Литература
Bill Murchinson, Murchinson Drilling Schools: "Drilling Practices Course" Albuquerque, New Mexico
BP Amoco Training to Prevent Unscheduled Events Course, 1996
Bill Garrett, & Gerald Wilson; "How To Drill A Useable Hole" World Oil (August 1, 1976)
Глава 11 Динамика параметров бурения и регистрирующие приборы Введение
В этой главе основное внимание уделено "прослушиванию скважины", помогающему избежать осложнений. Для этого используются тенденции изменения параметров при бурении и при СПО. Глава начинается с определения термина "тенденция" и перечисления различных параметров, которые мы контролируем. Говорится также о некоторых тонкостях тенденций, помогающих различать проблемы разных типов. Сначала рассматриваются некоторые легко узнаваемые тенденции, а затем - "замаскированным" или скрытые тенденции.
Ближе к концу главы сравниваются механические и электронные регистрирующие приборы, рассматриваются их достоинства и недостатки.
Тенденции
Одно из важнейших условий успешного бурения - тщательный контроль за динамикой параметров бурения, т.е. за тенденциями изменения параметров при бурении и СПО. "Тенденция" определяется как характер изменения одного параметра по отношению к другому. Количество параметров, которые следовало было бы рассмотреть, велико, но к наиболее важным относятся следующие:
Нагрузка на крюке, сопротивление продольному перемещению колонны в стволе, осевая нагрузка на долото
Высота расположения талевого блока
Давление в стояке
Число ходов насоса в минуту
Крутящий момент ротора
Частота вращения ротора
Скорость проходки
Плотность бурового раствора на входе и выходе из скважины
Свойства бурового раствора
Шлам и обвалившаяся порода на вибросите
Объем раствора в емкости
Расход бурового раствора
Газопроявления
Глубина
Время
Отметим, что численное значение любого из этих параметров не так важно. Важен характер изменения одного из этих параметров по отношению к любому другому параметру. Другими словами, важна тенденция, а не одномоментное численное значение параметра.
Какой-либо один параметр не может отслеживаться сам по себе, вне соотнесенности с другими. По определению, некая тенденция строится по меньшей мере на двух параметрах. Например, повышение давления насоса ни о чем не говорит, если не прослеживать изменение числа ходов насоса. Когда количество ходов насоса возрастает, можно ожидать роста давления на выкиде насоса в соответствии с уравнением 11.1
Р2 = Р1 (SPM2/SPM1)2 (11.1)
Если давление насоса постепенно уменьшается при неизменном числе ходов - это предупреждение о возможном промыве. Если давление насоса постепенно увеличивается при неизменном числе ходов -это предупреждение о возможном закупоривании ствола скважины или об изменении свойств бурового раствора. Если просто посмотреть на манометр, установленный на нагнетательном трубопроводе насоса, и отметить, что давление равно 200 кг/см2, то это ничего не даст, если не сравнить указанное значение с полученным ранее. Аналогичным образом, нужно сопоставлять изменение (или отсутствие изменения) давления по крайней мере с одним из других параметров, например, с глубиной скважины, продолжительностью бурения, числом ходов насоса в минуту, скоростью проходки и т.д.
Успех мониторинга тенденций в значительной степени зависит от того, насколько тщательно параметры наблюдаются и записываются. Один метод - регулярная запись параметров в журнал и выявление тенденций в изменении численных значений. Другой метод заключается в установке регистрирующего прибора, который непрерывно записывает параметры и показывает тенденции их изменения в виде угла наклона кривых. Типичной записью регистрирующего прибора является диаграмма станции контроля параметров бурения (Geolograph) (рис. 11-1).
Рис. 11-1 Диаграмма станции контроля параметров бурения
Отметим, что на рис. 11-1 давление насоса возрастает со временем и с глубиной, а число ходов насоса в минуту остается неизменным. Давление насоса устойчиво возрастало более двух часов. Из. рис. 7-59 мы видим, что это могло быть результатом закупоривания скважины из-за ее некачественной очистки.
Тенденции изменения параметров при бурении и СПО предупреждают нас о возможных осложнениях. Чтобы определить причину проблемы, нужно проанализировать нюансы тенденций. Например, давление на рис. 11-1 возрастает линейно. Эта картина типична для накопления шлама в кольцевом пространстве на вертикальном участке скважины. Если бы давление возрастало по экспоненциальному закону, это указывало бы на набухание глин. Вначале площадь поперечного сечения кольцевого пространства уменьшается медленно, затем это происходит быстрее. Частицы шлама начинают прилипать друг к другу, а также к стенкам скважины и к бурильной колонне выше интервала набухающих глин.
Ценность диаграммы параметров бурения в том, что она дает натренированному глазу быстрое визуальное свидетельство даже небольших изменений. Но для того чтобы получить пользу от этих записей, буровая бригада должна научиться распознавать на диаграмме незначительные изменения и соответствующие тенденции. Вся хитрость заключается в распознавании графических образов соответствующих явлений. Существуют определенные тенденции, которые мы обязаны научиться узнавать и находить. С практикой приходит умение распознавать с одного взгляда даже самые тонкие тенденции.
Профессиональные шахматисты часто тренируются перед турниром, просматривая сборник шахматных головоломок. Для решения этих головоломок нужно найти "комбинации". Комбинации включают в себя такие приемы как вилка конем, связка и обратная связка. На каждой странице есть изображение шахматной доски с фигурами, расположенными как в частично сыгранной партии. Шахматист анализирует позицию на доске и приходит к выводу, что если бы фигуры его противника были расположены немного иначе, конь мог бы, например, поставить "вилку", т.е. одновременно напасть на короля и ферзя противника. Так как противник может за один ход двинуть только одну из своих фигур, другую у него можно забрать. Для получения такой позиции требуется заманить противника под вилку, предложив ему какую-либо жертву. Попрактиковавшись, шахматист быстро распознает возможные комбинации на много ходов вперед. Суть - в распознавании графических образов.
Многие тенденции изменения параметров при бурении и СПО в высшей степени очевидны, но некоторые очень слабо выражены, а иногда и замаскированы. Замаскированная тенденция - это скрытая тенденция, которую можно выявить с помощью других тенденций. Например, взгляните на диаграмму, приведенную на рис. 11-2.
В кольцевом пространстве начинает скапливаться шлам, но изменение давления насоса замаскировано
Рис. 11-2 Признаки закупоривания кольцевого пространства на диаграмме станции контроля параметров бурения
Можно ли увидеть на этой диаграмме, что в 12:30 кольцевое пространство закупоривается? Это трудно, так как изменение давления насоса замаскировано из-за уменьшенного числа ходов насоса. При уменьшении числа ходов ожидается снижение давления в стояке. Через гидравлические насадки долота прокачивается меньше бурового раствора, а ведь именно на гидравлические насадки приходится наибольший перепад давления. В соответствии с уравнением 11-1, давление должно было бы уменьшиться. При наличии в кольцевом пространстве шламовой пробки снижение давления из-за уменьшения подачи насосов компенсируется возросшими потерями давления в кольцевом пространстве. В этом случае бурильщик поддерживал постоянное давление путем изменения числа ходов насоса.
Отметим также, что когда давление в кольцевом пространстве возрастает, бурильная колонна ведет себя подобно поршню. С ростом давления в кольцевом пространстве нагрузка на крюке снижается. И хотя давление на стояке осталось постоянным, мы имеем две тенденции, указывающие на повышение давления в кольцевом пространстве.