6 Розкриття продуктивних пластів з аномально високими пластовими тисками

Перед розкриттям пласта з аномально високим тиском свердловину для запобігання газо -, нафто - та водопроявів заповнюють обважненою промивною рідиною, густина якої повинна бути такою, щоб вико­нувалась умова .

Чим вище коефіцієнт аномальності пластового тиску, тим, як правило, менша різниця між індексом тиску поглинання та коефіці­єнтом аномальності. Тому часто статичний тиск стовпа промивної рідини наближається до тиску поглинання (тобто гідро­розрив або розкриття природних тріщин) продуктивного пласта. Під час буріння і особливо під час спуску бурового інструменту у свердловину при подібній ситуації промивна рідина під дією високого гідродинамічного тиску, який там виникає, може проникнути по тріщинах та інших крупних каналах у продуктивний пласт і сильно забруднити його.

Чим менше густина пластової рідини і більша потужність про­дуктивного пласта, тим більша різниця між коефіцієнтами аномаль­ності у покрівлі і біля підошви пласта. При великій потужності пласта через це під час буріння на нижню частину його діє дуже ве­ликий надлишковий тиск:

, (6.1)

де Р_гд — гідродинамічний тиск під час промивки або спуску колони труб.

Тому завдання попередження забруднення продуктивних об’єктів з аномально високим пластовим тиском важливе не менше, ніж при розкритті пластів з низькими коефіцієнтами аномальності.

Основний шлях вирішення задачі — це підтримування у період розбурювання пласта мінімального позитивного диференційного тиску.

Під час розбурювання продуктивного пласта у промивну рідину завжди поступає пластова рідина. Основними шляхами проникнення пластової рідини (газу) у свердловину у цей період є:

а) разом з уламками породи, що вибурюється, пори якої вона насичує;

б) у результаті дифузії;

в) внаслідок гравітаційного заміщення легкої пластової рідини у крупних порожнинах, розкритих свердловиною, важчою промивною рідиною;

г) у результаті припливу із пласта у тих випадках, коли тиск у свердловині стає нижчим пластового (наприклад, при швидкому під­йомі бурової колони, при підйомі долота з сальником, який опи­нився біля нього, під впливом зниження порового тиску у тиксотропній промивній рідині при тривалій відсутності циркуляції).

Легша пластова рідина (перш за все, газ) намагається пересу­ватися у важчій промивній рідині вверх. Якщо гирло свердловини відкрите, то по мірі підйому по її стовбуру із пластової рідини виділяються бульбашки розчиненого газу і об’єм бульбашок посту­пово збільшується. Коли ж відстань до відкритого гирла стає не­великою (декілька сотень метрів), розширення бульбашок газу від­бувається дуже інтенсивно.

Якщо вміст пластового газу у промивній рідині незначний, виділення вільних бульбашок і розширення їх по мірі наближення до гирла не є небезпечним до тих пір, поки зниження вибій­ного тиску, зумовлене зменшенням густини промивної рідини, незнач­не і доки з допомогою засобів дегазації, які є на буровій, вда­ється повністю видаляти газ і відновлювати вихідну густину промивної рідини перед новим циклом циркуляції. Газування промив­ної рідини, однак, стає небезпечним, якщо викликані цим змен­шенням густини промивної рідини, що циркулює, та зниження вибійного тиску значні; так як може початися (або інтенсифікуватися) приплив із пласта. Однією із ознак виникнення такої небезпечної ситуації є збільшення рівня рідини у приймальних ємкостях насосів при про­мивці внаслідок неповної її дегазації.

Часто у свердловинах напроти продуктивного пласта у період відсутності промивки утворюються пачки газу. Якщо відновити про­мивку, пачка газу буде рухатися вверх і збільшуватися в об’ємі. При наближенні до гирла вона у результаті інтенсивного розширен­ня виштовхне із свердловини розміщену вище порцію промивної рі­дини; при цьому тиск на вибої стрімко понизиться. Таке яви­ще називають викидом. Різке зниження тиску на вибої при викиді часто приводить до інтенсивного припливу із пласта і фонтануван­ню, якщо не вжити заходів що до герметизації гирла та створення достатнього тиску на пласт. Тому відновлювати промивку у випад­ку газування промивної рідини необхідно тільки при герметизованому гирлі свердловини.

Велику небезпеку становить поступлення у промивну рідину значної кількості газованої нафти, так як вибійний тиск при цьому зменшується не тільки у результаті розширення бульбашок газу по мірі наближення до гирла свердловини, але також внаслідок того, що густина нафти завжди менша за густину промивної рідини.

Якщо гирло свердловини закрите, то при русі газованої пачки вверх по стовбуру можливе лише дуже обмежене розширення бульба­шок газу по мірі того, як у результаті водовіддачі у породі буде зменшуватися об’єм промивної рідини. Але це не означає, що у бульбашках газу зберігається тиск, близький до пластового. Чим вище піднімається газована пачка, тим більше стає надлишковий тиск на закритому гирлі і, відповідно, тим більший тиск, який передається промивною рідиною на стінки свердловини, тим більша небезпека розриву порід і поглинання. Пониження ж рівня рідини при поглинанні веде до зменшення протитиску на газоносний пласт та інтенсифікації припливу з нього.

При швидкому відкриванні автоматичного запобіжного клапана, як і у випадку відтоку рідини через штуцери надземного гермети­зуючого обладнання при значному надлишковому тиску на гирлі, у системі виникають коливання тиску (хвильовий процес), що нега­тивно відбивається на роботі обладнання. Істотно зменшити амплі­туду коливань можна, якщо у системі обв’язки противикидного об­ладнання гирла використовувати штуцери з регульованою величиною площі прохідного каналу, а після таких штуцерів встановити спе­ціальні сепаратори підвищеного у порівнянні з атмосферним тиску і достатньо великого об’єму. Це дозволяє зменшити перепад тис­ків, який спрацьовує у штуцері, і здійснити первинну сепарацію газу із промивної рідини.

В останні роки все ширше застосовується метод буріння, при якому підтримується рівновага між пластовим тиском в об’єкті, що розбурюється, і вибійним тиском. Підтримання практично нульового диференційного тиску дозволяє істотно підвищувати швидкість бу­ріння та зводити до мінімуму забруднення продуктивного пласта. У цьому випадку, однак, у період розбурювання продуктивного пласта, особливо з високим коефіцієнтом аномальності, у свердло­вині поблизу гирла із промивної рідини може виділятися газ. Отже, гирло свердловини повинно бути постійно герметизоване, а у кільцевому просторі при бурінні може виникнути надлишковий тиск. Умова рівноваги тисків:

, (6.2)

де Р_у.к — надлишковий тиск біля гирла у кільцевому просторі [3].

Якщо забезпечити добру неперервну дегазацію промивної рідини і не допускати великої концентрації газу і нафти у ній, можна добитися, щоб надлишковий тиск протягом тривалого часу роботи долота на вибої практично був відсутнім, Р_у.к 0. Для цього необхідно під час кожного рейсу заповнювати свердловину промивною рідиною, густина якої розрахована з врахуванням її реологічних властивос­тей швидкості і режиму плину у кільцевому просторі у відповідності з умовою (6.2), ретельно контролювати як властивості рідини, так і режим промивки. Перед закінченням рейсу на період спуско-підйомних операцій та інших робіт, при яких свердловину не промивають, її заповнюють важчою промивною рідиною, густину якої вибирають при дотриманні умови . Цю рідину зберігають у резервних місткостях, обв’язаних з буровими насосами. При віднов­ленні промивки для чергового рейсу обважнену рідину витісняють із свердловини у резервні місткості і знову замінюють легшою. Щоб звести втрати кожної із рідин у результаті їх переміщування до мі­німуму і забезпечити дотримання рівноваги тисків при бурінні, до­цільно для контролю густини рідини, яка виходить із свердловини, використовувати автоматичний густиномір.