Бурению горизонтальных скважин

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Использование бурильных труб диаметром 168 мм

Применение бурильных труб диаметром 168 мм существенно уменьшает гидравлические потери, что дает возможность увеличить подачу буровых насосов. Однако опыт показывает, что при бурении на 168 мм трубах редко удается обеспечить турбулентный режим течения раствора в кольцевом пространстве глубоких горизонтальных скважин. Необходимо оценить выгоды от увеличения скорости восходящего потока и дополнительных затрат, связанных с заменой бурильной колонны при бурении более глубоких интервалов долотами меньшего диаметра.

ВЫНОС ШЛАМА НА УЧАСТКАХ С ЗЕНИТНЫМИ УГЛАМИ БОЛЕЕ 40°

Наиболее эффективная очистка ствола и предотвращение образования шламового осадка имеют место при турбулентном и переходном режимах течения бурового раствора. Для того, чтобы достичь значения критерия Рейнольдса,

превышающего 2100, нужно, чтобы буровой раствор имел низкие реологические свойства при скоростях сдвига, характерных для кольцевого пространства. В

таком случае обломки выбуренной породы и шламовый осадок будут удаляться из скважины, причем осевший шлам будет перемещаться вверх по стволу в виде отдельных скоплений, по форме напоминающих дюны.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Однако турбулентный режим течения невозможно создать в большинстве скважин диаметром 445 мм (17-1/2") и в некоторых скважинах диаметром 311 мм

(12-1/4"). Это объясняется рядом причин, например, ограничениями, налагаемыми характеристиками оборудования и инструмента: наличием каверн и т.п. В таких случаях приходится мириться с промывкой при ламинарном режиме течения.

•Применяйте максимально возможную производительность буровых насосов, обеспечивающую высокую скорость течения раствора в кольцевом пространстве.

•Оптимизируйте реологические свойства, которые раствор проявляет при малых скоростях сдвига. Для этой цели обработайте РНО специальными модификаторами реологических свойства, а РВО реагентами типа ХС-

биополимера. Такая обработка позволит избежать образования шламовой постели

вскважине.

•Высокое начальное статическое напряжение сдвига обеспечивает удержание во взвешенном состоянии обломков породы в периоды спуско-

подъемных операций или геофизических измерений в скважине. Желательно,

чтобы упрочнение структуры со временем происходило медленно.

• Чтобы очистить скважину от шлама, применяйте механические средства:

подъем с промывкой, вращение бурильной колонны, расхаживание, подъем с проработкой при наличии верхнего привода, прокачку порций маловязкой жидкости при турбулентном режиме течения.

Плотность бурового раствора

Плотность бурового раствора влияет на вынос шлама, поскольку она определяет архимедову силу, действующую на частицы породы. Это положение справедливо как для вертикальных, так и для наклонных скважин. При небольших изменениях плотности скорость потока, необходимая для полной очистки ствола,

прямо пропорциональна разности плотностей породы и бурового раствора.

Однако в большинстве случаев выбор плотности бурового раствора предопределен другими факторами. Выбор плотности зависит от величины пластового давления, величины тектонических напряжений, свойств пород.

Плотность должна быть достаточной для обеспечения устойчивости пород,

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

предотвращения обвалов при данном угле падения пластов и данной величине зенитного угла. Она не должна быть чрезмерно высокой, чтобы не вызвать гидроразрыва пород.

Очень важно правильно выбрать плотность раствора, чтобы избежать овалов.

Если такие осложнения начались, то их трудно ликвидировать.

Тип обломков выбуренной породы

Большая плотность обломков выбуренной породы затруднит вынос шлама как в вертикальных, так и в наклонных скважинах. На транспортировку обломков влияет также их размер и форма. Труднее всего в вертикальных скважинах транспортировать крупные округлые частицы. В сильно наклонных скважинах форма и размер частиц шлама мало влияют на их вынос, поскольку обломки движутся не по отдельности, а скоплениями.

Вращение бурильной колонны

В наклонных скважинах вращение бурильной колонны способствует разрушению осадка выбуренной породы. Вращающиеся трубы заставляют обломки перемещаться к верхней стенке скважины в область высоких скоростей восходящего потока бурового раствора. Вращение труб также стимулирует течение раствора в узком зазоре между бурильной колонной и нижней стенкой скважины, на которой образовалась шламовая постель. При ориентированном бурении забойным двигателем в наклонной скважине шламовая постель остается непотревоженной. Перед подъемом инструмента бурильную колонну полезно вращать. Промысловый опыт показывает, что вращение бурильной колонны при бурении улучшает очистку ствола скважины.

ПРИПОДНИМАНИЕ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ И ПРОРАБОТКА В

ПРОЦЕССЕ ПОДЪЕМА

Для удаления выбуренной породы механическим путем применяются частичные подъемы бурильной колонны с промывкой и проработкой. Этот способ очень эффективен, если буровая установка оснащена верхним приводом.

В случае необходимости при бурении долотами 311 и 216 мм рекомендуется для увеличения подачи раствора использовать вспомогательные насосы. При появлении любых признаков недостаточной очистки ствола скважины нужно

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

чаще применять частичный подъем бурильной колонны с промывкой и проработкой, увеличить время промывки при наращивании и перед подъемом бурильной колонны для смены долота, увеличив, насколько это возможно подачу насосов.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕРЫ ПО ОЧИСТКЕ СТВОЛА ОТ

ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ

Предотвращение образования шламовой постели

Образование шламовой постели по нижней стенке наклонной скважины можно предотвратить, если буровой раствор обладает хорошо удерживающей способностью. Тем не менее, необходимо создавать высокую скорость восходящего потока в затрубном пространстве, ибо невозможно полностью исключить осаждение шлама. У растворов на водной основе отличная удерживающая способность достигается вводом ХС-биополимера. Для улучшения удерживающей способности растворов на нефтяной основе все основные сервисные фирмы предлагают специальные добавки-модификаторы реологических свойств.

Для определения минимальных реологических свойств, обеспечивающих удержание во взвешенном состоянии обломков породы, можно использовать принцип баланса сил.

взвешенном состоянии частицы шлама диаметром 0,25 дюйма при относительной плотности породы ш 2,1 .

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Прокачка порций смывающей жидкости

Для удаления обломков породы из скважины с зенитными углами менее 30

следует применять прокачку порций вязкой или утяжеленной смывающей жидкости.

В скважинах с зенитными углами больше 30° лучшим способом удаления шлама является прокачка порций маловязкой смывающей жидкости при турбулентном режиме течения. Для этой цели можно применять воду или углевородородную жидкость - дисперсионную среду раствора на нефтяной основе. Вслед за порцией маловязкой смывающей жидкости нужно немедленно закачивать порцию высоковязкой или утяжеленной жидкости, которая будет выносить из скважины обломки, поднятые со стенки скважины турбулентным потоком предыдущей жидкости, и не позволит обломкам вновь осесть на нижнюю стенку.

Суммарный объем порций легкой углеводородной и вязкой утяжеленной смывающих жидкостей должен быть подобран так, чтобы не происходило изменения эквивалентной плотности, характерной для циркуляции бурового раствора. Заранее следует рассчитать влияние статического давления легкой жидкости (чтобы не допустить проявлений) и давления утяжеленной жидкости

(чтобы избежать гидроразрыва и поглощения).

Если возможно, следует применять смывающую жидкость с наиболее высокой плотностью (2160 кг/м).

Объем смывающих жидкостей и частота их применения должны быть таковы, чтобы влияние их на основной буровой раствор было бы минимальным.

Типичные суммарные объемы легкой и тяжелой смывающих жидкостей составляют: для скважин диаметром 445 мм (17-1/2") - 8-16 м3, а для скважин диаметром 311 мм (12-1/4") - 4,8-9,5 м3.

Было обнаружено, что маловязкие смывающие жидкости могут неблагополучно влиять на устойчивость скважины. Глинистые сланцы с чешуйчатой структурой, которые залегают под острым углом к оси скважины,

могут легко размываться турбулентным потоком жидкости, движущейся с

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

высокой скоростью. При таких условиях необходимо повышать реологические свойства маловязкой смывающей жидкости.

Прокачка порций тяжелой жидкости

Прокачка порций тяжелой жидкости, имеющей относительную плотность, на

0,24 превышающую относительную плотность бурового раствора, улучшает очистку ствола от шлама. Однако такая практика мало улучшает удаление шламовой постели, образовавшейся на стенке скважины с большим зенитным углом, если перед тяжелой жидкостью не прокачивают маловязкую смывающую жидкость при турбулентном режиме течения. При прокачке тяжелой жидкости следует принять меры по недопущению гидроразрыва пород и поглощения.

ПРОМЫВКА ПЕРЕД ПОДЪЕМОМ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Продолжительность промывки перед подъемом бурильной колонны зависит от диаметра скважины и величины ее зенитного угла. Данные приведенной ниже таблицы получены на основе расчетов скорости осаждения частиц и промысловой практики.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 1.20. Расчетные режимы течения в скважине диаметром 216 мм

КОНТРОЛЬ ОЧИСТКИ СКВАЖИНЫ ОТ ШЛАМА

Эффективность транспортировки шлама должна быть повышена до максимума путем оптимизации несущей способности бурового раствора,

скоростей потока в кольцевом пространстве, размера частиц шлама, максимально допустимой механической скорости проходки и пр. Нужно также следовать надежной системе контроля за очисткой ствола для того, чтобы обнаружить ухудшение выноса шлама еще до того, как плохая очистка вызовет осложнения.

Такая система включает в себя:

Сравнение общего объема выбуренной породы с объемом шлама, удаленного из раствора в очистных устройствах, и количеством твердой фазы, перешедшей в буровой раствор.

Тщательный контроль и регистрацию числа ходов насосов и развиваемого ими давления; нагрузки на крюк при подъеме и спуске бурильной колонны и ее вращении.. Повышенные значения могут быть первыми признаками начинающихся осложнений с очисткой ствола или осложнений, не связанных с очисткой.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Не следует думать, что из скважины выносятся все обломки породы. Если нужно, регулярно проводите закачку порции смывающей жидкости (в

соответствии с величиной зенитного угла и геометрией ствола скважины),

частичный подъем бурильной колонны с проработкой и промывкой для разрушения осадка и удаления его из скважины.

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ УЧАСТОК ДИАМЕТРОМ 216 мм (8-1/2")

На рис. 1.19 представлен график, характеризующий минимальную подачу буровых насосов, обеспечивающий очистку ствола на горизонтальном участке.

При увеличении механической скорости проходки очищать скважину от шлама становится труднее. При увеличении плотности бурового раствора очистка скважины облегчается. При обычных значениях механической скорости проходки для очистки скважины от шлама достаточна производительность насосов в пределах от 20 до 30 л/с.

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ТЕЧЕНИЯ

Вгоризонтальных скважинах очистка ствола улучшается при турбулентном режиме течения бурового раствора. В скважинах диаметром 311 мм и более режим течения раствора в кольцевом пространстве бывает обычно ламинарным.

Вскважинах диаметром 216 мм и менее режим течения может стать турбулентным в зависимости от величины расход и реологических свойств раствора.

На величину критического расхода жидкости сильно влияет ее динамическое напряжение сдвига. Данные, приведенные на рис. 1.20, относятся к буровому раствору с плотностью 1600 кг/м. Для того, чтобы создать турбулентный режим течения растворов с меньшей плотностью, потребуется более значительный расход потока. Из графика видно, что при нормальном расходе жидкости трудно достичь турбулентного режима течения, если динамическое напряжение сдвигу бурового раствора превышает 5 Па. Несмотря на это, реологические свойства бурового раствора и его статическое напряжение сдвига должны оставаться достаточными для удержания во взвешенном состоянии утяжелителя. Это особенно важно для тех периодов, когда раствор в скважине остается в покое (во время геофизических работ, спуска обсадной колонны).

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Хотя при турбулентном режиме течения вынос шлама из горизонтального участка улучшается, создание такого режима не является непременным условием,

а иногда турбулентный режим просто недостижим. Важнее всего ограничивать механическую скорость проходки до пределов, определяемых шариками по очистке скважины.

При появлении признаков неудовлетворительной очистки скважины лучше увеличить подачу насосов, чем изменять реологические свойства бурового раствора или режим течения.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ОЧИСТКИ СТВОЛА

СКВАЖИНЫ ОТ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ

•При выборе оптимальной производительности буровых насосов,

обеспечивающей вынос шлама, пользуйтесь «Графиком очистки ствола». Для выноса шлама из горизонтального участка диаметром 216 мм обычно достаточно иметь производительность насосов в пределах 20-30 л/с.

•Реологические свойства бурового раствора должны допускать возможность турбулентного режима течения.

•Чтобы создать турбулентный режим течения, максимальное значение динамического напряжения бурового раствора должно быть около 5 Па.

•Эквивалентная плотность бурового раствора при бурении горизонтального участка увеличивается, а градиент давления гидроразрыва остается постоянным.

Следует принять меры к тому, чтобы при бурении горизонтального ствола не

произошел гидроразрыв пласта.

•Нужно выбирать забойный двигатель и систему измерений в процессе бурения таким образом, чтобы не приходилось ограничивать производительность насосов.

•При выборе долотных насадок нужно иметь в виду, что при использовании некоторых забойных двигателей приходится ограничивать перепад давления в долоте.

•По возможности следует выбирать такой профиль скважины, который не требует бурения длинных участков с зенитными углами более 50°. Нужно внимательно учитывать возможности буровых насосов.