Как повысить эффективность проектирования цементной оболочки?

Описание проекта

В добывающих скважинах может произойти разрушение цементной оболочки в результате уплотнения или просадки пластов. Поскольку цементная оболочка может располагаться на границе между стволом скважины и просадочным пластом, цементная оболочка может потерять структурную опору из пласта при разрушении пор в пласте или в результате других сдвигов пласта.

В новой патентной заявке компанией HALLIBURTON ENERGY SERVICES (WO2020/027834) предложены усовершенствованные методы проектирования цементной оболочки ствола скважины в проблемном пласте. Цементная оболочка может быть сконструирована таким образом, чтобы выдерживать усилия, связанные с уплотнением и просадкой пласта, окружающего ствол скважины.

Проектирование цементной оболочки основывается на моделировании пласта, цементной оболочки и обсадной колонны вместе. Для проектирования такой цементной оболочки используется многомасштабный подход моделирования пласта. Многомасштабная модель может включать в себя масштабные анализы месторождения и ствола скважины. Масштабный анализ месторождения может включать модель реакции большой части пласта на ожидаемую производственную нагрузку в моделируемой части пласта. Масштабный анализ ствола скважины может включать в себя модель области, непосредственно окружающей ствол скважины, которая учитывает конструкцию скважины и нагрузки, свойства материала обсадной колонны, свойства цемента и пласта, а также граничные условия ствола скважины, обеспечиваемые масштабным анализом месторождения. Такой многомасштабный подход делает комбинированное моделирование компонентов ствола скважины гораздо более эффективным с вычислительной точки зрения, чем прямой подход к моделированию при проектировании цементных оболочек.

Фиг. 1. ‒ Вид поперечного сечения скважинной системы, включающей цементную оболочку, в соответствии с изобретением.

Фиг. 2. ‒ Технологическая схема процесса проектирования и установки цементной оболочки внутри ствола скважины.

Формула изобретения

1. Способ, включающий в себя:

(а) выполнение масштабного анализа месторождения на пласте, окружающем ствол скважины, до вывода граничных условий, включающих:
- поровое давление пласта; 
- трехмерное движение пласта;
(b) выполнение масштабного анализа ствола скважины на основе граничных условий, масштабной модели ствола скважины, условий ствола скважины и свойств цементного материала для вывода индикации напряжения по времени к цементной оболочке внутри ствола скважины; определение свойств цементного материала цементной оболочки и индикация напряжения по времени в стволе скважины; 
(c) установка цементной оболочки, включая свойства цементного материала, внутри ствола скважины.

2. Вычислительная система, включающая:

(а) обрабатывающее устройство; 
(b) запоминающее устройство, в котором хранятся инструкции, выполняемые обрабатывающим устройством для приведения обрабатывающего устройства к:

• выполнению масштабного анализа пласта, окружающего ствол скважины, для вывода граничных условий пластов, содержащих поровое давление пластовых слоев и трехмерное движение пластовых слоев;
• выполнению масштабного анализа ствола скважины на основе граничных условий, масштабной модели ствола скважины и свойств цементного материала для вывода индикации напряжения по времени к цементной оболочке внутри ствола скважины;
• калибровке свойств цементного материала цементной оболочки для индикации напряжения по времени, выводимое масштабным анализом ствола скважины; 
• выводу калиброванных свойств цементного материала, пригодных для проектирования цементной смеси для цементной оболочки.

 Полный текст патента можно скачать здесь