- •Кафедра нефтегазового промысла
- •Приложения
- •Введение
- •Общие понятия о строительстве скважины
- •Породоразрушающие инструменты
- •Забойные двигатели
- •Бурильная колонна
- •Разрушение горных пород
- •Промывка скважин и промывочные жидкости
- •Осложнения в процессе углубления скважины
- •Основы гидравлических расчетов в бурении
- •Регулирование направления бурения скважины
- •Первичное вскрытие продуктивных пластов
- •Опробование перспективных горизонтов
- •Крепление скважин
- •Цементирование скважины
- •Освоение и испытание скважин
- •Основы безопасности исполнителей буровых работ и защиты окружающей среды
- •Методические указания установление границ прихвата и прихватоопасной ситуации
- •Буровое и цементировочное оборудование
- •Установки для бурения скважин в акваториях и в открытом море
- •Документация на строительство скважины
- •Технико-экономические показатели строительства скважин
- •Контрольные задания
- •Методические указания
- •Выбор высоты подъема тампонажного раствора и конструкции забоя скважины
- •Методические указания Выбор конструкций скважины
Методические указания
При течении промывочной жидкости ( бурового раствора) в циркуляционной системе скважины возникают значительные гидравлические потери Они обусловлены трением жидкости о стенки трубопровода и слоев жидкости друг о друга. А также сопротивлениями в местах резкого изменения скорости течения ( бурильные замки, долотные насадки, краны, задвижки и т.д.).
Сумма потерь давления в циркуляционной системе
Резерв давления на долоте:
где – рабочее давление на насосах, Па;
-потери давления в наземной обвязке (манифольд,стояк,буровой шланг)
;
Q - подача насосов, м3 / с;
- давления в бурильной колонне, Па;
–потери давления в кольцевом пространстве за бурильными трубами,Па;
- потери давления в трубах на замках, Па.
- потери давления на замках в кольцевом пространстве, Па
Средневзвешенный диаметр насадок долота расчитывается по формуле :
, мм
где – суммарная площадь насадок на долоте, м2
Наружный диаметр обсадных колонн, мм 219, 245 273, 299 325, 351 376, 426
Минимальный зазор, мм 28—30 30—45 35—45 45—50
Указанные величины зазоров на конкретных месторождениях уточняются в зависимости от длины интервала выхода из-под башмака предыдущей колонны, степени искривления ствола скважины, степени совершенства технологии, обученности бригад и других факторов.
Выбор высоты подъема тампонажного раствора и конструкции забоя скважины
Высота подъема тампонажного раствора в затрубном пространстве определяется на основании действующих инструктивных и методических материалов. Высоту подъема устанавливают исходя из геологических особенностей месторождения: за кондукторами — до устья скважины; за промежуточными колоннами нефтяных скважин с проектной глубиной до 3000 м — с учетом геологических условий, но не менее 500 м от башмака колонны; за промежуточными колоннами разведочных, газовых скважин независимо от глубины и нефтяных скважин с проектной глубиной более 3000 м — до устья; за эксплуатационными колоннами нефтяных скважин — с учетом перекрытия башмака предыдущей колонны не менее чем на 100 м.
Последнее условие распространяется на газовые и разведочные скважины при условии осуществления мероприятий, обеспечивающих герметичность соединений обсадных колонн. Во всех остальных случаях тампонажный раствор поднимают до устья скважины.
Основные факторы, определяющие конструкцию забоя — это способ эксплуатации объекта, тип коллектора, механические свойства пород продуктивного пласта и условия его залегания. Под конструкцией забоя понимают сочетание элементов крепи скважины в интервале продуктивного объекта, обеспечивающих устойчивость ствола, разобщение флюидосодержащих горизонтов, проведение технико-технологических воздействий на пласт, ремонтно-изоляционные работы, а также длительную эксплуатацию скважины с рациональным дебитом.
Выбор конструкции забоя скважины регламентируется РД 39-2-771—82 «Методика обоснования выбора конструкции забоев нефтяных добывающих скважин», которая распространяется на вертикальные и наклонные скважины с кривизной ствола в интервале продуктивного объекта до 45 град.
Однородным коллектором считают пласт, который по всей мощности литологически однотипен, имеет примерно равные фильтрационные показатели и пластовые давления в про-пластках, насыщен однородным флюидом. Пределы изменения проницаемости пород в пропластках не должны выходить за границы одного из следующих шести классов: 1) К >1; 2) К=0,5-:-1,0; 3) К=0,1-:-0,5; 4) К-0,05-:- 0,1; 5) К=0,01-:-0,05; 6) К = 0,001-:-0,01 мкм2.
, м2
Для того, чтобы рассчитать потери давления в циркуляционной системе, необходимо выбрать тип и подачу бурового насоса ( из таблицы).
, м3/с
где - скорость бурового раствора . м/с и площадь кольцевого пространства , м2.
Скорость раствора выбираем из условия ,
где - скорость осаждения частицы в буровом растворе
, м/с
Число Рейнольдса
Число Хедстрема
Число Архимеда
Если , то принимаем
Определяем расход бурового раствора необходимого для выноса шлама
,
где площадь кольцевого пространства скважины.
Определив расход, из таблицы приложений выбираем насос и по его расходу корректируем скорость бурового раствора - .
Далее определяем критическое число Рейнольдса
Рассчитываем Число Рейнольдса при течении в трубах
Если - режим течения турбулентный и потери давления в трубах рассчитываются по формуле
на совмещенный график наносят точки Впл и Bгр для каждого выделенного интервала и строят ломаную линию градиентов (1—19— точки градиентов пластовых давлений, 20— 39—точки градиентов давлений гидроразрыва); параллельно оси ординат проводят линии АВ, ЕF, КL и ОР касательно к крайним отрезкам ломаной линии градиентов пластового давления и линии СD, GН, МN QS
касательно к крайним отрезкам ломаной линии градиентов давления гидроразрыва;
выделенные зоны АВDС, ЕFНG, КLNМ, ОРSQ – это зоны совместимых условий бурения; линии АВ, ЕF, КL, ОР определяют граничные условия по пластовым давлениям для соответствующих интервалов разреза, а линии СD, GН, МN, QS — по давлениям гидроразрыва; перечисленные линии являются крайними значениями градиентов Вбр гидростатических давлений (или плотности бурового раствора); зоны совместимых условий бурения являются зонами крепления скважин обсадными колоннами; соответственно число зон определяет число обсадных колонн.
Глубина спуска обсадной колонны (установки башмака) принимается на 10—20 м ниже окончания зоны крепления (зоны совместимых условий), но не выше глубины начала следующей зоны совместимых условий. Плотность бурового раствора, применяемого при бурении, в данной зоне крепления, должна находиться в пределах зоны совместимых условий и удовлетворять требованиям «Единых технических правил ведения работ при бурении скважин».
Глубина спуска эксплуатационной колонны определяется местоположением продуктивных пластов, способами заканчивания и эксплуатации скважины, а также конструкцией забоя.
Диаметры обсадных колонн и долот выбирают снизу вверх, начиная с эксплуатационной колонны. При заканчивании скважины открытым стволом выбор диаметров обсадных колонн (и долот) начинается с открытой части ствола.
Диаметр эксплуатационной колонны зависит от способа заканчивания скважины, условий ее эксплуатации и задается заказчиком на буровые работы. При этом учитывают вид добываемого из недр продукта, ожидаемый дебит, пластовое давление, современные методы проведения геофизических, ремонтных и ловильных работ, размеры инструмента и устройств, перемещаемых в обсадной колонне в процессе бурения. В качестве эксплуатационных колонн для нефтяных месторождений используются обсадные трубы диаметрами 114, 127, 140, 146 и 168 мм. Для газовых скважин нередко применяют эксплуатационные колонны и большего диаметра—219 мм и более.
Наиболее значимые требования, по которым определяется диаметр эксплуатационной колонны, диктуются условиями надежной эксплуатации скважины (добыча нефти или газа, разобщение продуктивных горизонтов и изоляция их от других горизонтов, закачивание агентов в пласты).
Диаметры промежуточных обсадных колонн, а также кондуктора и направления выбирают в соответствии с величиной кольцевого зазора между долотом и спускаемой обсадной колонной и кольцевого зазора между обсадной колонной и спускаемым в нее долотом для бурения последующего интервала (не менее 3—5 мм на сторону).
Наружный диаметр обсадных колонн, мм 114, 127 141, 146, 159 168, 194
Минимальный зазор, мм 10-15 15—20 20-25
,
где λ – коэффициент гидравлических сопротивлений
,
где шероховатость стенок труб ( принять)
В случае ламинарного течения .
При расчете гидравлических потерь в кольцевом пространстве в формулы вместо подставляют диаметральный зазор.
Определив сумму гидродинамических потерь, выбираем ( при заданных параметрах скважины и бурового насоса) из таблицы приложений турбобур и определяем потери давления на нем
,
где справочные данные турбобура при номинальном режиме его работы на жидкости известной плотности.
Если резерв давления на долоте 12 МПа, то возможно осуществление гидромониторного эффекта.
Находим потери давления в насадках долота
,
где .
Если сумма потерь , то следует выбрать буровой насос с другой подачей ( расходом) и повторить расчет.
Определим скорость истечения раствора из насадок долота
.
Задача №2
Выбрать конструкцию скважины и изобразить её с помощью совмещённого графика давлений согласно индивидуальному заданию. Исходные данные выбрать из таблицы 2.
Рисунок 1 - Совмещенный график давлений для выбора конструкций скважин
Линии изменения Впл, Bгр, Вбр определяют зоны совместимости внешних условий и значений одного из основных параметров бурового раствора—его плотности (рис. 1).
Зоны совместимости определяют число обсадных колонн и глубины их спуска. С этой целью:
по литологической характеристике разреза выделяют интервалы с однородной характеристикой пластовых давлений и давлений гидроразрыва;
Таблица 2
Предп. цифра Шифра |
Глубина скважины, м |
Посл.цифраа цифра цифра шифра
|
Пластовое давление, Мпа |
Давление гидроразрыва, МПа | |||||||||
h1 |
h2 |
h3 |
h4 |
Р1пл |
Р2пл |
Р3пл |
Р4пл |
Р1гр |
Р2гр |
Р3гр |
Р4гр | ||
0 |
2100 |
3100 |
4000 |
5000 |
0 |
29 |
42 |
45 |
60 |
41 |
45 |
48 |
67,5 |
1 |
1800 |
2900 |
4200 |
2800 |
1 |
25 |
37 |
46 |
55 |
39 |
43 |
52 |
63,5 |
2 |
1500 |
2500 |
3400 |
4500 |
2 |
20 |
32 |
38 |
53 |
32 |
36 |
43 |
62,0 |
3 |
2000 |
3000 |
4000 |
4900 |
3 |
30 |
43 |
46 |
61 |
42 |
46 |
49 |
68.5 |
4 |
1900 |
2900 |
3900 |
4800 |
4 |
27 |
40 |
43 |
58 |
39 |
42 |
46 |
64,5 |
5 |
2200 |
3200 |
4100 |
5000 |
5 |
28 |
41 |
44 |
58 |
40 |
44 |
47 |
55,5 |
6 |
1700 |
2800 |
3900 |
4700 |
6 |
24 |
36 |
45 |
54 |
38 |
42 |
51 |
62,5 |
7 |
2000 |
2900 |
3800 |
4500 |
7 |
30 |
42 |
45 |
58 |
43 |
47 |
50 |
65,0 |
8 |
1600 |
2700 |
3600 |
4300 |
8 |
22 |
31 |
36 |
50 |
31 |
35 |
40 |
57,5 |
9 |
1300 |
2800 |
3900 |
4600 |
9 |
15 |
39 |
44 |
59 |
28 |
44 |
48 |
66,5 |