книги / Решение практических задач при бурении и освоении скважин

С выходом насоса на режим, обеспечивающий выбранную для глушения подачу, давление на дросселе регулируется та­ ким образом, чтобы его значение превышало зарегистрирован­ ное избыточное давление в затрубном пространстве Р,пх на ве­ личину (0,5 + 1,0)МПа:

Л - = /*.„+(0.5+1,0) МПа.

Установившееся при этом давление в бурильных трубах яв­ ляется начальным давлением циркуляции. Зарегистрированное его значение должно быть проверено на соответствие с рас­ четным значением:

+Р;с +(0.5-г-1,0)МПа.

Впроцессе вымыва флюида давление на дросселе регули­ руется таким образом, чтобы полученное начальное давление циркуляции сохранялось постоянным до полного удаления флю­ ида из скважины.

Флюид считается вымытым, когда давление на дросселе ста­ билизируется и станет равным:

^, ^ , „ , + ( 0 . 5 И , 0 ) МПа,

тогда циркуляцию останавливают и вновь закрывают сква­ жину. Признаком окончания стадии вымыва флюида являет­ ся равенство давлений в трубном и затрубном пространствах скважины:

Р»,м. = Ри,к (проверка окончания стадии вымыва).

Если равновесия не наблюдается, то в ствол скважины по­ ступила дополнительная пачка флюида или флюид поступал в течение всего процесса вымывки, В этом случае необходимо промыть скважину заново, увеличив давление циркуляции в бурильных трубах.

После увеличения плотности бурового раствора в прием­ ных емкостях до необходимого значения — р„ циркуляцию в скважине возобновляют.

При закачке утяжеленного бурового раствора в буриль­ ные трубы гидростатическое давление столба в трубном про­ странстве постоянно увеличивается, в то время как плотность бурового раствора в затрубном пространстве постоянна, что обусловливает необходимость поддерживать постоянное дав­ ление на дросселе. Тогда, при постоянном давлении на дрос­ селе, можно обеспечить постоянное давление на забое сква­ жины.

Технологическая операция по восстановлению циркуляции имеет такой же характер, что и в первом цикле циркуляции, за исключением величины давления на дросселе, значение ко­

661

торого должно превышать на (0,5 + 1,0)МПа давление в закры­ той скважине после вымыва флюида:

Давление на дросселе сохраняется постоянным до тех пор, пока бурильная колонна не заполнится утяжеленным буровым раствором. При этом давление циркуляции в бурильных тру­ бах снижается.

С выходом утяжеленного раствора в затрубное пространс­ тво положение меняется. Теперь раствор постоянной плотности находится уже в бурильной колонне, и, следовательно, целесо­ образно вести контроль и поддерживать постоянное давление в бурильных трубах.

Когда утяжеленный буровой раствор достигнет долота, ре­ гистрируют установившееся при этом давление в бурильных трубах, которое является конечным давлением циркуляции. За­ регистрированное значение должно быть проверено на соот­ ветствие с расчетным значением:

р— р ' Р*. _

'АР.

После выхода утяжеленного раствора в затрубное про­ странство давление на дросселе регулируется таким образом, чтобы полученное конечное давление циркуляции сохранялось постоянным до полного заполнения скважины утяжеленным буровым раствором,

С выходом на устье утяжеленного раствора с плотностью р„ циркуляцию останавливают и скважину закрывают. В закры­ той скважине избыточное давление в бурильных трубах и в затрубном пространстве должны быть равны нулю:

Рют = Ршк =0 (проверка окончания стадии глушения).

Если проверка скважины на избыточное давление показы­ вает, что спустя 10—30 мин. показания манометров не равны нулю, то необходимо возобновить циркуляцию. Причина мо­ жет состоять в неоднородности бурового раствора по стволу скважины.

П р и м е ч а н и е № 1 . Н а практике почти невозможно заглушить сква­ жину за один цикл циркуляции ввиду плохого вытеснения жидкости в затрубном пространстве. Это положение относится к любому методу ликвида­ ции ГНВП.

П р и м е ч а н и е № 2 . Следует помнить, что при открытии превенто­ ров отдельные элементы обвязки устья скваж ины могут находиться под дав­ лением.

662

Преимущества метода:

—минимальное время простоя скважины без промывки;

—простота применения;

—не требуется проведения сложных расчетов и построе­ ния графиков;

—после вымыва флюида значения давлений, используе­ мые для расчета плотности бурового раствора, являются бо­ лее точными;

—возможность использования на буровых, не имеющих производительного оборудования для приготовления бурового раствора, и при недостаточном запасе утяжелителя.

Недостатки метода:

—продолжительность — требует как минимум два цикла циркуляции;

—возникающие при ликвидации ГНВП максимальные дав­ ления в скважине выше по сравнению с другими методами, следовательно — недопустимость применения на скважине, где возможно поглощение бурового раствора при низком дав­ лении гидроразрыва.

Метод ожидания и утяжеления

Метод ожидания и утяжеления предусматрива­ ет проведение технологических операций по ликвидации ГНВП за один цикл циркуляции, в течение которого одновременно производятся вымыв пластового флюида и закачка в скважи­ ну утяжеленного бурового раствора, плотность которого обес­ печивает необходимое превышение гидростатического давле­ ния в скважине над пластовым.

Технология управления скважиной методом ожидания и утяжеления является сложной, так как требует проведения расчетов, построения графика изменения давления в скважи­ не и оперативной оценки ситуации, основанной на инженер­ ных расчетах. Вследствие этого ликвидация ГНВП рассматрива­ емым методом производится только под руководством опытных, квалифицированных специалистов.

Перед началом циркуляции приступают к утяжелению буро­ вого раствора до расчетной плотности р, в приемных емкостях в необходимом объеме V = 1,2-Ггав. В течение времени утяже­ ления раствора скважина находится под давлением и не про­ мывается (отсюда название «ожидание и утяжеление») — это является основным недостатком метода.

Если в период ожидания и утяжеления наблюдается уве­ личение избыточных давлений в бурильных трубах и затрубном пространстве, то это свидетельствует о миграции газа в скважине. Поэтому, как только газовая пачка начинает всплы­

663

вать, необходимо управлять скважиной, создавая условия для ее расширения, чтобы не допустить роста давления в затрубном пространстве выше максимально допустимого значения. Отсутствие промывки может также привести к прихвату бу­ рильного инструмента.

Управление скважиной без циркуляции, когда бурильная колонна находится у забоя и не имеет обратного клапана, пре­ дусматривает операции по поддержанию постоянного забой­ ного давления, регулируя проходное сечение дросселя и под­ держивая постоянным давление в бурильных трубах путем стравливания бурового раствора из затрубного пространства. Давление на дросселе будет расти по мере всплытия газа в затрубном пространстве, но если при этом поддерживать посто­ янное давление в бурильных трубах, равное:

+(0,5+1,0) МПа,

то и давление на забое скважины будет оставаться постоян­ ным. При этом оно будет равным:

Р„+ (0,5+1,0) МПа.

Управление скважиной без циркуляции ведется до тех пор, пока не будет приготовлен необходимый объем утяжеленно­ го бурового раствора, либо до подхода газовой пачки к устью скважины. Когда показания манометров стабилизируются и газ начнет выходить через дроссель, необходимо немедленно за­ крыть скважину и оставить ее под давлением до решения про­ блемы циркуляции.

В процессе нагнетания утяжеленного бурового раствора в бурильную колонну, когда пластовый флюид находится в при­ забойной зоне, невозможно обеспечить постоянного забойно­ го давления, поддерживая постоянным давление в бурильных трубах или на дросселе. Данный вывод вытекает из представ­ ления о том, что высоты столбов флюида и бурового раствора с различной плотностью непрерывно изменяются в трубном и затрубном пространствах скважины.

Следовательно, чтобы компенсировать увеличение гидроста­ тического давления столба бурового раствора в трубном про­ странстве, необходимо непрерывно изменять давление в буриль­ ных трубах до тех пор, пока они не будут заполнены раствором одинаковой плотности, и затем поддерживать постоянное дав­ ление в бурильных трубах. Таким образом, при использовании метода ожидания и утяжеления контроль забойного давления осуществляется только по давлению в бурильных трубах в те­ чение всего цикла циркуляции.

Поскольку объем бурильной колонны и значения Рн, Рк за­ ранее рассчитываются, то можно построить график изменения

664

давления в бурильных трубах в зависимости от заполнения объема бурильной колонны или числа двойных ходов насоса, необходимых для ее заполнения. График позволяет опреде­ лить давление циркуляции в любой момент времени в процес­ се закачки утяжеленного бурового раствора в объеме буриль­ ной колонны.

График изменения давления в бурильных трубах строится в карте глушения скважины следующим образом,

На вертикальных осях откладываются значения начального и конечного давления циркуляции, на горизонтальных осях —объем бурильной колонны и время закачки. Соединив прямой линией значения Ри и Рк, получим промежуточные значения давления в бурильных трубах в зависимости от объема закачанного в бурильную колонну утяжеленного раствора. Объем бурового раствора может быть выражен через нарастающее суммарное число двойных ходов насоса. В таком случае рекомендуется ис­ пользовать рабочую таблицу, отражающую изменение давле­ ния в бурильных трубах на каждые 100 двойных ходов насоса и составленную по следующей формуле:

-Р" - ^ ->'100, МПа/100 ходов,

п

где п — суммарное число двойных ходов насоса, необходи­ мое для заполнения бурильной колонны.

Пример графика изменения давления в бурильных трубах представлен на рис. 7.18.

э

э

!

I

<Ь

Рис. 7.18. График изменения давления в бурильных трубах при закачке утяже­ ленного бурового раствора плотностью р..

665

Технологическая операция по заполнению бурильной ко­ лонны утяжеленным раствором состоит в регулировании дав­ ления на дросселе, используя манометр в бурильных трубах, с помощью которого контролируют снижение давления цирку­ ляции от начального до конечного значений при точном изме­ рении закачиваемого объема раствора.

Контроль изменения давления циркуляции начинается с мо­ мента заполнения наземной обвязки буровых насосов утяже­ ленным буровым раствором и начала его закачки в скважину при установившемся начальном давлении циркуляции.

Начальное давление циркуляции регистрируется одновре­ менно с выходом насоса на режим, обеспечивающий выбран­ ную для глушения подачу, регулируя давление на дросселе та­ ким образом, чтобы его значение превышало на (0,5 + 1,0) МПа зарегистрированное избыточное давление в затрубном про­ странстве PUJK:

Л -- Л ,,. +(0,5 *1,0) МПа.

Установившееся при этом давление в бурильных трубах яв­ ляется начальным давлением циркуляции. Зарегистрирован­ ное значение должно быть проверено на соответствие с рас­ четным значением:

Л= Л,.*.+^„ +(0,5+ 1,0) МПа.

Впроцессе заполнения бурильной колонны утяжеленным буровым раствором давление на дросселе регулируется таким образом, чтобы давление в бурильных трубах равномерно сни­ жалось в соответствии с построенным графиком. Конечное дав­

ление циркуляции регистрируется, когда утяжеленный раствор достигает долота.

Проверку окончания заполнения бурильной колонны утя­ желенным раствором рекомендуется производить в следующей последовательности.

Врасчетный момент времени останавливается циркуляция

искважина закрывается.

Если утяжеленный раствор достигает долота, то давление на манометре в бурильных трубах будет равно нулю.

Если давление не равно нулю, то это свидетельствует о том, что процесс заполнения колонны труб не завершен или плот­ ность утяжеленного раствора выбрана неверно и не обеспечи­ вает превышения гидростатического давления над пластовым давлением. Давление в затрубном пространстве в этот момент представляет собой разность между давлением в пачке флюида и гидростатическим давлением столба раствора над пачкой.

По окончании проверки в скважине восстанавливают цир­ куляцию. Конечное давление циркуляции регистрируется с вы­

666

ходом насоса на рабочий режим, при этом давление на дросселе поддерживается постоянным, равным последнему зарегистри­ рованному значению давления на дросселе перед выключени­ ем насоса.

В процессе заполнения затрубного пространства утяжелен­ ным буровым раствором давление на дросселе регулируется та­ ким образом, чтобы полученное конечное давление циркуля­ ции оставалось постоянным до выхода утяжеленного бурового раствора на устье скважины.

С выходом на устье утяжеленного бурового раствора с плот­ ностью р„ циркуляцию останавливают и закрывают скважину. В закрытой скважине избыточное давление в бурильных тру­ бах и в затрубном пространстве должны быть равны нулю:

Ртт = Ризк =0 (проверка окончания глушения).

Если проверка скважины на избыточное давление показы­ вает, что, спустя 10—30 минут, показания манометров не рав­ ны нулю, то необходимо возобновить циркуляцию. Причина может состоять в неоднородности бурового раствора по ство­ лу скважины, либо в дополнительном притоке флюида в ствол скважины.

Преимущества метода:

—обеспечивает минимальные давления в скважине по срав­ нению с другими методами:

— позволяет ликвидировать ГНВП за один цикл циркуля­ ции.

Недостатки метода:

—простой скважины без промывки создает опасность пре­ вышения максимально допустимого давления на устье за счет миграции газа, а также может привести к прихвату буриль­ ной колонны;

—проведение сложных расчетов и построение графика из­ менения давления требует соответствующей подготовки и ква­ лификации инженерно-технического персонала;

—необходимость наличия на буровых оборудования для быстрого и качественного утяжеления бурового раствора.

Непрерывный метод

Непрерывный метод предусматривает проведе­ ние технологических операций по ликвидации ГНВП в течение нескольких циклов промывки при постоянном утяжелении бу­ рового раствора в процессе циркуляции (комбинация циркуля­ ции и утяжеления).

В первом цикле промывки, в котором циркуляцию восста­ навливают сразу же после герметизации устья скважины и периода стабилизации давлений, вымыв флюида совмещают с

667

процессом утяжеления используемого для циркуляции буро­ вого раствора. Темп приращения плотности Др зависит как от подачи насоса, так и от производительности системы приготов­ ления бурового раствора. Если в первом цикле промывки ско­ рость утяжеления раствора недостаточна для достижения рас­ четной конечной плотности, то есть:

Р„ + АР < Р* -

то для ликвидации ГНВП потребуется как минимум два пол­ ных цикла промывки. Однако не исключается возможность лик­ видации ГНВП за один цикл, если при этом может быть обес­ печено достаточно интенсивное утяжеление бурового раствора. Дальнейшее утяжеление и промывку ведут циклами и закан­ чивают, когда буровой раствор расчетной конечной плотности не заполнит скважину.

Существенный недостаток непрерывного метода — слож­ ность процесса регулирования давлений в скважине, обуслов­ ленная изменением плотности бурового раствора при циркуля­ ции. По этой причине в отечественной практике непрерывный метод применяется крайне редко и некоторыми авторами даже не рассматривается как стандартный метод управления сква­ жиной при ГНВП.

При использовании непрерывного метода, в отличие от мето­ да ожидания и утяжеления, давление циркуляции в бурильных трубах в любой момент времени определяет не данная высота столба, а данная плотность утяжеленного бурового раствора в бурильной колонне. Следовательно, должен быть построен гра­ фик, показывающий зависимость плотности бурового раство­ ра от давления циркуляции в бурильных трубах.

График изменения давления в бурильных трубах строит­ ся следующим образом. На вертикальных осях откладывают­ ся значения начального и конечного давления циркуляции, на горизонтальной оси —плотность бурового раствора, объем бу­ рильной колонны и время закачки. Соединив прямой линией значения Р„ и Ри, получим промежуточные значения давления в бурильных трубах в зависимости от изменения плотности рас­ твора и от объема закаченного в бурильную колонну утяже­ ленного раствора данной плотности. Объем бурового раство­ ра может быть выражен через нарастающее суммарное число двойных ходов насоса. Начальное и конечное давления цирку­ ляции определяются точно так же, как и в методе ожидания и утяжеления.

Пример графика изменения давления в бурильных трубах представлен на рис. 7.19.

668

Число ходов насоса для заполнения бурильной колонны, ход

Рис. 7.19. График изменения давления в бурильных трубах в зависимости от плотности бурового раствора.

Начальное давление циркуляции регистрируется одновремен­ но с выходом насоса на режим, обеспечивающий выбранную для глушения подачу, регулируя давление на дросселе таким образом, чтобы его значение превышало на (0,5 + 1,0) МПа зарегистриро­ ванное избыточное давление в затрубном пространстве Рш к:

Ршт=Ртк+(0,5+\,0)Ш1г.

Установившееся при этом давление в бурильных трубах яв­ ляется начальным давлением циркуляции. Зарегистрирован­ ное значение должно быть проверено на соответствие с рас­ четным давлением:

Р»=Ризя+ Р ',,М 0.5+1,0) МПа.

При установившемся начальном давлении циркуляции при­ ступают к утяжелению бурового раствора с одновременной за­ качкой его в скважину. Контроль давления по графику начина­ ется с момента заполнения наземной обвязки буровых насосов утяжеленным буровым раствором.

Если в процессе циркуляции утяжеленный раствор еще не достиг долота, а изменения давления циркуляции при данной плотности раствора значительны, необходимо пересчитать на­ чальное и конечное давления циркуляции и построить новый график изменения давления в бурильных трубах.

6 6 9

В процессе заполнения бурильной колонны утяжеленным раствором давление на дросселе регулируется таким образом, чтобы давление в бурильных трубах равномерно снижалось в соответствии с построенным графиком. Плотность подаваемо­ го в скважину бурового раствора должна поддерживаться пос­ тоянной до тех пор, пока этот раствор не появится на выходе из скважины.

Промежуточное давление циркуляции регистрируется, ког­ да утяжеленный раствор достигает долота. В процессе заполне­ ния затрубного пространства утяжеленным буровым раство­ ром давление на дросселе регулируется таким образом, чтобы полученное промежуточное давление циркуляции поддержи­ валось постоянным до выхода утяжеленного бурового раство­ ра на устье скважины. Затем начинают новый цикл циркуля­ ции и увеличения плотности бурового раствора.

На каждом последующем цикле промывки давление в бу­ рильных трубах регулируется дросселем в соответствии с гра­ фиком, пока раствор с данным приращением плотности не до­ стигнет долота. Промежуточные значения давлений должны соответствовать текущим значениям графика. В процессе за­ полнения затрубного пространства раствором данной плотно­ сти установившееся давление циркуляции в бурильных трубах поддерживают постоянным с помощью дросселя.

В последнем цикле промывки, когда буровой раствор с ко­ нечной плотностью достигает долота, давление в бурильных тру­ бах должно соответствовать конечному давлению циркуляции. До полного заполнения скважины этим раствором давление на дросселе регулируется таким образом, чтобы полученное конеч­ ное давление циркуляции поддерживалось постоянным.

Когда утяжеленный буровой раствор начнет выходить из скважины, останавливают циркуляцию и закрывают устье скважины. В закрытой скважине избыточное давление в бу­ рильных трубах и в затрубном пространстве должны быть рав­ ны нулю

Ризт = Pmii =0 (проверка окончания глушения).

Преимущества метода:

— минимальное время простоя скважины без промывки: —вымыв флюида утяжеленным буровым раствором обеспе­

чивает снижение максимальных давлений в скважине по срав­ нению с методом бурильщика, в среднем на 10—15%.

Недостатки метода:

— сложность практического применения, так как требует проведения сложных расчетов и построения графика измене­ ния давления при повышенной плотности

670