Б. Циркуляция при установившемся режиме работы насосов

В случаях, когда гидростатическое давление в кольцевом пространстве меняется (присутствие газа или утяжеленного бурового раствора), основное правило состоит в том, чтобы использовать давление нагнетания в качестве манометра для управления забойным давлением р_заб.

 Если колонна труб находится в однородном буровом растворе, давление нагнетания должно оставаться постоянным.

 Если флюид иной плотности поступает в колонну труб, давление нагнетания должно теоретически линейно меняться до достижения флюидом долота.

Важное примечание: Когда указывается, что давление нагнетания должно оставаться постоянным, подразумевается, разумеется, что производительность насоса также должна быть постоянной!

В параграфе “Осложнения” мы ознакомимся с отклонениями забойного давления в результате отсутствия постоянного расхода на “входе”.

Поскольку в процессе управления скважиной циркуляция осуществляется с двумя плотностями раствора (_бр и _{ут бр}), рассмотрим давления нагнетания, соответствующие вышеописанным случаям.

Закачивание бурового раствора исходной плотности _бр:

При заполнении колонны труб буровым раствором с исходной плотностью _бр, как мы видели в предыдущем параграфе, получается:

если р_заб = р_пласт р_нач = р_шт.л + р_бк1

если р_заб = р_пласт + р_репрес р_нач =  р_шт.л + р_бк1 + р_репрес

Рис. 4.10

Закачивание бурового раствора требуемой плотности _{ут бр}:

При заполнении колонны труб буровым раствором требуемой плотности _{ут бр} тот же подход дает: р_кон = р_{у бр}

Действительно:

p_нагн = р_{штуц лин} + р_заб – p_гидр1

В теории р_заб = р_пласт + р_кп, следовательно:

P_ref = р_{штуц лин} + р_кп + p_пласт- p_гидр1

Поскольку утяжеленный буровой раствор должен обеспечить получение гидростатического давления, равного р_пласт, выражение р_пласт - р_гдстI становится нулевым и формула принимает вид:

р_кон = р_{штуц лин} + р_кп

Поскольку полные потери давления р_{у бр} в системе бурового раствора с плотностью _{ут бр}, по аналогии с р_{штуц лин} и р_кп , ничтожны, мы можем записать, что р_кон = р_{у бр}

Зная прежние величины р_{штуц лин}, _бр и _{ут бр} получим:

р_кон = р_{у бр} = р_бр  _{ут бр} / _бр

Описание может быть более общим для возможного состояния закрытия скважины с утяжеленным буровым раствором до забоя ...

Действительно, поскольку утяжеленный буровой раствор должен обеспечить получение гидростатического давления, равного р_пласт, если скважина закрыта с утяжеленным буровым раствором до долота, давление в “бурильных трубах” будет нулевым, и, следовательно, насос должен преодолевать только потери давления р_{у бр}.

Рис. 4.11

Следует отметить два особых момента:

а) Потери давления р_{у бр} будут различными, так как _{ут бр} будет отличаться в зависимости от того, что желательно получить р_заб = р_пласт или р_заб = р_пласт + р_репрес.

б) Возможность указания на то, что давление нагнетания р_кон равно р_{у бр}, когда утяжеленный буровой раствор находится у долота, на практике удовлетворяет и повсеместно применяется, так как потери давления в кольцевом пространстве (скважины и дроссельной линии) считаются ничтожными при пониженном расходе. Однако, это не совсем точно и в некоторых случаях требуется серьезный пересмотр (подводные ПВО, скважины малого диаметра ...).

Действительно:

 буровой раствор _{ут бр} у долота: р_кон = р_{бр “при} _{ут бр “} + р_кп + р_{штуц лин “при} _{бр “}

и

 буровой раствор _{ут бр} у поверхности : р_кон = р_{бр “при} _{ут бр} “ + р_кп + р_{штуц лин “при} _{ут бр “}, следовательно, суммарные р “при _{ут бр} “

Отметим, что разница между двумя величинами вызвана изменением потерь давления в кольцевом пространстве и дроссельной линии от (р_кп + р_{штуц лин}) до

(р_кп + р_{штуц лин})_{ут бр}/_бр

Для подводных ПВО, как указывалось в параграфе “Гидродинамика”, потери давления в кольцевом пространстве включают в себя р_кп скважины плюс потери давления в штуцерной линии р_бр. Последние, если глубина моря составляет несколько сот метров, могут превышать 10 бар и должны учитываться.

В некоторых случаях управления скважиной отсутствует постоянное гидростатическое давление в кольцевом пространстве при подаче утяжеленного бурового раствора в бурильные трубы и, следовательно, никакую величину не требуется поддерживать постоянной.

Правило состоит в использовании манометра на стояке для бурильных труб, который покажет падение от величины р_нач до величины р_кон по мере заполнения колонны труб раствором с плотностью _{ут бр}...

Поскольку величины р_нач и р_кон , и то же касается объема колонны труб, легко рассчитываются, можно вычертить диаграмму давлениеобъем колонны труб, которая покажет снижение давления нагнетания. Упрощенно говоря, можно в первом приближении предположить, что это снижение давления будет линейным в зависимости от заполнения колонны труб раствором с плотностью _{ут бр} , то есть от закачиваемого объема раствора.

Рис. 4.12

Действительность гораздо сложнее, так как давление нагнетания, описываемое формулой p_бк = р_{штуц лин} + р_заб - р_гдстI , меняется, в зависимости от потерь давления внутри бурильных труб и изменения внутреннего гидростатического давления р_гдстI при постоянном забойном давлении.

Поскольку потери давления в колонне труб не линейны (особенно, на уровне насадок долота) и то же касается внутренней геометрии колонны труб (составная колонна труб и наклонное бурение), рисунок диаграммы становится сложным, если нужно учесть все реальные параметры скважины.

Эта тема рассматривается в параграфе “Осложнения”.