книги / Решение практических задач при бурении и освоении скважин

Q= 10,2T)M10p = 10,2 ■0,635 ■120/10 • 13,4 = 5,8 л/с,

где ц —КПД насоса агрегата ЦА-320, равный 0,635.

П р и м е ч а н и е . Расчет водяной и кислотной ванн проводится анало­ гично расчету нефтяной ванны.

7.1.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ПОЛОМКИ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ ПО ИНДИКАТОРУ ВЕСА

(D e te r m in a tio n o f d e p th o f d r illin g s tr in g u s in g

lo a d in d ic a to r )

Задача. Определить, на какой глубине произош­ ла поломка бурильных труб при следующих условиях, После спуска 146-мм бурильной колонны на глубину 2800 м индика­ тор веса над забоем показал 80 делений, В процессе бурения произошла поломка бурильной колонны, в результате чего ин­ дикатор веса показал 71 деление.

Решение. Вес бурильной колонны при этом уменьшился на 80 — 71 = 9 делений. Согласно данным табл. 7.10, 80 делени­ ям индикатора соответствует усилие на одном конце тале­ вого каната 92,4 кН, а 70 делениям — 78,5 кН. Тогда цена од­ ного деления индикатора между 70 и 80 делениями составит (92,4 - 78,5)/10 = 1,39 кН.

Уменьшение веса бурильной колонны (в кН), соответству­ ющее 9 делениям, Q = 1,39 • 8 ■9 = 100,08 кН.

Здесь 8 —число рабочих струн при оснастке 4x5. Определим, какой длине бурильной колонны соответствует вес 100,08 кН

где рА и рм — соответственно плотности бурового раство­ ра (1,3 г/см3) и стали (7,85 г/см3); q = 39,2 кг — масса 1 м 146мм бурильных труб. Таким образом, поломка бурильных труб произошла на глубине h —2800 — 306 = 2494 м.

7.1.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ УСИЛИЙ ПРИ РАСХАЖИВАНИИ ПРИХВАЧЕННОЙ КОЛОННЫ

(Calculation of allowable stress while reciprocation)

Задача. Определить допустимое усилие натя­ жения при расхаживании прихваченной колонны диаметром £>=114 мм с толщиной стенки 5 = 9 мм из стали группы про­ чности Д (от = 380 МПа).

Решение. Допустимое натяжение при расхаживании прихва­ ченной бурильной колонны определяется по формуле

= 29,8 см2 —площадь поперечного сечения тела гладкой части бурильной трубы; к —запас прочности, который при расчетах, связанных с освобождением прихваченной бурильной колонны, можно принимать в пределах 1,3—1,2, а иногда и ниже.

тов прихваченной бурильной колонны (при ее отбивке рото­ ром), необходимое для ее освобождения, если диаметр колонны с высаженными внутрь концами равен 114 мм, глубина прихва­ та L„ „ = 2500 м. Материал труб —сталь группы прочности Д; 5 = 10 мм, натяжение бурильной колонны QAo„ = 0,5 МН; за­ пас прочности, связанный с освобождением прихваченной бу­ рильной колонны, к = 1,3.

Решение. Допустимое число поворотов ротора пр определя­

где LH„ — длина неприхваченной части бурильной колон­ ны, м; D — наружный диаметр бурильных труб, м; от — пре­ дел текучести материала труб, МПа; ор — напряжение растя­ жения, МПа

ор = QooJF= 0,50/(32,8 • 10-4) = 152,5 МПа.

Здесь F = 32,8 см2 — площадь поперечного сечения тела трубы.

Тогда

пр =0,204т-4 -2500/0,114^(380,0/1,3)2- 152.52 =11,5 поворота (оборо­

тов).

612

7.2. ПОГЛОЩЕНИЯ БУРОВОГО РАСТВОРА

(Drilling mud losses)

7.2.1. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЙ ПОСРЕДСТВОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ НА ПЛАСТЫ

(Drilling mud loss prevention with the help of control the pressure on formation)

При бурении скважин поглощение бурового ра­ створа происходит, когда эквивалентный градиент давления против пласта превышает градиент гидроразрыва или погло­ щения этого пласта, например, в следующих случаях:

1)при избыточном противодавлении в затрубное простран­ ство скважины во время ее промывки;

2)если глушение скважины осуществляется с применени­ ем бурового раствора большей плотности, чем требуется для уравновешивания давления на забое скважины;

3)при гидравлических ударах, возникающих при быстром

спуске бурильных или обсадных труб;

4)в случае избыточных потерь на трение в затрубном про­ странстве из-за недостаточного учета свойств потока бурово­ го раствора;

5)при протекании процессов гелеобразования в буровом

растворе, оказывающих сопротивление при возобновлении циркуляции.

Сцелью предотвращения осложнений в первую очередь уточняют пластовое давление в момент вскрытия отложений

иопределяют, при какой плотности бурового раствора дости­ гается равенство давлений рсти

На первых разведочных скважинах, пробуренных на дан­ ной площади, пластовое давление рекомендуется определять с помощью испытателей пластов или по снижению уровня в кольцевом зазоре при возникновении поглощения.

Спомощью испытателя пластов рл, определяют после спус­ ка очередной промежуточной колонны и разбуривания на 15— 20 м породы. Пакер устанавливают в колонне. Продолжитель­ ность замера 15—30 мин.

где рет — статическое давление столба бурового раствора при снижении уровня до глубины hcm; рст — давление страгивания столба бурового раствора; Н — глубина скважины.

613

Снижение уровня в затрубном пространстве определяют с помощью эхолота.

На изученных площадях пластовое давление уточняют по данным, полученным на соседних эксплуатируемых скважи­ нах, с учетом среднемесячного темпа снижения давления по месторождению.

Общее давление в рассматриваемом сечении ствола сква­

гдерст— статическая составляющая общего давления в сква­ жине; рк —потери напора в кольцевом пространстве; рА —ди­

Здесь: к — коэффициент, учитывающий неточность заме­ ра плотности бурового раствора р на поверхности (например, поправка на содержание газа в растворе).

Рекомендуется при определении сопротивлений в кольце­ вом пространстве скважины учитывать потери гидравлическо­ го напора в местах сужений кольцевого пространства за счет замков бурильных труб:

где и — скорость восходящего потока; Lk —длина буриль­ ных труб; g —ускорение силы тяжести; /, — расстояние меж­ ду замками.

Формула может быть использована при гидравлических рас­ четах для структурного режима течения, т.е. при Re* < 1600.

Анализ показал, что при учете потерь за счет замков общие потери в кольцевом пространстве возрастают на 10—18%, при­ чем эти пределы их роста сохраняются при различных скоро­ стях восходящего потока.

Наличие протекторных колец на бурильной колонне при­ водит к увеличению сопротивлений в кольцевом пространстве в 2—4 раза, поэтому при определении общего давления со сто­ роны скважины на поглощающий пласт их необходимо учи­ тывать.

Динамическую составляющую общего давления в сква­ жине рекомендуется определять по формуле, предложенной А.К. Козодоем, А.Б. Зубаревым и В.С. Федоровым:

614

где а0 —поправочный коэффициент, зависящий от показа­ телей бурового раствора и конструкции нижней части буриль­ ной колонны; wmax — максимальная скорость спуска колонны труб; d —наружный диаметр спускаемой колонны;

<р = Did.

Здесь D —диаметр скважины.

Увеличение давления на забой и стенки скважины сверх статического в результате совместного действия динамическо­ го давления при движении труб и потерь напора в кольцевом пространстве при проведении отдельных операций может до­ стигнуть 4—5 МПа.

При недостаточной изученности разреза скважины в неразбуренной части месторождений применение двух растворов мо­ жет быть безопаснее, чем сохранение равновесия.

При разбуривании с применением двух растворов работы необходимо проводить в следующем порядке:

1)уточнить пластовое давление;

2)определить плотность бурового раствора, при которой достигается равенство гидростатического и пластового давле­ ний в период бурения;

3} определить плотность бурового раствора, при которой в процессе спуска и подъема бурильного инструмента давление на пласт равно по сумме р„г и рК\

4) определить (таким же образом, как и при бурении с сохра­ нением равновесия) скорости спуска и подъема бурильного инс­ трумента, а также допустимое содержание газа в растворе.

Опыт проводки скважин с сохранением равновесия и при­ менением двух растворов показал высокую эффективность этих способов предотвращения поглощений.

7.2.2. ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКУПОРИВАЮЩИХ ДОБАВОК К БУРОВОМУ РАСТВОРУ

(Using of mud plug materials)

Для борьбы с поглощениями бурового раствора используют следующие способы.

1.Снижение плотности бурового раствора до тех пор, пока его гидростатическое давление не станет равным пластовому.

2.Закачивание пачки бурового раствора с высокой концен­

615

трацией закупоривающих добавок в зону поглощения. Закупо­ ривающие материалы для борьбы с потерей циркуляции могут быть использованы как добавки в циркулирующий буровой рас­ твор при бурении отложений, склонных к поглощению.

При этом применяют опилки, хлопьевидный и гранулиро­ ванный материалы или смесь всех трех.

Под опилками понимают древесные опилки, сено, щепу и обрезки кожи. К хлопьевидным материалам относятся целло­ фановые обрезки, слюда, шелуха семечек хлопчатника, орехо­ вая скорлупа и т.п. К гранулированным материалам относят­ ся размолотая резина или асбест, асфальт и др.

Опилки и хлопья эффективны для буровых растворов с низкой плотностью, в то время как гранулированные добавки используют в утяжеленных буровых растворах. Смеси слю­ ды, целлофана, опилок и хлопьев или измельченных материа­ лов особенно эффективны для уменьшения поглощения, так как эти смеси позволяют получить закупоривающий матери­ ал с частицами различных размеров. Материалы для борьбы с поглощением смешивают с достаточным количеством бурово­ го раствора для получения пачки, которая будет закачана в зо­ ну поглощения. Пачку доставляют к зоне поглощения и затем постепенно задавливают в пласт, при этом постоянно контро­ лируют уровень бурового раствора в затрубном пространстве. Если уровень бурового раствора там продолжает падать, да­ же когда пачка полностью задавлена в пласт, готовят следую­ щую порцию и повторяют процедуру до тех пор, пока погло­ щение не прекратится.

При интенсивном поглощении закупоривающие материа­ лы являются составной частью добавок к буровому раствору, должны быть прокачиваемыми в скважине и не приводить к значительным гидравлическим потерям давления.

Интенсивность любого поглощения зависит от длины и ши­ рины трещин, образованных за счет большого гидростатиче­ ского давления. Таким образом, для ликвидации поглощения трещины должны быть плотно забиты закупоривающими мате­ риалами. Этого можно достигнуть, если материалы для борьбы с поглощением имеют такой гранулометрический состав, при котором большие частицы закупоривают поры и трещины, а малые частицы заполняют пространство между более крупны­ ми. Такой гранулометрический состав позволяет создать эф­ фективное уплотнение.

Физико-механические свойства материалов для борьбы с поглощением зависят от давления. Высокое уплотнение ма­ териала при перепаде давления 7 МПа может быть нарушено при давлении 14 МПа,

Если указанные материалы используют как часть добавок в

616

буровом растворе, то следует направлять его в скважину, ми­ нуя вибрационные сита.

3. Закачивание смесей бентонит —дизельное топливо (со­ лярка) или цемент —дизельное топливо (солярка) в зоны по­ глощения. При использовании бентонитовых пачек может по­ требоваться закачивание нескольких пачек такого раствора, прежде чем поглощение прекратится.

При установке цементных мостов необходимо выдержать время на затвердевание цемента прежде, чем возобновлять бу­ рение, предоставив возможность цементу схватиться и закупо­ рить поры и трещины в зоне поглощения. Цементные мосты обычно устанавливают, когда все остальные меры ликвидации поглощения не дали результата. Бентонитовые или цементные пачки закачивают через нижнюю часть бурильных труб (без долота) способом на равновесии.

4. Применение специальных способов бурения, таких как бурение без циркуляции на равновесии и с продувкой возду­ хом, Бурение без циркуляции —процесс, при котором буровой раствор не поступает на поверхность, а выбуренные кусочки породы используются для закупорки трещин зоны поглощения. Гидравлический режим должен быть подобран так, чтобы ско­ рость кусочков выбуренной породы в затрубном пространстве была достаточной для достижения зон поглощения, Этот при­ ем эффективен при достаточном количестве воды для замены бурового раствора, поглощенного пластом.

Задача 1. При бурении скважины диаметром 215,9 мм на отметке 2438 м произошло полное прекращение циркуляции. Бурение было остановлено, при этом наблюдалось быстрое па­ дение уровня бурового раствора в затрубном пространстве. Скважину заполняли водой с плотностью 1000 кг/м3 до тех пор, пока уровень в затрубном пространстве не стабилизировался. Объем использованной воды составляет 10,4 м3, а плотность бу­ рового раствора — 1200 кг/м3. Требуется определить пластовое давление и новую плотность раствора, необходимого для уравно­ вешивания пластового давления. Промежуточная обсадная ко­ лонна (наружный и внутренний диаметры 244,5 и 224,5 мм) спу­ щена на глубину 1829 м. Наружный диаметр бурильных труб марки Е-127 мм. Глубина скважины 2438 м, причем 386 м за­ полнено водой, а 2052 м — буровым раствором.

Решение. Объем 1 м кольцевого пространства между буриль­ ной и обсадной колоннами составляет 0,0269 м3/м, высота во­ дяного столба 10,4/0,0269 = 386 м.

Когда скважина уравновешена, то пластовое давление равно сумме давлений столба бурового раствора и водяного столба, или 1200 ■9,81 (2438 - 386) + 1000 • 9,81 ■386 = 27942804 Па.

617

Необходимая плотность бурового раствора составляет 27942804/2438x9,81 = 1170 кг/м3.

Задача 2. Определение поглощающей способности пласта.

В поглощающей скважине при замерах статический уро­ вень был отмечен на глубине Нс = 97 м от устья, а динами­ ческий уровень при работе одного насоса с подачей 110 м3/ч (30,6 л/с) — на глубине Нд = 81 м. Определить коэффициент, поглощающий способности пласта.

Решение. Коэффициент поглощающей способности пласта при полном поглощении определяется по формуле:

где Qn —интенсивность поглощения, м3/ч; Я —напор, МПа, равный разности положений статического и динамического уровней бурового раствора в скважине при работе насосов с подачей Q : Я = (Я, - Я^/ЮО = (97—81)/100 = 0,16 МПа. Тог­

да к = 1lO/i/Гб = 27,5.

Как видно из табл. 7,12, при к > 25 в скважину для ликви­ дации зон поглощения необходимо спустить промежуточную колонну или бурить без выхода циркуляции.

ш3 - 5 Закачивание БСС, расход цемента 10—20 т

618

На основании обобщенных опытных данных по борьбе с поглощениями была предложена следующая классификация зон поглощений и рекомендованы мероприятия по их ликви­ дации (табл. 7.12).

Статический уровень #(. замеряют при отсутствии закачки воды в скважину и при установившемся уровне жидкости, за­ тем замеряют динамический уровень Нд. Для этого в скважи­ ну спускают бурильные трубы на 5—10 м ниже статического уровня. Из ротора вынимают вкладыши, а элеватор с трубами подтягивают к стенке кондуктора и устанавливают на ротор. На ведущую трубу навинчивают переводник с наконечником из 50-мм трубы длиной 1,5—2 м и спускают в скважину между внутренней стенкой кондуктора и бурильными трубами. Бу­ ровыми насосами в скважину закачивают воду. При помощи поплавка, спущенного на лебедке Яковлева, или другими спо­ собами замеряют в бурильных трубах установившийся дина­ мический уровень Нл.

Задача 3. Определить коэффициент поглощающей спо­ собности пласта при условии, что на глубине 1000 м про­ исходит частичное поглощение бурового раствора с интен­ сивностью Q„ = 15 л/с, статический уровень был отмечен на глубине 30 м от устья, диаметр бурильных труб 140 мм, диаметр долота (скважины) 295,3 мм, подача насосов Q„ = 35 л/с.

В табл. 7.12 приведены классификация зон поглощений и мероприятия по их ликвидации.

Решение. Коэффициент поглощающей способности пласта к при частичном поглощении определяют по формуле:

= 54 м3/ч); Нс — расстояние от статического уровня до устья скважины, Нс = 30 м; h — гидравлические потери в затрубном пространстве при движении жидкости от поглощающего плас­

Здесь ХкП ~ коэффициент гидравлического сопротивле­ ния кольцевого пространства. В данном примере принима­ ем Хкп — 0,280; L — глубина залегания поглощающего пласта, равная 1000 м; Q — количество жидкости, которое возвраща­ ется из скважины в приемные емкости насосов:

Q = Q. - Q„ = 35 - 15 = 20 л/с,

619

Д.м — диаметр долота (скважины), Д.4„ = 29,53; D — диа­ метр бурильных труб, D = 14 см.

Тогда:

(29,5-14,0)3(29,5 +14,0)2

Подставляя данные в формулу для определения к, полу­ чим:

к = 5 4 /л/ЗО+ 13 = 8,2.

Как видно из табл. 7.12, при к = 5 + 15 для ликвидации по­ глощения необходимо в поглощающий пласт закачать БСС.

Задача 4. Определить глубину установки конца буриль­ ных т руб для закачки в пласт БСС. Исходные данные: глу­ бина залегания поглощающего горизонта Н„ = 1400 м, толщи­ на поглощающего горизонта Нц = 50 м, плотность бурового раствора р6р — 1,2 г/см3, плотность тампонирующего ма­ териала рж = 1,7 г/см3.

Решение. Глубина установки конца труб определяется по формуле:

Н!М= Н„ - ( p ji/p tj = 1400 - 1,7 ■50/1,2 = 1330 м.

Задача 5. Расчет количества гельцемента для ликвида­ ции поглощения в скважине. Известно: глубина Н = 1200 м. кровля поглощающего горизонта находится на глубине ИЗО м, а подошва — на глубине 1195 м, диаметр скважины 300 мм, в пласт требуется ввести 8 м3 гельцемента.

Решение. Объем гельцемента рассчитываем исходя из объ­ ема скважины в интервале от подошвы поглощающего горизон­ та до конца бурильных труб, которые устанавливают на рас­ стоянии 20 м выше кровли поглощающего горизонта. Сумма указанных интервалов А, = 1195 — ИЗО + 20 = 85 м.

Объем указанного интервала VCKe= п2)^/4А, =3,14-0,32/4-

• 85 = 6 м3. Тогда общий потребный объем гельцемента Уобщ = = 8 + 6= 14 м3.

Задача 6. Определение количества компонентов для при­ готовления БСС. Подсчитаем весовые и объемные количест­ ва каждого из компонентов, необходимых для приготовления 1 м3 БСС по рецепту, согласно которому на 500 г цемента при­ ходится 450 см3 воды, 30 г порошкообразного бентонита. 15 см3 жидкого стекла и 10 г кристаллической соды.

620