книги / Решение практических задач при бурении и освоении скважин

Стандартные методы управления скважиной предусматри­ вают процесс ликвидации ГНВП в скважине при постоянном забойном давлении. Забойное давление поддерживается пос­ тоянным путем регулирования давления в бурильных трубах, которое, в свою очередь, зависит от используемых при цирку­ ляции производительности насоса и плотности бурового раство­ ра. Давление в бурильных трубах регулируется дросселем, ус­ тановленным на устье скважины в затрубном пространстве.

При изменении проходного сечения дросселя изменяется давление на дросселе (давление в затрубном пространстве} и, с некоторым запаздыванием реакции, изменяется давление в бу­ рильных трубах. Поэтому, регулируя проходное сечение дроссе­ ля, следует делать выдержку (паузу) после того как изменится давление на манометре перед дросселем, перед тем как заре­ гистрировать изменение давления на манометре в бурильных трубах. Продолжительность такого запаздывания реакции уве­ личивается с увеличением глубины скважины и концентрации газа в буровом растворе.

Рассмотрим следующие базовые операции при управлении скважиной:

1)запуск насоса;

2)циркуляция при установившемся режиме насоса; 3} остановка циркуляции.

Если при включении насоса не открыть дроссель или от­

крыть слишком медленно, то быстрое увеличение давления на дросселе может превысить максимально допустимое значение для давления на устье в затрубном пространстве скважины:

Ршм » Р из.к. •

Если при восстановлении циркуляции в скважине, по ме­ ре того как насос выводится на заданную производительность, позволить давлению на дросселе снизиться, то это приведет к снижению забойного давления и дополнительному притоку флюида из пласта:

Поэтому, чтобы не допустить дополнительных осложнений, как только насос будет включен в линию и установлена задан­ ная производительность, необходимо отрегулировать давление на дросселе таким образом, чтобы его значение поддержива­ лось постоянным, равным избыточному давлению в затрубном пространстве:

Ршт =Риз.к. •

По рекомендации ВНИИКРнефти, вымывать флюид из сква­ жины следует при давлении нагнетания, соответствующем пре­

651

вышению избыточного давления в затрубном пространстве пе­ ред дросселем на (0,5—1,0) МПа в начале циркуляции, то есть:

^=Л ,.+(0.5-М ,0)Л Л 7в.

Тогда противодавление на забое скважины будет равно ве­ личине этого превышения, сложенной с величиной гидравли­ ческих сопротивлений в кольцевом пространстве:

Либ ~ + Р. С.* + (0>5 1,0) МПа.

На буровых оснащенных насосами с нерегулируемым при­ водом или не имеющих гидроприводного дросселя, существует дополнительная опасность гидроразрыва пласта, так как насос не может запускаться в линию медленно, что требует быстрой реакции при открытии дросселя во время запуска насоса.

В этом случае прежде следует открыть дроссель, и затем запустить насос в линию и отрегулировать давление на дрос­ селе до необходимого значения.

Когда насос выведен на режим, обеспечивающий заданную производительность, а давление на дросселе отрегулировано до необходимого значения, контроль переносится на давление в бурильных трубах.

Установившееся значение давления в бурильных трубах, за­ регистрированное на данный момент, называется начальным давлением циркуляции. Оно представлено суммой гидравли­ ческих сопротивлений, создаваемых насосом при данной про­ изводительности, зарегистрированного значения избыточного давления в бурильных трубах и установленного на дросселе запаса противодавления:

Р» = Р ,, + Ршп, + (0,5 -И ,0) МПа.

Если установившееся давление циркуляции в бурильных трубах приближенно не равно указанной сумме, следователь­ но, что-то изменилось в системе циркуляции.

Если давление выше расчетного значения, то следует при­ нять и использовать фактически полученное значение. Необ­ ходимо пересчитать конечное давление циркуляции, если раз­ ница значений значительна. При необходимости —построить новый график изменения давления в бурильных трубах, В сом­ нительных случаях следует остановить циркуляцию, закрыть дроссель и оценить возникшую нештатную ситуацию.

Если в процессе дальнейшей циркуляции плотность бурово­ го раствора в бурильных трубах не изменится, то необходимо с помощью дросселя поддерживать постоянное давление в бу­ рильных трубах, равное начальному давлению циркуляции.

Если в процессе циркуляции в бурильные трубы нагнетает­ ся буровой раствор новой плотности, то в зависимости от при­

652

меняемого метода, с помощью дросселя изменяется давление в бурильных трубах или поддерживается постоянное давление непосредственно на дросселе.

Если давление циркуляции в бурильных трубах не соответ­ ствует заданному значению, оно должно быть откорректиро­ вано. Для этого необходимо определить, на сколько выше или ниже должно быть давление. Небольшими поправками, менее 0,3 МПа, можно пренебречь, если пониженное или повышен­ ное давление не является критическим.

Поправка величины давления вносится в сторону повыше­ ния или понижения, исходя из текущего значения давления на дросселе. Следует учитывать скорость передачи сигнала давле­ ния от дросселя до манометра в бурильных трубах. Давление распространяется со скоростью приблизительно 300 м геомет­ рического пространства скважины в секунду (1 с на 300 м пути волны вниз и вверх), и медленнее при газопроявлениях боль­ шого объема. Приведенное значение является довольно усред­ ненным и может изменяться в два и более раз.

Давление на дросселе реагирует на возмущение почти мгно­ венно и может быть использовано для оценки необходимости изменения продольного сечения дросселя. Например, если в результате уменьшения проходного сечения давление на дрос­ селе возрастает на 0,5 МПа, то позднее следует ожидать почти такого же увеличения давления в бурильных трубах.

Поэтому необходимо дождаться, пока произведенная кор­ ректировка не будет зарегистрирована на манометре в буриль­ ных трубах. В случае, если первая корректировка не отразилась на манометре, повторная корректировка может производиться с учетом времени запаздывания, отражающего конечную ско­ рость распространения волны давления в данной скважине,

где 1скв —длина ствола скважины, м.

При подходе газовой пачки к устью, по мере того как газ на­ чнет проходить через дроссель, текущее давление на дросселе, а затем и давление в бурильных трубах (с соответствующим «запаздыванием» сигнала) начнут снижаться. Следует быстро отрегулировать проходное сечение дросселя так, чтобы вернуть давление на дросселе к значению, соответствующему началу вы­ хода газа через дроссель. Имеет смысл вести запись показаний манометров для контроля. После того, как давление на дроссе­ ле стабилизируется на соответствующем значении, необходи­ мо переключить внимание на манометр в бурильных трубах и, если требуется, произвести корректировку давления.

653

Когда буровой раствор, следующий за газовой пачкой, на­ чнет проходить через дроссель, давление на дросселе будет стре­ миться возрасти. Необходимо снова отрегулировать проходное сечение дросселя так, чтобы довести давление до последнего зарегистрированного значения, затем переключить внимание на манометр в бурильных трубах и, если требуется, произве­ сти корректировки давления.

В процессе ликвидации ГНВП может возникнуть необходи­ мость остановить циркуляцию (окончание стадии вымыва, крити­ ческое давление, возникновение нештатной ситуации и т.п.). Опе­ рация по остановке насоса при одновременном закрытии устья скважины основана на том же принципе, что и при запуске насо­ са —не допустить дополнительных осложнений в скважине.

Для обеспечения постоянного забойного давления доста­ точно, по мере снижения производительности насоса, поддер­ живать постоянное текущее давление на дросселе, так как в течение нескольких минут, независимо от плотности закачи­ ваемого в скважину бурового раствора, гидростатическое дав­ ление его столба не изменится, пока насос останавливается и закрывается дроссель.

После полной остановки насоса и закрытия устья скважи­ ны давление в бурильных трубах понизится на величину гид­ равлических сопротивлений, соответствующих производитель­ ности насоса. Установившееся значение давления в бурильных трубах при закрытом устье скважины может быть равным:

—зарегистрированному избыточному давлению — Р,__ если колонна труб заполнена буровым раствором начальной плотности;

—нулю, если колонна труб заполнена буровым раствором конечной плотности

Ртт=0.

Расчет технологических параметров глушения проявляющей скважины

(Calculation of show killing parameters)

1. Максимально допустимое давление на уст ье скважины.

Допустимое давление на устье скважины [Р„J не должно превышать 80% давления последней опрессовки об­ садной колонны и устья скважины — Рояр,

[PMJ £ 0,8

где Ропр —давление последней опрессовки обсадной колон­ ны, МПа.

654

Допустимое давление на устье скважины с точки зрения предотвращения гидроразрыва пород [Ртк],г не должно пре­ вышать допустимую прочность пород в наиболее слабом уча­ стке ствола скважины:

[Р„к ],„г Л , " 9.81■Р„ • //«.„.10^, МПа.

где Р,,р —давление гидроразрыва наиболее слабого пласта {определяется в техническом проекте или по данным испыта­ ния пласта на приемистость), МПа;

Нс, „, — глубина подошвы наиболее слабого пласта, м; р„ — плотность бурового раствора в затрубном простран­

стве, кг/м3.

Максимально допустимым давлением на устье скважины — [Р„„] является наименьшее из значений и [Ригк\ гр-

П р и м е р I. Давление опрессовки 244,5 мм обсадной ко­ лонны, спущенной на глубину 1200 м, равно — 18,0 МПа.

Градиент давления гидроразрыва на глубине спуска башма­ ка колонны (глубина залегания наименее прочных пород) равен 0,02 МПа/м. Плотность бурового раствора составляет 1,25 г/см3.

Исходные данные: Н,а = 1700 м Н„к (244,5 мм) = 1200 м

РМр=18,0 МПа G,r =0,02 МПа/м р„= 1250 кг/м3.

Решение:

Давление гидроразрыва на глубине 1200 м: Р, р. =0,02-1200 = 24,0 МПа.

Максимально допустимое давление на устье скважины: [/>„,.,] £ 0,8 • Рояр= 0,8 • 18,0 = 14,4 МПа.

[/>„,,],р= Р.р -9,81Ри Я ,п110^ = 24,0-1250-9,8М200 10 6 =9,3МПа [/>„,,] = 9,3 МПа.

Плотность поступившего в скважину флюида (в г/см3) оп­ ределяется по следующей формуле:

"0,00981-кф ’

где р„ —плотность бурового раствора в скважине, г/см3;

655

Ри,т.Ри,к—избыточные давления соответственно в трубном и затрубном пространстве, МПа;

Иф —высота столба флюида в стволе скважины, м;

F — площадь поперечного сечения ствола скважины в ин­

Ри,т.= 2,2 МПа Ртк = 3,6 МПа р„= 1,25 г/см3 Н= 1700 м3

656

Решение.

Пластовое давление:

Р„ = 0,00981 -р, • Я +Ртт = 0,00981 • 1,25-1700+ 2,2 = 23,0 МПа

Плотность бурового раствора для глушения скважины оп­ ределяется по формуле:

Р„ + &Р

Р‘ 0,00981-Я ’

где р,— плотность бурового раствора для глушения сква­ жины, г/см3;

Р„, — пластовое давление, МПа; АР — величина превышения гидростатического давления

над пластовым, МПа.

Величина превышения гидростатического давления над пластовым регламентируется «Инструкцией по предупрежде­ нию и ликвидации ГНВП при строительстве и ремонте сква­ жин» следующим образом:

—10-15% для скважин глубиной до 1200 м (интервалов от 0 до 1200 м), но не более 1,5 МПа;

—5-10% для скважин глубиной до 2500 м (интервалов от 1200 до 2500 м), но не более 2,5 МПа;

—4-7% для скважин глубиной более 2500 м (интервалов от 2500 до проектной глубины), но не более 3,5 МПа.

П р и м е р 4.

Исходные данные; Р„, = 23,0 МПа р„= 1,25 г/см1 Я= 1700 м3 Р,ит =2,2 МПа

Решение.

Плотность, необходимая для глушения скважины:

Р.. + АР

Р, = 0,00981 Я

Р* 23,0 + 2,3 = 1,51г/см3. 0,00981-1700

Начальное давление циркуляции определяется по следую­ щей формуле:

Рп=К,т+ К ,+ (о,5+ 1,0) МПа, где Р,— начальное давление циркуляции, МПа;

Р'гс — гидравлические сопротивления при выбранной для глушения подаче, МПа;

рении, МПа;

Q, —производительность насосов при бурении, л/с; Q, — выбранная подача насоса для глушения, л/с.

П р и м е р 5.

Исходные данные: Р.с =12,0 МПа

0, = 20 л/с Q2=10 л/с

/>„„. = 2,2 МПа

Решение.

Гидравлические сопротивления при выбранной для глуше­ ния подаче:

Начальное давление циркуляции:

ри=ри,м +PL + (0,5+1,0)= 2,2 +3,0 +0,8 = 6 МПа.

Конечное давление циркуляции определяется по следую­ щей формуле:

где рк — конечная плотность бурового раствора для глуше­ ния скважины, г/см3;

р„ — начальная плотность бурового раствора, г/см3;

Р'гл — гидравлические сопротивления при выбранной пода­ че насосов, МПа.

П р и м е р 6.

Исходные данные: P',L = 3,0 МПа

р„= 1,25 г/см3 рк= 1,51 г/см3

658

Решение.

Конечное давление циркуляции;

ГНВП основано на традиционной схеме циркуляции раствора в скважине прямой промывкой с постоянной производитель­ ностью насосов, при этом давление на проявляющий пласт ре­ гулируется путем изменения давления на устье в трубном про­ странстве с помощью дросселя, установленного в затрубном пространстве.

Стандартные методы ликвидации ГНВП включают типовые технологические операции по безопасному удалению пластово­ го флюида из скважины и заполнению скважины жидкостью глушения или утяжеленным буровым раствором, при проведе­ нии которых предусматриваются все меры, чтобы не допустить или снизить возможность возникновения дополнительных ос­ ложнений в скважине.

Давление на проявляющий пласт во время циркуляции должно регулироваться так, чтобы оно оставалось постоянным и несколько превышало пластовое давление с целью исключе­ ния дополнительного притока флюида из пласта. В то же вре­ мя давление, создаваемое в любом сечении ствола скважины, не должно превышать максимально допустимого значения для данного интервала с точки зрения возникновения гидроразры­ ва пласта и поглощения, заколонных перетоков или разруше­ ния устьевого оборудования.

Стандартные методы ликвидации ГНВП могут быть исполь­ зованы при соблюдении следующих условий.

1. Объем поступившего в скважину флюида не превышает предельного для данной скважины значения;

V< V432

2.Бурильный инструмент находится в скважине на глубине, достаточной для создания противодавления на пласт при про­ мывке (долото у забоя или кровли проявляющего пласта).

3.Технически сохраняется возможность осуществлять про­ мывку скважины через штуцер.

4.Персонал буровой бригады имеет соответствующий до­ пуск на проведение данного вида работ.

Согласно «Инструкции по предупреждению и ликвидации

ГНВП при строительстве и ремонте скважин» нормативно до­ пускаются к использованию следующие стандартные методы:

—«метод бурильщика»;

—«метод ожидания и утяжеления»;

—«упрощенный метод», который по сути является комби­ нацией первых двух.

Метод бурильщика

Характерной особенностью метода бурильщи­ ка является разделение технологических операций по ликви­ дации ГНВП на две стадии: стадию вымыва флюида и стадию глушения.

Основное содержание метода бурильщика и последователь­ ность выполнения операций важны для изучения и понима­ ния, так как этот метод является основным методом управле­ ния скважиной и имеет наибольшее распространение. Метод бурильщика позволяет избежать сложных вычислений и ис­ пользовать реальные данные давлений в скважине в процес­ се ликвидации ГНВП.

Технология управления скважиной при ГНВП методом бу­ рильщика предусматривает два цикла промывки. В течение первого цикла, когда циркуляцию в скважине восстанавлива­ ют сразу же после герметизации устья и периода стабилизации давлений, пластовый флюид вымывается из скважины буровым раствором исходной плотности — стадия вымыва. По оконча­ нии вымыва флюида циркуляцию останавливают, закрывают скважину и приступают к приготовлению утяжеленного раст­ вора расчетной плотности р„ в запасных емкостях в необходи­ мом объеме V = 1,2■Vcm.

Втечение второго цикла восстанавливают циркуляцию утя­ желенным раствором и замещают в скважине буровой раствор, использовавшийся в первом цикле, на утяжеленный буровой раствор расчетной плотности р„. Это —стадия глушения.

Впроцессе вымыва флюида плотность бурового раствора не изменяется, бурильная колонна и затрубное пространство скважины заполняются буровым раствором начальной плот­ ности р„. Следовательно, не изменяется гидростатическое дав­ ление столба бурового раствора в трубном пространстве, тогда

овеличине забойного давления можно точно судить по давле­ нию в бурильных трубах. Такая ситуация в скважине сохра­ няется до тех пор, пока плотность бурового раствора в буриль­ ных трубах не изменится.

Необходимое давление в бурильных трубах, обеспечиваю­ щее превышение забойного давления над пластовым, устанав­ ливается эмпирическим путем одновременно с восстановлени­ ем циркуляции в следующем порядке.

660