RU2451788C2 - Method to suppress spills from emergency oil and gas wells during field development - Google Patents

Method to suppress spills from emergency oil and gas wells during field development Download PDF

Info

Publication number
RU2451788C2
RU2451788C2 RU2010124541/03A RU2010124541A RU2451788C2 RU 2451788 C2 RU2451788 C2 RU 2451788C2 RU 2010124541/03 A RU2010124541/03 A RU 2010124541/03A RU 2010124541 A RU2010124541 A RU 2010124541A RU 2451788 C2 RU2451788 C2 RU 2451788C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oil
well
shut
plug
filled
Prior art date
Application number
RU2010124541/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010124541A (en
Inventor
Григорий Наумович Гензель (RU)
Григорий Наумович Гензель
Николай Федорович Карачевцев (RU)
Николай Федорович Карачевцев
Валерий Сергеевич Кузькин (RU)
Валерий Сергеевич Кузькин
Original Assignee
Григорий Наумович Гензель
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Григорий Наумович Гензель filed Critical Григорий Наумович Гензель
Priority to RU2010124541/03A priority Critical patent/RU2451788C2/en
Publication of RU2010124541A publication Critical patent/RU2010124541A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2451788C2 publication Critical patent/RU2451788C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention relates to the oil and gas industry, namely, to methods for suppression of spills from emergency oil and gas wells and may be used to eliminate accidents with the help of shut-off plugs during field development, arranged at water reservoir bottoms, on the day surface, in underground mines, and also in continental shelves. During realisation of the method, using a cut casing pipe, a discrete material that is easily deformed under its own weight, having size and specific weight that ensure material falling in an ascending flow of oil and gas, is supplied in a quantity sufficient to form a shut-off plug in the well, which makes it possible to suppress the reservoir fluid of oil or gas. The shut-off plug may be formed in intervals, where first the discrete material of larger fraction is filled, then fractions with reducing size of solids are serially filled. The discrete material may be used in the form of solids of revolution. The material may be supplied via a hopper, which is installed above the cut casing pipe. After formation of a shut-off plug, the hopper is filled with a hardening mud. Discrete particles are made either from a homogeneous material or from composite materials.
EFFECT: invention provides for safety of a technological process and reduced impact at environment.
6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтяной промышленности и может быть использовано для ликвидации с помощью отсекающих пробок аварий путем подавления изливов из аварийных нефтяных и газовых скважин при разработке месторождений, расположенных на дне океана, моря, озера, на дневной поверхности или в подземных горных выработках, а также на материковых шельфах.The invention relates to the field of the oil industry and can be used to eliminate accidents by means of shut-off plugs by suppressing spills from emergency oil and gas wells when developing fields located on the bottom of the ocean, sea, lake, day surface or in underground mine workings, and on continental shelves.

Основная масса нефтяных месторождений приурочена к купольным геологическим структурам, в которых под большим давлением находятся нефть и газ. Вскрытие этих структур скважинами сопровождается большими трудностями, связанными с разработкой сложных специальных противовыбросовых устройств (превенторов, герметизаторов) и применением специальных растворов, в том числе и утяжеленных.The bulk of oil fields are confined to domed geological structures in which oil and gas are under high pressure. Opening these structures with wells is accompanied by great difficulties associated with the development of complex special blowout preventers (preventers, sealants) and the use of special solutions, including weighted ones.

Из технического уровня известен способ ликвидации аварий на нефтяных скважинах врезкой второго ствола. Обеспечение эффективности работы скважины со вторым стволом обеспечивают путем прогнозирования дебита скважины по нефти и правильного выбора параметров врезки. Предварительное решение о целесообразности врезки второго ствола принимают по величине остаточных извлекаемых запасов, приходящихся на аварийную скважину. После чего определяют направление врезки, смещение второго ствола относительно аварийного с учетом того, что в предполагаемой точке вскрытия вторым стволом пласт должен обладать максимальной нефтенасыщенностью, минимальной обводненностью и пониженным охватом фильтрацией. Привлекают карты состояния разработки, долей остаточных извлекаемых запасов нефти, остаточной нефтенасыщенности, обводненности и фильтрационных потоков. Прогнозируют начальный дебит скважины со вторым стволом и окончательное решение о целесообразности бурения второго ствола принимают, исходя из работы скважины с прогнозным дебитом. Причем для определения прогнозного дебита дополнительно проводят промысловые и лабораторные исследования с построением кривых [патент на изобретение RU №2087670].From the technical level there is a known method for eliminating accidents in oil wells by inserting a second trunk. Ensuring the efficiency of the well with the second wellbore is provided by predicting the flow rate of the well for oil and the correct selection of insert parameters. A preliminary decision on the appropriateness of the insertion of the second wellbore is taken according to the amount of residual recoverable reserves attributable to the emergency well. After that, the insertion direction, the offset of the second barrel relative to the emergency one are determined, taking into account the fact that at the supposed opening point of the second barrel, the formation should have maximum oil saturation, minimum water cut and reduced filter coverage. They draw maps of development status, fractions of residual recoverable oil reserves, residual oil saturation, water cut and filtration flows. The initial production rate of the well with the second wellbore is predicted and the final decision on the appropriateness of drilling the second wellbore is made based on the well’s work with the predicted production rate. Moreover, to determine the predicted flow rate, field and laboratory studies are additionally carried out with the construction of curves [patent for invention RU No. 2087670].

Недостатком известного способа являются высокие капитальные затраты на сооружение разгрузочных скважин, сложность и длительность ее сооружения.The disadvantage of this method is the high capital costs for the construction of discharge wells, the complexity and duration of its construction.

Известен также способ глушения глубоких и сверхглубоких скважин и трубопроводов замораживанием аварийного потока продукции скважин путем закачки в них магнитных или электроактивных частиц с наложением внешнего электромагнитного поля, магнитного или электрического, включая закачку магнитных или электроактивных частиц вместе с нефтью, водой, газом или термореактивной смолой, или хладагентом, с отверждением заданной композиции под действием температуры самого глубинного потока, а при необходимости и с наложением внешнего подогрева. Способ позволяет быстро тормозить аварийный поток с электромагнитными частицами в зоне действия магнитного или электрического (электромагнитного) поля или замораживания, или затвердения коллоидно-дисперсной жидкости, или газовзвеси с магнитными частицами в заданном месте порыва, или с образованием «козла» внутри скважины или трубопровода в виде отсекающей пробки, или отверждаемых включений в зоне повышенных температур в стволе скважины при закачке эпоксидно-диановой смолы или мономера с магнитоактивными или электроактивными частицами в виде порошка или коллоидно-дисперсной взвеси или добавками катализатора-отвердителя к мономеру ФАМ бензолсульфокислоты или паратолуолсульфокислоты [патент на изобретение RU №2100567].There is also a method of killing deep and superdeep wells and pipelines by freezing the emergency flow of well products by injecting magnetic or electroactive particles into them with an external electromagnetic field, magnetic or electric, including injecting magnetic or electroactive particles together with oil, water, gas or a thermosetting resin, or refrigerant, with the curing of the specified composition under the influence of the temperature of the deepest flow, and, if necessary, with the application of external heating. The method allows you to quickly slow down the emergency flow with electromagnetic particles in the zone of action of a magnetic or electric (electromagnetic) field or freezing, or hardening a colloidal dispersed liquid, or a gas suspension with magnetic particles in a given rupture, or with the formation of a "goat" inside the well or pipeline in as a shut-off plug, or cured inclusions in the zone of elevated temperatures in the wellbore during injection of epoxy-diane resin or monomer with magnetically or electroactive particles in the form of a powder or colloidal dispersed suspension or additives of a curing agent to the FAM monomer of benzenesulfonic acid or paratoluene sulfonic acid [patent for invention RU No. 2100567].

К недостаткам способа следует отнести его зауженную функциональную возможность, что исключает его использование при разрыве обсадной трубы под водой.The disadvantages of the method include its narrowed functionality, which excludes its use in case of rupture of the casing under water.

В известном техническом уровне не обнаружен наиболее близкий аналог(прототип).In the known technical level is not found the closest analogue (prototype).

Задачей изобретения является разработка оптимального способа подавления нефтяных изливов из аварийных нефтяных и газовых скважин путем формирования в скважине отсекающей пробки.The objective of the invention is to develop an optimal method of suppressing oil spills from emergency oil and gas wells by forming a shut-off plug in the well.

Техническими результатами, которые могут быть получены при реализации заявляемого изобретения, являются:Technical results that can be obtained by implementing the claimed invention are:

- Постепенное снижение потока нефти по скважине с его последующим прекращением.- A gradual decrease in oil flow through the well with its subsequent cessation.

- Создание противодавления на пласт в зоне вскрытия нефтегазового коллектора.- Creating backpressure on the reservoir in the opening area of the oil and gas reservoir.

- Обеспечение безопасности технологического процесса.- Ensuring process safety.

- Снижение нагрузки на экологическую среду.- Reducing the burden on the environment.

Решение вышеуказанной задачи и достижение ожидаемых технических результатов стало возможно благодаря тому, что способ подавления изливов из аварийных нефтяных и газовых скважин при разработке месторождений характеризуется обрезкой поврежденной обсадной колонны скважины и подачей в скважину легко деформирующегося под действием собственного веса дискретного материала с крупностью и удельным весом, при котором обеспечивается падение материала в восходящем потоке нефти или газа, в количестве, достаточном для формирования в скважине отсекающей пробки, обеспечивающей возможность погашения пластового давления нефти или газа и подавления изливов.The solution of the above problem and the achievement of the expected technical results became possible due to the fact that the method of suppressing spills from emergency oil and gas wells during field development is characterized by trimming the damaged casing of the well and supplying a discrete material with coarseness and specific gravity that is easily deformed under its own weight, which ensures the fall of the material in an upward flow of oil or gas in an amount sufficient to form about tseka plugs, providing the ability to extinguish the reservoir pressure of oil or gas and suppress spills.

В частных примерах выполнения способа отсекающую пробку формируют интервалами, в которых сначала засыпают дискретный материал более крупной фракции, затем последовательно фракции с уменьшающимся размером тел для увеличения гидравлического сопротивления засыпаемого материала, дискретный материал используют в форме тел качения, подачу материала осуществляют через бункер, который дополнительно устанавливают над обрезанной обсадной трубой, после формирования отсекающей пробки бункер заполняют твердеющим раствором, а дискретные частицы выполняют или из однородного материала, или из композиционных материалов.In particular examples of the method, the shut-off plug is formed at intervals in which the discrete material of the larger fraction is first filled in, then the fractions with decreasing body size are successively filled to increase the hydraulic resistance of the material to be filled, the discrete material is used in the form of rolling bodies, the material is fed through the hopper, which is additionally set above the cut casing, after the formation of the shut-off tube, the hopper is filled with a hardening solution, and discrete parts gical or operate from a homogeneous material or of composite materials.

Изобретательским шагом является подача в аварийную скважину легко деформирующихся под собственным весом дисперсного материала с высоким удельным весом частиц материала в количестве, достаточном для создания в скважине отсекающей пробки в форме столба материала высотой h, обеспечивающего погашение пластового давления нефти. Высота столба h определяется из условияAn inventive step is the supply to the emergency well of easily dispersed material with a high specific gravity of particles of material in an amount that is sufficiently deformable under its own weight to create a shut-off plug in the form of a column of material with a height h, which ensures that the reservoir pressure of the oil is extinguished. Column height h is determined from the condition

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где ρ - плотность материала шаров, кг/м3;where ρ is the density of the material of the balls, kg / m 3 ;

ρж - плотность нефти, кг/м3;ρ W - oil density, kg / m 3 ;

HH - гидростатическое давление нефтяного пласта, м;H H - hydrostatic pressure of the oil reservoir, m;

n - пористость среды, образованной заполняющим материалом.n is the porosity of the medium formed by the filling material.

Расчетная величина столба материала в скважине фактически будет меньше, так как засыпаемые дискретные тела выполнены из легко деформирующегося материала (например свинца, который характеризуется большим удельным весом и высокой пластичностью) и по мере увеличения веса отсекающей пробки над нижними интервалами материала дискретные частицы, слагающие материал, деформируются, что приводит к формированию прочной и практически непроницаемой отсекающей пробки. Благоприятным фактором, способствующим деформации материала, является повышенная температура в скважине.The calculated value of the material column in the well will actually be less, since the filled discrete bodies are made of easily deformable material (for example, lead, which is characterized by a high specific gravity and high ductility) and as the weight of the shut-off plug increases over the lower intervals of the material, the discrete particles composing the material, deform, which leads to the formation of a durable and almost impermeable shut-off tube. A favorable factor contributing to the deformation of the material is the elevated temperature in the well.

Заявляемый способ иллюстрируют фигуры (для частного примера расположения скважины на материковом шельфе):The inventive method is illustrated by the figures (for a particular example of the location of the well on the continental shelf):

На фиг.1 Показана подача материала в аварийную скважину, обрезанная скважина, дискретные частицы заполняющего материала.Figure 1 shows the flow of material into the emergency well, cut-off well, discrete particles of filling material.

На фиг.2 Показана подача материала в аварийную скважину, обрезанная скважина, частицы материала, бункер-накопитель.Figure 2 shows the flow of material into the emergency well, cut-off well, particles of material, storage hopper.

Заявляемый способ подавления изливов из аварийной нефтяной (газовой) скважины при разработке месторождения осуществляют следующим образом. Перед началом производства работ обследуют характер повреждений обсадной колонны 1 скважины (фиг.1). Обрезают известными техническими средствами (на фиг. не показаны) поврежденную обсадную колонну 1 ниже повреждения. Монтируют трубопровод 3, направляют его в аварийную скважину (на фиг. не показана) и подают через него в скважину легко деформирующийся под действием собственного веса дискретный материал 4 необходимого размера и удельного веса, обеспечивающих опускание материала 4 в восходящем потоке нефти вниз по аварийной скважине в количестве, достаточном для формирования в ней отсекающей пробки 5, обеспечивающей возможность подавления излива нефти и погашения пластового давления.The inventive method of suppressing spills from an emergency oil (gas) well during field development is as follows. Before starting work, the nature of damage to the casing 1 of the well is examined (Fig. 1). A known casing (not shown in FIG.) Is cut off from the damaged casing 1 below the damage. Mount the pipeline 3, direct it to the emergency well (not shown in Fig.) And feed through it into the well the discrete material 4, easily deformable under its own weight, of the required size and specific gravity, ensuring the material 4 is lowered in the upward oil flow down the emergency well in an amount sufficient to form a shut-off plug 5 in it, which makes it possible to suppress the spill of oil and to extinguish reservoir pressure.

В частном примере выполнения при использовании дискретного материала различного фракционного состава сначала засыпают материал более крупной фракции, затем последовательно фракции с уменьшающимся размером частиц для снижения фильтрационных свойств и увеличения гидравлического сопротивления ствола скважины.In a particular embodiment, when using discrete material of different fractional composition, the material of the larger fraction is first filled in, then the fractions with decreasing particle size are successively filled to reduce filtration properties and increase the hydraulic resistance of the wellbore.

Благодаря фракционному формированию отсекающей пробки 5 создают условия, обеспечивающие плавное изменение напряжений в обсадной колонне 1 и исключают опасность в ней концентрированных напряжений, способных вызвать ее разрушение.Thanks to the fractional formation of the shutoff plug 5, conditions are created that provide a smooth change in stresses in the casing 1 and eliminate the danger of concentrated stresses in it that can cause its destruction.

В частном примере исполнения способа устанавливают над обрезанным участком обсадной трубы 1 бункер-накопитель 6 (фиг.2) и направляют в него трубопровод 2, через который подают в бункер-накопитель 6 дискретный материал 4, при этом бункер-накопитель используют для замера объема поступающего в скважину материала. После формирования отсекающей пробки 5 и прекращения излива нефти из аварийной скважины заполняют бункер-накопитель твердеющим раствором 5, например цементом, которым после затвердевания закрывают устье скважины, что дополнительно повышает надежность противоаварийных работ, связанных с утечкой нефти из аварийной скважины.In a particular embodiment of the method, a storage bin 6 is installed over the cut-off section of the casing pipe 1 (Fig. 2) and a pipe 2 is directed into it through which discrete material 4 is supplied to the storage bin 6, and the storage bin is used to measure the volume of incoming into the well of the material. After the shut-off plug 5 is formed and the oil spill is stopped from the emergency well, the storage hopper is filled with a hardening solution 5, for example, cement, which, after solidification, closes the well mouth, which further increases the reliability of emergency operations associated with oil leakage from the emergency well.

Практическая применимость заявляемого способа показана на следующих смоделированных примерах.The practical applicability of the proposed method is shown in the following simulated examples.

Пример 1.Example 1

Аварийная скважина, расположенная на материковом шельфе, отрезана на уровне 1.2-1.5 м от поверхности дна океана. В этом частном примере исполнения способа в качестве дискретного материала для формирования отсекающей пробки в скважину подают свинцовые шары одинакового диаметра dш=0.01 м.An emergency well located on the continental shelf is cut off at a level of 1.2-1.5 m from the surface of the ocean floor. In this particular embodiment of the method, lead balls of the same diameter dw = 0.01 m are fed into the well as discrete material for forming a cut-off plug.

Исходные данные, принятые для расчета:The initial data adopted for the calculation:

Figure 00000002
Figure 00000002

Скорость восходящего движения нефти по стволу скважины νB The speed of the upward movement of oil along the wellbore ν B

Figure 00000003
,
Figure 00000004
Figure 00000003
,
Figure 00000004

где dc - диаметр скважины; Q - расход нефти.where d c is the diameter of the well; Q - oil consumption.

Высота столба отсекающей пробки из свинцовых шаров должна удовлетворять условию:The height of the column of the cut-off plug from lead balls must satisfy the condition:

Figure 00000005
Figure 00000005

В данном примере в качестве дискретного материала подают свинцовые шары одинакового диаметра dш=0.01 м и заполняют ствол скважины на высоту h=1400 м. Диаметр шаров dш=0.01 м удовлетворяет условию преодоления противотока нефти и свободного перемещения (без заклинивания) шаров в стволе скважиныIn this example, lead balls of the same diameter dw = 0.01 m are fed as discrete material and the wellbore is filled to a height h = 1400 m. The diameter of the balls dw = 0.01 m satisfies the condition of overcoming the oil backflow and free movement (without jamming) of the balls in the bore wells

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

где Q - расход нефти из скважины, м3/с;where Q is the oil flow from the well, m 3 / s;

µ - вязкость нефти, Па·с;µ — oil viscosity, Pa · s;

ρ - плотность материала шаров, кг/м3;ρ is the density of the material of the balls, kg / m 3 ;

ρж - плотность нефти, кг/м3;ρ W - oil density, kg / m 3 ;

dш - диаметр шаров, м;d W - the diameter of the balls, m;

dc - диаметр скважины, м;d c - well diameter, m;

g - ускорение силы тяжести g=9.81 м/с2.g is the acceleration of gravity g = 9.81 m / s 2 .

Скорость ν0 падения свинцовых шаров диаметром dш, плотностью ρ в покоящейся жидкости с плотностью ρж The falling velocity ν 0 of lead balls of diameter d w , density ρ in a liquid at rest with a density ρ w

Figure 00000007
.
Figure 00000007
.

Диаметр шара, мBall diameter, m Скорость ν0 (м/с) при вязкости нефти (Па·с)Velocity ν 0 (m / s) at oil viscosity (Pa · s) 0.1190.119 0.050.05 0.0270.027 0.010.01 0.0010.001 0.050.05 0.120.12 0.210.21 0.570.57 0.0020.002 0.190.19 0.460.46 0.850.85 2.292.29 0.0040.004 0.770.77 1.831.83 3.393.39 9.159.15 0.0050.005 1.201.20 2.862.86 5.295.29 14.2914.29 0.0080.008 3.083.08 7.327.32 13.5513.55 36.5936.59 0.010.01 4.804.80 11.4311.43 21.1721.17 57.1757.17 0.020.02 19.2219.22 45.7445.74 84.7084.70 228.68228.68

Скорость погружения шаров ν=ν0B=11.43-0.37=11.06 м/с≈11.1 м/с.The ball sinking speed is ν = ν 0B = 11.43-0.37 = 11.06 m / s≈11.1 m / s.

При движении нефти по стволу скважины через созданную шарами пористую среду поток будет преодолевать гидравлическое (фильтрационное) сопротивление.When oil moves along the wellbore through a porous medium created by balls, the flow will overcome the hydraulic (filtration) resistance.

Потери давления на преодоление этого сопротивления ∇Р=Q·Ф, где Ф - гидравлическое сопротивление заполненного шарами ствола скважины; Q - расход нефти.The pressure loss to overcome this resistance is ∇Р = Q · Ф, where Ф is the hydraulic resistance of the wellbore filled with balls; Q - oil consumption.

Фильтрационное сопротивление рассчитывается по зависимостиFiltration resistance is calculated according to

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

где h - длина ствола скважины, заполненного шарами;where h is the length of the wellbore filled with balls;

µ - вязкость нефти;µ is the oil viscosity;

с - коэффициент проницаемости образованного шарами порового пространства;c is the permeability coefficient of the pore space formed by the balls;

dc - диаметр скважины;d c is the diameter of the well;

S - площадь поперечного сечения скважины.S is the cross-sectional area of the well.

Проницаемость пористой среды в стволе скважины при диаметре шаров dШ=0.01 м составляет с=8·10-9 м2. При длине отсекающей пробки h=1400 м, диаметре скважины 0.2 м, вязкости нефти µ=0.05 Па·с и при диаметре шаров dШ=0.01 м фильтрационное сопротивление будетThe permeability of the porous medium in the borehole with a ball diameter d W = 0.01 m is s = 8 · 10 -9 m 2 . With the length of the shutoff plug h = 1400 m, the diameter of the well 0.2 m, the viscosity of the oil µ = 0.05 Pa · s and the diameter of the balls d W = 0.01 m, the filtration resistance will be

Figure 00000009
.
Figure 00000009
.

Сопротивлением свободного (незаполненного материалом) интервала ствола скважины пренебрегаем ввиду его малости.The resistance of the free (unfilled material) interval of the wellbore is neglected due to its smallness.

Рассчитаем, какой расход пропустит скважина, заполненная шарами dШ=0.01 м при пластовом давлении нефти Р=1000 атм=108 Па. Перепад давления на отсекающей пробке будет равен разности между пластовым давлением и давлением столбов воды высотой НB=1500 м и нефти в стволе скважины выше отсекающей пробки L=5000-1400=3600 м: Δр=Р-γB·НBHL=1.0·108-0.15·108-0.30·108=0.55·108 Па.We calculate what flow rate the well missed filled with balls d Ш = 0.01 m at reservoir oil pressure Р = 1000 atm = 10 8 Pa. The pressure drop across the shutoff plug will be equal to the difference between the reservoir pressure and the pressure of water columns with a height of Н B = 1500 m and oil in the wellbore above the shutoff plug L = 5000-1400 = 3600 m: Δр = Р-γ B · Н BH L = 1.0 · 10 8 -0.15 · 10 8 -0.30 · 10 8 = 0.55 · 10 8 Pa.

Figure 00000010
.
Figure 00000010
.

Таким образом, расход излива нефти уменьшился и составляет 1.7% от первоначального расхода 1000 м3/сут. Скорость восходящего движения нефти при этом составит

Figure 00000011
.Thus, the flow of oil spill has decreased and amounts to 1.7% of the initial flow rate of 1000 m 3 / day. The speed of the upward movement of oil in this case will be
Figure 00000011
.

Если в рассмотренном примере принять, что ствол скважины заполнен шарами по всей глубине, то фильтрационное сопротивление будет Ф=0.99·1012 Па·с/м3, а расход излива нефти составит Q=0.85·108/0.99·1012≈0.86·10-4 м3/с=7.42 м3/сут, что составляет 0.74% от первоначального дебита.If in the considered example we assume that the wellbore is filled with balls throughout the depth, then the filtration resistance will be Ф = 0.99 · 10 12 Pa · s / m 3 , and the oil spill flow rate will be Q = 0.85 · 10 8 /0.99·10 12 ≈0.86 · 10 -4 m 3 / s = 7.42 m 3 / day, which is 0.74% of the initial flow rate.

При расчетах не учитывалась деформация свинцовых шаров под действием собственного веса. В рассматриваемом примере материал в нижней части отсекающей пробки будет находиться под давлением порядка 100 МПа (для свинца пределы прочности на сжатие σсж=50 МПа и на растяжение σр=12…13 МПа). При таком давлении за счет собственного веса и высокой пластичности свинцовых шаров они будут деформированы, а пористость и проницаемость спрессованного материала будут практически нулевыми, т.е. скважина будет полностью перекрыта.The calculations did not take into account the deformation of lead balls under the action of their own weight. In the present example, the material at the bottom of tube cutoff will be under a pressure of about 100 MPa (for lead limits the compressive strength of compression channel σ = 50 MPa and a tensile σ p = 12 ... 13 MPa). At this pressure, due to their own weight and high ductility of lead balls, they will be deformed, and the porosity and permeability of the pressed material will be practically zero, i.e. the well will be completely shut off.

Среднее время опускания шаров до глубин 3600…5000 м (h=1400 м) составляет tср=4300/11.1=6.5 мин, т.е. время сооружения отсекающей пробки будет определяться технологией подачи шаров в скважину. Так, при высоте пробки h=1400 м потребуется подать в скважину диаметром dc=0.2 м объем заполняющего материала

Figure 00000012
. Если материал представлен свинцовыми шарами, то масса заполняющего материала составит m=ρV(1-n)=11340·44·0.7≈350000 кг=350 т.The average time for lowering the balls to depths of 3600 ... 5000 m (h = 1400 m) is t avg = 4300 / 11.1 = 6.5 min, i.e. the construction time of the shutoff plug will be determined by the technology of feeding the balls into the well. So, with a plug height of h = 1400 m, it will be necessary to supply a volume of filling material into the well with a diameter of d c = 0.2 m
Figure 00000012
. If the material is represented by lead balls, then the mass of the filling material will be m = ρV (1-n) = 11340 · 44 · 0.7≈ 350,000 kg = 350 t.

Пример 2.Example 2

Исходные данные для этого частного примера исполнения способа примем такими же, как и в примере 1.The initial data for this particular example of the execution of the method will be the same as in example 1.

В качестве дискретного материала для формирования отсекающей пробки в скважину подают шары плотностью 8300 кг/м3 (материал, состоящий по объему на 70% из свинца и 30% резины обыкновенной плотностью 1200 кг/м3). Шары используются двух фракций: 50% диаметром dШ=0.01 м и 50% диаметром dШ=0.005 м. Сначала подают шары диаметром 0.01 м и затем шары диаметром 0.005 м, формируя две зоны, нижняя из которых представлена крупной фракцией, а верхняя - мелкой.As a discrete material for forming a shut-off plug, balls with a density of 8300 kg / m 3 are fed into the well (material consisting of 70% volume of lead and 30% of ordinary rubber with a density of 1200 kg / m 3 in volume). Balls are used in two fractions: 50% with a diameter d Ш = 0.01 m and 50% with a diameter d Ш = 0.005 m. First, balls with a diameter of 0.01 m and then balls with a diameter of 0.005 m are fed, forming two zones, the lower of which is represented by a large fraction, and the upper one shallow.

Высота столба отсекающей пробки должна удовлетворять условию:The height of the column of the shut-off plug must satisfy the condition:

Figure 00000013
Figure 00000013

В силу того, что пористость среды, сложенной шарами одного диаметра, не зависит от размера шаров, а определяется их упаковкой, для нижней и верхней зон принимаем одинаковое значение пористости n=0.3.Due to the fact that the porosity of the medium, composed of balls of the same diameter, does not depend on the size of the balls, but is determined by their packing, for the lower and upper zones we take the same porosity value n = 0.3.

В этом случае ствол скважины заполняют на высоту h=1960 м, причем нижний интервал hH=980 м заполняют шарами с dШ=0.01 м, а верхний интервал hB=980 м - шарами с dШ=0.005 м.In this case, the wellbore is filled to a height of h = 1960 m, and the lower interval h H = 980 m is filled with balls with d Ш = 0.01 m, and the upper interval h B = 980 m with balls with d Ш = 0.005 m.

Диаметр шаров dШ=0.01 ми dШ=0.005 м удовлетворяет условию

Figure 00000006
, скорость погружения шаров диаметром 0.01 м составляет 7.75 м/с; скорость погружения шаров диаметром 0.005 м составляет 1.66 м/с.The diameter of the balls d W = 0.01 mi d W = 0.005 m satisfies the condition
Figure 00000006
, the speed of immersion of balls with a diameter of 0.01 m is 7.75 m / s; the speed of immersion of balls with a diameter of 0.005 m is 1.66 m / s.

Проницаемость пористой среды в стволе скважины при диаметре шаров dШ=0.01 м составляет с=8·10-9 м2; проницаемость при диаметре шаров dШ=0.005 м составляет с=2.42·10-9 м2.The permeability of the porous medium in the wellbore with the diameter of the balls d W = 0.01 m is s = 8 · 10 -9 m 2 ; permeability when the diameter of the balls d W = 0.005 m is c = 2.42 · 10 -9 m 2 .

По зависимости определим фильтрационное сопротивление нижнего и верхнего интервалов отсекающей пробки:According to the dependence, we determine the filtration resistance of the lower and upper intervals of the shutoff tube:

Figure 00000014
.
Figure 00000014
.

Figure 00000015
.
Figure 00000015
.

Суммарное фильтрационное сопротивление отсекающей пробки будетThe total filtration resistance of the shut-off plug will be

Ф=Ф+Ф=(0.195+0.644)·1012 Па·с/м3=0.84·1012 Па·с/м3.Ф = Ф + Ф = (0.195 + 0.644) · 10 12 Pa · s / m 3 = 0.84 · 10 12 Pa · s / m 3 .

Рассчитаем, какой расход пропустит скважина, заполненная шарами dШ=0.01 м (нижний интервал 980 м) и шарами dШ=0.005 м (верхний интервал 980 м) при пластовом давлении нефти Р=1000 атм=108 Па.Let us calculate the flow rate that a well filled with balls d Ш = 0.01 m (lower interval of 980 m) and balls d Ш = 0.005 m (upper interval of 980 m) at an oil reservoir pressure of P = 1000 atm = 10 8 Pa.

Перепад давления на отсекающей пробке будет равен разности между пластовым давлением и давлением столбов воды высотой НB=1500 м и нефти в стволе скважины выше отсекающей пробки L=5000-1960=3040 м: Δр=Р-γB·НBHL=1.0·108-0.15·108-0.26·108=0.59·108 Па.The pressure drop across the shutoff plug will be equal to the difference between the reservoir pressure and the pressure of water columns with a height of Н B = 1500 m and oil in the well bore above the shutoff plug L = 5000-1960 = 3040 m: Δр = Р-γ B · Н BH L = 1.0 · 10 8 -0.15 · 10 8 -0.26 · 10 8 = 0.59 · 10 8 Pa.

Figure 00000016
Figure 00000016

т.е. расход излива нефти после заполнения стола скважины шарами из композиционного материала двух фракций (50% диаметром dШ=0.01 м и 50% диаметром dШ=0.005 м) уменьшился и составляет 0.6% от первоначального расхода 1000 м3/сут.those. the oil spill flow rate after filling the well table with balls of composite material of two fractions (50% with a diameter d Ш = 0.01 m and 50% with a diameter d Ш = 0.005 m) decreased and amounts to 0.6% of the initial flow rate of 1000 m 3 / day.

Скорость восходящего движения нефти в свободном интервале скважины (выше отсекающей пробки) составит

Figure 00000017
The speed of the upward movement of oil in the free interval of the well (above the cutoff plug) will be
Figure 00000017

Как видно из смоделированных примеров, заявляемый способ подавления изливов из аварийной нефтяной скважины при разработке месторождения позволяет решить поставленную задачу. Применением заявляемого способа достигаются следующие результаты:As can be seen from the simulated examples, the inventive method of suppressing spills from an emergency oil well during field development allows us to solve the problem. Using the proposed method, the following results are achieved:

- Плавное снижение потока нефти из аварийной скважины с его последующим прекращением за счет роста гидравлического сопротивления ствола скважины при постепенном увеличении высоты отсекающей пробки. При этом скорость восходящего потока нефти в свободном (незаполненном) интервале скважины постепенно понижается, что позволяет подавать в скважину более мелкие фракции материала с низкой проницаемостью.- A smooth decrease in the flow of oil from an emergency well with its subsequent cessation due to an increase in the hydraulic resistance of the wellbore with a gradual increase in the height of the shutoff plug. At the same time, the speed of the upward oil flow in the free (unfilled) interval of the well gradually decreases, which allows feeding smaller fractions of material with low permeability into the well.

- Создание противодавления на пласт в зоне вскрытия нефтегазоносного коллектора за счет веса материала и его уплотнения при деформации под действием собственного веса в нижней части ствола скважины (в зоне вскрытия коллектора) до полного перекрытия скважины.- Creating backpressure on the formation in the opening zone of the oil and gas reservoir due to the weight of the material and its compaction during deformation under the influence of its own weight in the lower part of the wellbore (in the opening zone of the reservoir) until the well is completely blocked.

- Обеспечение безопасности технологического процесса вследствие отсутствия запорной аппаратуры на устье скважины и плавного режима погашения скважины постепенно увеличивающейся отсекающей пробкой. Постепенное формирование отсекающей пробки создает условия, обеспечивающие плавное изменение напряжений в обсадной колонне, и исключают опасность формирования концентрированных напряжений, способных вызвать ее разрушение.- Ensuring the safety of the process due to the lack of shut-off equipment at the wellhead and a smooth mode of well repayment by a gradually increasing cut-off plug. The gradual formation of a shut-off plug creates conditions that ensure a smooth change in stress in the casing, and eliminate the danger of the formation of concentrated stresses that can cause its destruction.

- Снижение нагрузки на экологическую среду за счет уменьшения и полного подавления аварийной утечки нефти.- Reducing the load on the environment by reducing and completely suppressing accidental oil spills.

Claims (6)

1. Способ подавления изливов из аварийных нефтяных и газовых скважин при разработке месторождений характеризуется обрезкой поврежденной обсадной колонны скважины и подачей в скважину легко деформирующегося под действием собственного веса дискретного материала с крупностью и удельным весом, при котором обеспечивается падение материала в восходящем потоке нефти или газа, в количестве, достаточном для формирования в скважине отсекающей пробки, обеспечивающей возможность погашения пластового давления нефти или газа и подавления изливов (выбросов).1. The method of suppressing outflows from emergency oil and gas wells during field development is characterized by trimming the damaged casing of the well and supplying to the well of a discrete material that is easily deformable under its own weight with particle size and specific gravity, which ensures the fall of the material in an upward flow of oil or gas, in an amount sufficient to form a shut-off plug in the well, which provides the possibility of extinguishing the reservoir pressure of oil or gas and suppressing outflow in (emissions). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отсекающую пробку формируют интервалами, в которых сначала засыпают дискретный материал более крупной фракции, затем последовательно фракции с уменьшающимся размером тел для увеличения гидравлического сопротивления засыпаемого материала.2. The method according to claim 1, characterized in that the cut-off tube is formed at intervals in which the discrete material of the larger fraction is first filled in, then successively fractions with decreasing body size to increase the hydraulic resistance of the filled material. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дискретный материал используют в форме тел качения.3. The method according to claim 1, characterized in that the discrete material is used in the form of rolling bodies. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу материала осуществляют через бункер, который дополнительно устанавливают над обрезанной обсадной трубой.4. The method according to claim 1, characterized in that the supply of material is carried out through the hopper, which is additionally installed above the cut casing. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после формирования отсекающей пробки бункер заполняют твердеющим раствором.5. The method according to claim 1, characterized in that after the formation of the shut-off plug, the hopper is filled with a hardening solution. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дискретные частицы выполняют или из однородного материала, или из композиционных материалов. 6. The method according to claim 1, characterized in that the discrete particles are made either from a homogeneous material, or from composite materials.
RU2010124541/03A 2010-06-17 2010-06-17 Method to suppress spills from emergency oil and gas wells during field development RU2451788C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010124541/03A RU2451788C2 (en) 2010-06-17 2010-06-17 Method to suppress spills from emergency oil and gas wells during field development

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010124541/03A RU2451788C2 (en) 2010-06-17 2010-06-17 Method to suppress spills from emergency oil and gas wells during field development

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010124541A RU2010124541A (en) 2011-12-27
RU2451788C2 true RU2451788C2 (en) 2012-05-27

Family

ID=45782082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010124541/03A RU2451788C2 (en) 2010-06-17 2010-06-17 Method to suppress spills from emergency oil and gas wells during field development

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2451788C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014189697A1 (en) * 2013-05-19 2014-11-27 Tseytlin Software Consulting, Inc. Methods and devices for restoring control and resuming production at an offshore oil well

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1162942A2 (en) * 1983-07-26 1985-06-23 Специальное Конструкторское Бюро Института Математики И Механики Ан Азсср Arrangement for cutting-off the flow of fluid in pipe arrangement for cutting-off the flow of fluid
US4995461A (en) * 1989-07-14 1991-02-26 Marathon Oil Company Well kill treatment for oil field wellbore operations
RU2100567C1 (en) * 1992-04-24 1997-12-27 Валерий Иванович Ивашов Method of killing of deep and ultradeep wells and pipelines
RU2104392C1 (en) * 1996-05-06 1998-02-10 Научно-производственное предприятие "Нефтегеотехнология" Method and liquid for plugging of well
RU2131970C1 (en) * 1997-11-26 1999-06-20 Предприятие "Астраханьгазпром" РАО "Газпром" Method of well killing

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1162942A2 (en) * 1983-07-26 1985-06-23 Специальное Конструкторское Бюро Института Математики И Механики Ан Азсср Arrangement for cutting-off the flow of fluid in pipe arrangement for cutting-off the flow of fluid
US4995461A (en) * 1989-07-14 1991-02-26 Marathon Oil Company Well kill treatment for oil field wellbore operations
RU2100567C1 (en) * 1992-04-24 1997-12-27 Валерий Иванович Ивашов Method of killing of deep and ultradeep wells and pipelines
RU2104392C1 (en) * 1996-05-06 1998-02-10 Научно-производственное предприятие "Нефтегеотехнология" Method and liquid for plugging of well
RU2131970C1 (en) * 1997-11-26 1999-06-20 Предприятие "Астраханьгазпром" РАО "Газпром" Method of well killing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014189697A1 (en) * 2013-05-19 2014-11-27 Tseytlin Software Consulting, Inc. Methods and devices for restoring control and resuming production at an offshore oil well

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010124541A (en) 2011-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103415674B (en) For the system and method for well bore operation
CN108412477B (en) Method for making seam in intermittent partial-sealing and plugging seam in volume fracturing
EP3052751B1 (en) Apparatus and method for producing oil and gas using buoyancy effect
US8936093B2 (en) Controlled rise velocity bouyant ball assisted hydrocarbon lift system and method
CN101139919B (en) Negative pressure well cementing system and control method thereof
CN106321046B (en) A kind of low air permeability coal seam underground water sand pressure break gas pumping method
CN104179485B (en) Cementation and fracture technique string
EA009205B1 (en) Lost circulation additive for drilling fluid
CN101775977B (en) Dual-tube injection well safety production string
SA517382304B1 (en) Fracture Having a Bottom Portion of Reduced permeability and a Top Portion Having a Higher Permeability
RU2451788C2 (en) Method to suppress spills from emergency oil and gas wells during field development
US20170370153A1 (en) Piston assembly to reduce annular pressure buildup
UA11709U (en) Method for intensifying degassing and extraction of methane from loaded coal beds
CN101397896B (en) Water-shutoff method for sealing gas well effluent section by combination of incline cement and gas injection compression
JP2012162920A (en) Well structure and construction method of well structure
CN204554361U (en) Tailings Slurry Pipeline Transportation damping device
JP6936720B2 (en) Underground pipeline filling method
US20150083390A1 (en) Controlled Rise Velocity Buoyant Ball Assisted Hydrocarbon Lift System and Method
US20180363440A1 (en) Controlling wellbore pathways by manipulating the surface area to mass ratio of the diverting material
RU2330933C1 (en) Method of producing formation insulation during cementation of casing pipe
Owusu et al. Prognosticating the production performance of saturated gas drive reservoir: a theoretical perspective
CN114718502B (en) Abandoned well plugging method
RU2787500C1 (en) Method for developing a multilayer oil deposit
CN115341879B (en) Composite sand control construction design method for sand production oil and gas well
RU2713540C2 (en) Casing string cementing method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120618