйти в эти трещины. Этот момент и является началом поглощения, ради которого все и задумывалось. После обнаружения сигнала от скважины насос постепенно останавливают и стравливают остаточное давление. То давление, которое было зафиксировано как последняя точка, соответствующая расчетному давлению закачке в конце, и есть максимальное давление для слабого участка скважины, которое должно быть зафиксировано на табличке у дросселя.
3. Фиксация данных
Раз уж мы заговорили о табличке. Жидкость в скважине на разных этапах бурения может меняться, а значит максимальное давление указанное на табличке должно так же попасть под пересчет. Поскольку никто не будет каждый раз выполнять этот тест повторно после смены раствора в скважине ведение таблицы и запись актуальных данных ложится на инженерный состав скважины. Предлагаю разобраться с этим вопросом.
Расчет максимальной плотности
Максимальная плотность раствора — это значение, превышение которого приведет к началу поглощения в скважине. Конечно, это не является катастрофой, и как только давление снизится, трещины и поры могут снова закрыться, но осадочек всё равно останется.
Наша задача — определить, какая плотность будет считаться максимальной для самого слабого участка под башмаком. То есть, это значение плотности никогда не будет допущено в скважину, пока пласты не перекрыты обсадной колонной.
Проведем расчет:
Исходя из данных выше мы получили максимально допустимую плотность. Пересчитывать ее в дальнейшем, при изменении плотности рабочей жидкости в скважине не нужно.
Если испытание не проводилось то максимальная плотность считается через градиент гидроразрыва или через давление гидроразрыва:
Зная максимальную плотность, всегда можно найти оставшийся запас безопасности для слабого участка. Давайте объясню сначала без расчетов. Если на растворе 1,07 г/см³ максимальное избыточное давление в КП будет 7 МПа, то увеличив плотность, к примеру до 1,17 г/см³ что произойдет с максимальным давлением? Оно вырастет или снизится? Конечно, снизится. Это связано с увеличением гидростатического давления, которое будет сильнее давить на пласт у башмака. А теперь проверим это расчетом.
Формула уже говорит о том, что мы будем сравнивать два давления максимальное, которое может выдержать пласт и гидростатическое, которое будет давить на этот пласт. Разница полученная после расчета и будет остатком или запасом, которое без последствий может воздействовать дополнительно на слабый участок до начала поглощения жидкости.
Проводим расчет:
Что мы видим? Максимально допустимое давление снизилось на 1,3 МПа. Если пойти более длинным путем и посчитать оба давления из скобок, то вы получите точно такое же значение.
Исходя из расчета на табличке у дросселя должна появиться новая запись. А что на ней должно быть записано? Согласно п. 435 ПБНиГП. На задвижке перед дросселем должна быть закреплена табличка с указанием допустимого давления для устья скважины, допустимого давления для самого слабого участка скважины и плотности раствора, по которой это давление определено.
За максимальное давление на устье обычно берется опрессовка ОК с учетом вычета 20% от значения опрессовки. Это делается для того, чтобы максимально обезопасить колонну.
Вывод
Подведем итог. На табличке мы пишем ту информацию, которая предупреждает нас о потолке дозволенного во время управления скважиной при глушении.
Если вы хотите проверить себя, вот вам данные с реальной скважины. Посчитайте максимальное давление для слабого участка, если новая плотность будет 1,46 г/см³.
Ответ на эту задачу выложу позже. Любой вопрос можете писать в комментариях. Предложения и идеи для новых тем по ГНВП приветствуются. Всем хорошего дня!
