Бюллетень ЕАПВ "Изобретения (евразийские заявки и евразийские патенты)"
Бюллетень 1´2010

  

(11) 

012933 (13) B1       Разделы: A B C D E F G H    

(21) 

200701280

(22) 

2005.12.09

(51) 

E21B 47/026 (2006.01)

(31) 

11/015,911

(32) 

2004.12.16

(33) 

US

(43) 

2008.06.30

(86) 

PCT/US2005/044301

(87) 

WO 2006/065603 2006.06.22

(71) 

(73) ШЕВРОН Ю.Эс.Эй. ИНК. (US)

(72) 

Кэлхоун Уилльям Малкольм, Эви Расселл Томас (US)

(74) 

Медведев В.Н. (RU)

(54) 

СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ ПРИ ОГРАНИЧЕННОМ СЖАТИИ ДЛЯ ФОРМАЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕОРИИ СКЕМПТОНА

(57) 1. Способ оценки прочности породы при ограниченном сжатии на глубине зоны резания подземной формации, подлежащей бурению с использованием бурового долота и бурового раствора, содержащий следующие стадии:

определение прочности породы при неограниченном сжатии UCS на глубине зоны резания подземной формации, подлежащей бурению с использованием бурового долота и бурового раствора;

определение изменения прочности породы из-за приложенных к породе напряжений в процессе бурения, включая изменение прочности из-за изменения порового давления DРР в породе при бурении;

определение прочности породы при ограниченном сжатии CCS на глубине зоны резания путем добавления оцененного изменения прочности к прочности при неограниченном сжатии.

2. Способ по п.1, в котором изменение порового давления DPP оценивают в предположении, что отсутствует существенное перемещение текучей среды в или из породы во время бурения.

3. Способ по п.2, в котором порода имеет эффективную пористость, меньшую предварительно определенного порога пористости и предотвращающую существенное перемещение текучей среды в или из породы во время бурения.

4. Способ по п.3, в котором предварительно определенный порог пористости составляет 0,05 или менее.

5. Способ по п.1, в котором порода имеет эффективную пористость, меньшую предварительно определенного порога.

6. Способ по п.1, в котором изменение порового давления DPP в породе вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где А - коэффициент Скемптона, который описывает изменение порового давления, вызванное изменением напряжения сдвига в породе;

В - коэффициент Скемптона, который описывает изменение порового давления, вызванное изменением среднего напряжения в породе;

D - оператор, описывающий разницу в значениях конкретного напряжения в породе перед бурением и во время бурения;

sх - напряжение в направлении х;

sу - напряжение в направлении у;

sz - напряжение в направлении z;

tху - напряжение сдвига в плоскости х-у;

tyz - напряжение сдвига в плоскости y-z и

txz - напряжение сдвига в плоскости x-z.

7. Способ по п.1, в котором изменение порового давления DPP в породе вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где А - коэффициент, который описывает изменение порового давления, вызванное изменением напряжения сдвига в породе;

В - коэффициент, который описывает изменение порового давления, вызванное изменением среднего напряжения в породе;

D - оператор, описывающий разницу в значениях конкретного напряжения в породе перед бурением и во время бурения;

s1 - первое главное напряжение в породе;

s2 - второе главное напряжение в породе и

s3 - третье главное напряжение в породе.

8. Способ по п.1, в котором изменение порового давления DPP в породе вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где А - коэффициент, который описывает изменение порового давления, вызванное изменением напряжения сдвига в породе;

В - коэффициент, который описывает изменение порового давления, вызванное изменением среднего напряжения в породе;

Ds1 - изменение первого главного напряжения, действующего на породу из-за бурения;

Ds2 - изменение второго главного напряжения, действующего на породу из-за бурения;

Ds3 - изменение третьего главного напряжения, действующего на породу из-за бурения.

9. Способ по п.1, в котором изменение порового давления DPP в породе вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где В - коэффициент, который описывает изменение порового давления, вызванное изменением среднего напряжения в породе;

Ds1 - изменение первого главного напряжения, действующего на породу из-за бурения;

Ds2 - изменение второго главного напряжения, действующего на породу из-за бурения;

Ds3 - изменение третьего главного напряжения, действующего на породу из-за бурения.

10. Способ по п.1, в котором изменение порового давления DPP в породе вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где В - коэффициент, который описывает изменение порового давления, вызванное изменением среднего напряжения в породе;

Dsz - изменение напряжения, действующего в направлении ствола скважины, из-за бурения;

Dsх - изменение напряжения, действующего в первом направлении, перпендикулярном стволу скважины, из-за бурения и

Dsу - изменение напряжения, действующего во втором направлении, ортогональном стволу скважины и первому направлению, из-за бурения.

11. Способ по п.1, в котором изменение порового давления DPP в породе вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где В - коэффициент, который описывает изменение порового давления, вызванное изменением среднего напряжения в породе; и

Dsz - изменение напряжения, действующего в направлении ствола скважины, перед и во время бурения.

12. Способ по п.1, в котором изменение порового давления DPP в породе вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где Ds2 - изменение напряжения, действующего в направлении ствола скважины, из-за бурения.

13. Способ по п.1, в котором прочность породы при ограниченном сжатии CCS вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где UCS - прочность породы при неограниченном сжатии;

DP - дифференциальное давление, действующее на породу и являющееся функцией изменения порового давления DPP;

f(DP) - математическая функция от DP.

14. Способ по п.1, в котором прочность породы при ограниченном сжатии CCS вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где UCS - прочность породы при неограниченном сжатии;

DP - дифференциальное давление, действующее на породу и являющееся функцией изменения порового давления DPP; и

FA - внутренний угол трения породы.

15. Способ по п.13, в котором дифференциальное давление DP, действующее на породу, вычисляют в соответствии с

где давление ECD - давление, вызванное буровым раствором в условиях циркуляции в направлении бурения;

РР - поровое давление породы до бурения и

DPP - изменение порового давления в породе при бурении.

16. Способ по п.13, в котором дифференциальное давление DP, действующее на породу, оценивают в соответствии со следующим математическим выражением:

где ECD - давление, вызванное буровым раствором в условиях циркуляции;

РР - поровое давление породы до бурения и

s2 - напряжение в направлении ствола скважины, которое устраняется из породы из-за бурения.

17. Способ по п.13, в котором дифференциальное давление DP, действующее на породу, вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где ECD - давление, вызванное буровым раствором в условиях циркуляции;

РР - поровое давление породы до бурения и

ОВ - вертикальное напряжение вышележащих пород до бурения.

18. Способ по п.1, в котором изменение прочности оценивают на основе устранения напряжения от породы из-за удаления вышележащих пород, напряжения, приложенного к породе буровым раствором (давление ECD), давления РР породы до бурения и внутреннего угла трения FA породы.

19. Способ по п.1, в котором изменение прочности вычисляют, по меньшей мере частично, на основе угла отклонения aпробуриваемого ствола скважины.

20. Способ по п.19, в котором изменение порового давления DPP в породе вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где В - коэффициент, который описывает изменение порового давления, вызванное изменением среднего напряжения в породе;

Dsz - изменение напряжения, действующего в направлении ствола скважины, из-за бурения;

Dsх - изменение напряжения, действующего в первом направлении, перпендикулярном стволу скважины, из-за бурения; и

Dsу - изменение напряжения, действующего во втором направлении, ортогональном стволу скважины и первому направлению, а sх, sу и sz вычисляют путем определения главных напряжений s1, s2 и s3, действующих на породу перед и во время бурения, и транспозиции главных напряжений s1, s2 и s3 в нормальные напряжения sх, sу и sz с использованием уравнений преобразования на основе угла отклонения aствола скважины.

21. Способ по п.1, в котором прочность породы при ограниченном сжатии CCS определяют частично на основе профиля забоя пробуриваемого ствола скважины.

22. Способ для оценки прочности породы при ограниченном сжатии на глубине зоны резания подземной формации, подлежащей бурению с использованием бурового долота и бурового раствора, содержащий следующие стадии:

определение прочности породы при неограниченном сжатии на глубине зоны резания подземной формации, подлежащей бурению с использованием бурового долота и бурового раствора;

оценку изменения прочности породы на основе, по меньшей мере частично, изменения порового давления породы, являющегося результатом изменений объема пор породы из-за изменений ограничивающих напряжений, приложенных к породе при бурении, и перемещения текучей среды в и из пор породы в ответ на бурение ствола скважины буровым долотом и буровым раствором; и

оценку прочности породы при ограниченном сжатии на глубине зоны резания путем добавления оцененного изменения прочности к прочности породы при неограниченном сжатии.

23. Способ по п.22, в котором оценивают отсутствие существенного перемещения текучей среды в и из пор породы.

24. Способ по п.23, в котором оценка отсутствия существенного перемещения текучей среды в и из пор породы основана на породе, имеющей эффективную пористость jе, меньшую заранее определенного порогового значения эффективной пористости.

25. Способ по п.22, в котором оценивают наличие ограниченного перемещения текучей среды в и из пор породы.

26. Способ по п.22, в котором оценки прочности породы при ограниченном сжатии выполняют для породы с высокой проницаемостью, породы с низкой проницаемостью и породы с проницаемостью, находящейся между породами с высокой и низкой проницаемостями.

27. Способ по п.26, в котором прочность породы при ограниченном сжатии на глубине зоны резания вычисляют в соответствии со следующим математическим выражением:

где UCS - прочность породы при неограниченном сжатии на глубине зоны резания;

DP - дифференциальное давление, действующее на породу на глубине зоны резания; и

f(DP) - математическая функция DP.

28. Способ по п.27, в котором дифференциальное давление, действующее на породу

где ECD - эквивалентная плотность циркуляции бурового раствора и

РР - поровое давление породы в естественном залегании до бурения.

29. Способ по п.28, в котором вычисление изменения прочности является функцией угла отклонения aствола скважины.

30. Способ для оценки прочности породы при ограниченном сжатии на глубине зоны резания подземной формации, подлежащей бурению с использованием бурового раствора, содержащий следующие стадии:

оценку прочности, по существу, проницаемой породы при ограниченном сжатии в соответствии со следующей математической формулой:

где UCS - прочность породы при неограниченном сжатии;

DP - дифференциальное давление, действующее на породу; и

f(DP) - математическая функция от DP;

оценку прочности, по существу, непроницаемой породы при ограниченном сжатии в соответствии со следующей математической формулой:

где UCS - прочность породы при неограниченном сжатии;

DP - дифференциальное давление, действующее на породу и являющееся функцией изменения порового давления DРР; и

f(DP) - математическая функция от DP;

вычисление промежуточной прочности CCSMIX породы при ограниченном сжатии на основе оцененной проницаемости породы и прочности при ограниченном сжатии, CCSHP, CCSLP для, по существу, проницаемой и, по существу, непроницаемой пород.

31. Способ по п.30, в котором оцененная проницаемость породы основана на эффективной пористости породы.

32. Способ по п.31, в котором промежуточную прочность породы при ограниченном сжатии CCSMIX вычисляют в соответствии со следующими математическими выражениями:

где jе - эффективная пористость;

jLP - нижняя эффективная пористость и

jHP - верхняя эффективная пористость;

поправочного коэффициента профиля путем сравнения исходного дифференциального давления с дифференциальным давлением, определенным из компьютерной модели;

вычисление скорректированного дифференциального давления с использованием математического выражения и поправочного коэффициента профиля для бурового долота с первым профилем, при исходном наборе условий бурения.



наверх