4. Типовий розрахунок процесу підготовки і закачування розчину для глушіння свердловини

Мета розрахунку – визначення густини розчину, витрати реагенту, кіль­кість розчину. Порядок розрахунку такий:

– встановлюють розрахункову значину пластового тиску у свердловині, що ремонтуються (із карти ізобар або в результаті дослідження);

– обчислюють потрібну густину рідини глушіння:

(2.40)

де ρ_р.г – густина розчину глушіння, кг/м³; р_пл – пластовий тиск, Па; L – відстань по вертикалі від гирла свердловини до продуктивного горизонту, м; g – швидкість вільного падіння, м/с²; α – коефіцієнт запасу, який враховує можливість підвищення пластового тиску в зоні свердловини у період ремонту; α = 1,05 - 1,15;

– визначають вологість реагенту, густину сухого реагенту і густину вологи, що насичує реагент;

– обчислюють необхідний об’єм рідини глушіння:

V_рг = 0,785D²L_свψ, (2.41)

де V_рг – об’єм розчину глушіння, м³; D – внутрішній діаметр обсадної колони, м; L_св – довжина свердловини (відстань від гирла до вибою), м; ψ – коефіцієнт втрат, залежить від приймальності свердловини, ψ > 1;

– розраховують масу реагенту, необхідну для приготування заданого об’єму рідини глушіння V_рг необхідної густини ρ_р.г:

(2.42)

де М_реаг – маса реагенту, необхідна для приготування розчину, кг; ρ_в – густина розчинника (води), кг/м³; ρ_реаг – густина реагенту в сухому стані, кг/м³; – вологість реагенту; V_вл – об’єм вологи у вихідному реагенті, м³; V_реаг – об’єм вологого реагенту, м³; решта позначень попередні;

– розраховують необхідний об’єм розчинника (води), м³:

(2.43)

Задача 2.3 Визначити тиск оберненої емульсії (гідрофобно-емульсійного розчину, стабілізованого емульгатором ЕС-2) на вибій свердловини, яка простоює, глибиною 2125 м і з внутрішнім діаметром експлуатаційної колони 150,3 мм. Рідина глушіння має густину ρ = 1120 кг/м³ і статичну напругу зсуву t₀ = 25 сПа. Гирло свердловин не герметизовано.

Розв’язування. Якщо гирло свердловини не герметизовано, то тиск на вільній поверхні рідини дорівнює атмосферному тиску, тобто p₀ = 0,1 МПа.

Гідростатичний тиск стовпа рідини глушіння у свердловині

p_г = Н r g = 2125×1120×9,81 = 23,310⁶ Па,

де Н – глибина свердловини; g – прискорення вільного падіння.

Перепад тиску рідини глушіння за рахунок її структурно-механічних властивостей

,

де D_в - внутрішній діаметр експлуатаційної колони, м.

Тоді тиск рідини глушіння на вибій свердловини перед початком припливу рідини із пласта p_в' = p₀ + p_г + Dp = 0,1 + 23,3 + 0,014 = 23,41 МПа, а також перед повільним поглинанням p_в'' = p₀ + p_Г – Dp = 0,1 + 23,3 – 0,014 = 23,39 МПа.

Задача 2.4 Визначити густину і об’єм рідини для глушіння нафтової фонтанної сверд­ловини. Відомо: глибина свердловини 3420 м; пластовий тиск 41,5 МПа; свердловина обсаджена двосекційною експлуатаційною колоною з умовним діаметром верхньої секції 168 мм (товщина стінки 10 мм), опущеної на глибину 2300 м, і нижньої секції 146 мм (товщина стінки11 мм) з глибини 2300 м до 3420 м.

Розв’язування. Визначаємо відносний пластовий тиск за формулою:

,

де p_пл – пластовий тиск, Па; Н – глибина свердловини, м; r_в - густина прісної води

(r_в = 1000 кг/м³); g - прискорення вільного падіння, м/с².

Оскільки p_відн > 1, то необхідно, щоб густина рідини глушіння r була не меншою 10³ p_відн кг/м³. Беремо r = 10³ p_відн = 10³·1,24 = 1240 кг/м³.

Об’єм свердловини

,

де D^/₁, D₁, L₁ – відповідно зовнішній і внутрішній діаметри та довжина першої секції труб, м; D₁ = D^/₁ – 2d₁ = 0,1683 - 2×10·10^–2 = 0,1483 м; d₁ – товщина стінки труб першої сек­ції, м; D^/₂, D₂, L₂, d₂ – аналогічно D^/₁, D₁, L₁, d₁ для другої секції; D^/₂ = D₂ – 2d₂ = 0,146 – – 2·11·10^–3 =0,124 м.

Оскільки свердловина фонтанна, то об’єм рідини глушіння беремо рівний двом об’ємам свердловини, тобто V_р.г = 2 V = 106,4 м³.

Задача 2.5 Визначити густину промивальної рідини, необхідної для розкриття про­дуктивного пласта під час буріння другого стовбура свердловини в процесі її капітального ремонту. Продуктивний пласт залягає на глибині H = 1850 м, а пластовий тиск у ньому p_пл = 22 МПа.

Розв’язування. Густину промивальної рідини визначаємо за формулою:

кг/м³,

де k_з = 1,1, якщо H > 1200 м.

Задача 2.6 Визначити тиск на вибої і зниження тиску у свердловині після підняття із неї колони насосно-компресорних труб, а також величину запасного об’єму рідини глушіння з метою дозаповнення свердловини і стабілізації в ній тиску. Відомо: глибина свердловини 2780 м; внутрішній діаметр експлуатаційної колони становить 152,3 мм (до глибини 2030 м) і 126 мм (нижче 2030 м); колона НКТ із гладких труб, двосекційна з умовним діаметром 73 мм (товщина стінки 5,5 мм, довжина 1850 м) і 60 мм (довжина 700 м); труби виконання А; свердловина заповнена розчином хлориду кальцію густиною 1230 кг/м³.

Розв’язування. Визначаємо масу кожної секції і загальну масу піднятих НКТ за формулами:

М₁ = m₁L₁ + m₁¢(L₁/l) = 9,2 × 1850 + 2,4 (1850 / 10) = 17464 кг;

М₂ = m₂ L₂ + m₂¢(L₂/l) = 6,8 × 700+1,3(700 / 10)= 4851 кг;

М = М₁ + М₂ = 17464 + 4851 = 22315 кг,

де m₁, m₂ - маса 1 м труби, кг; m₁¢_, m₂¢ -маса одної муфти НКТ, м; L₁, L₂ - довжина секції труб, м; l - довжина однієї труби, м; L_і/l - кількість муфт і-ої секції; і = 1;2; М₁, М₂, М - маса труб відповідно першої і другої секцій та всієї колони НКТ, кг.

Об’єм металу колони НКТ

м³,

де r_м – густина металу (сталі) НКТ (r_м = 7850 кг/м³).

Зниження рівня рідини глушіння в експлуатаційній колоні з внутрішнім діаметром 152,3 мм

м,

де F - площа прохідного поперечного перерізу експлуатаційної колони, м; F = pD²_в/4; D_в - внутрішній діаметр експлуатаційної колони, м.

Оскільки Dh < 2030 м , то зниження рівня рідини відбулося тільки у верхній частині експлуатаційної колони.

Зниження тиску на вибій свердловини після підняття НКТ становить

Dp = Dhrg = 156 × 1230 × 9,81 = 1.88·10⁶ Па = 1,88 МПа,

де r - густина рідини глушіння, кг/м³; g - прискорення вільного падіння, м/с².

Гідростатичний тиск рідини глушіння на вибій свердловин становив

p₁ = Нrg =2780 × 1230 × 9,81 = 3,35·10⁶ Па = 3,35 МПа,

а після підняття НКТ

p₂ = p₁ – Dp = (Н – Dh) r g = 3,35 – 1,88 = 1,47 МПа.

Запасний об’єм рідини глушіння для доливання у свердловину в процесі піднімання колони НКТ дорівнює об’єму металу НКТ і відповідно становить 2,84 м³.

Задача 2.7 Розрахувати густину, об’єм та компоненти гідрофобно-емульсійного розчину для глушіння свердловини. Відомо: глибина свердловини ; діаметр експлуатаційної колони ; пластовий тиск .

Розв’язування. Визначаємо відносний тиск

,

де – пластовий тиск, Па; – гідростатичний тиск у свердловині, Па; – приско­рення вільного падіння, м/с²; – густина води, кг/м³.

Оскільки , то необхідно, щоб густина гідрофобноемульсійного розчину (ГЕР) була не менше 1280 кг/м³. Виходячи з розрахованої величини густини із табл. 2.6 знаходимо, що для розглядуваного випадку підходить склад ГЕР № 4, для приготування 1 м³ якого необхідно 0,56 м³ нафти густиною 870 кг/м³, 0,015 м³ емульгатора-стабілізатора (ЕС-2), 0,3 м³ пластової води густиною 1250 кг/м³, 0,5 т бариту. Тоді густина отриманого ГЕР згідно з цією ж таблицею буде 1350 кг/м³, умовний коефіцієнт в’язкості за ВП-5 рівний 300-400 с, статичне напруження зсуву через 1 хв – 16-20 сПа, через 10 хв – 18-25 сПа, фільтратовіддача 1 см³/30 хв.

Для глушіння свердловини необхідно мати ГЕР в об’ємі, що перевищує об’єм свердловини (для доливання в затрубний простір під час зниження рівня рідини в свердловині в процесі піднімання НКТ). Беремо об’єм ГЕР рівним 1,1 об’єму свердловини, тобто

,

де – об’єм свердловини, м³; ; – внутрішній діаметр експлуатаційної колони, =124 мм. Тоді , а значить . Беремо .

Визначаємо кількість необхідних компонентів для приготування всієї розрахованої кількості ГЕР, виходячи з об’ємів, що складатимуть 48 м³ розчину, а саме:

нафти – ;

емульгатора-стабілізатора – ;

пластової води – ;

бариту – .

Задача 2.8 Визначити кількість бентонітової глини з вологістю 5% і стічної води густиною 1040 кг/м³, необхідних для приготування 1 м³ розчину густиною 1200 кг/м³.

Розв’язування. Кількість глини, яка витрачається на приготування 1 м³ розчину, визначаємо за формулою:

,

де , , – густини відповідно глини, води і глинистого розчину ( , беремо ); – вологість глини (для практичних розрахунків беруть ).

Об’єм глини в 1 м³ розчину

,

а об’єм води

.

Задача 2.9 Визначити кількість обважнювача – бариту густиною 4500 кг/м³, вологістю 10% для обважнення бурового розчину з метою збільшення його густини від 1200 кг/м³ до 1700 кг/м³_.

Розв’язування. Кількість обважнювача, яка необхідна для підвищення густини 1 м³ бурового розчину, визначаємо за формулою:

,

де , , – густина відповідно обважнювача, бурового розчину і обважненого розчину; – вологість обважнювача, частка одиниці.

Об’єм обважнювача в 1 м³ обважненого розчину

,

а об’єм бурового (необважненого) розчину

.

Задача 2.10 Свердловину глибиною 2400 м заглушили рідиною глушіння, яка мала густину 1180 кг/м³, при цьому рівень рідини у свердловині знизився на 220 м від гирла. Визначити густину рідини глушіння, за якої свердловина буде заповнена рідиною глушіння до гирла.

Розв’язування. Необхідну густину рідини глушіння визначаємо із співвідношення тисків:

,

тобто

,

де — глибина свердловини; — зниження рівня рідини у свердловині; , — густина рідини глушіння до поглинання і необхідна; — прискорення вільного падіння.

Задача 2.11 Визначити кількість обважнювача (бариту) густиною 4500 кг/м³, вологістю 10 % для обважнення 1 м³ рідини глушіння з метою підвищення її густини від до .

Розв’язування. Масу обважнювача, яка необхідна для підвищення густини 1 м³ розчину, визначаємо за формулою:

.

Об’єм обважнювача в 1 м³ обважненого розчину

.

Задача 2.12 Визначити кількість бентонітової глини густиною , об­важнювача (бариту) густиною , вологістю і води, щоб отри­мати обважнений глинистий розчин об’ємом з густиною .

Розв’язування. Послідовно розраховуємо для 1 м³ обважненого розчину:

– кількість глини для приготування 1 м³ глинистого розчину густиною 1200 кг/м³

;

– об’єм глини в 1 м ³ розчину

;

– кількість обважнювача для підвищення густини 1 м³ розчину

;

– об’єм обважнювача в 1 м³ обважненого розчину

;

– сумарний об’єм глини і обважнювача в 1 м³ розчину

;

– об’єм води в 1 м³ обважненого розчину

,

де – густина необважненого глинистого розчину, кг/м³; – густина води, кг/м³.

Відтак розраховуємо відповідні кількості компонентів для приготування 30 м³ обважненого розчину:

– об’єм глини для приготування 30 м³ розчину

;

– масу сухої глини

;

– об’єм обважнювача

;

– масу обважнювача

;

— об’єм води

.

Задача 2.13 Розрахувати необхідну кількість реагенту з вологою b = 0,15 і густиною ρ_реаг = 2100 кг/м³ і розчинника – стічної води густиною ρ_в =1100 кг/м³ для приготування рідини глушіння з метою глушіння свердловини з внутрішнім діаметром обсадної колони D = 0,148 м, довжиною L_св = 1950 м і відстанню до продуктивного горизонту Н = 1930 м. Коефіцієнт запасів α = 1,08, витікань ψ = 1,09, ρ_вл = 1040 кг/м³;

із карти ізобар встановлюємо розрахунковий пластовий тиск у свердловині р_пл = 226·10⁵ Па/м;

густина рідини глушіння

об’єм рідини глушіння

маса реагенту з вологістю b = 0,15:

об’єм розчинника

Зіставимий розрахунок показав, що витрата сухого реагенту (b = 0) на 11 % нижча.