Технологические свойства

Лекция №3-4. Технологические свойства – это те свойства, которые определяют эффективность выполнения ими основных технологических функций: - очистка ствола, движение по стволу; - удаление шлама с забоя; - охлаждение; - закрепление стенок (неустойчивых пород); - снижение сопротивлений при движении бурового инструмента (снижение трения); - и т.д. Плотность – основной параметр, обеспечивающий компенсации пластового давления () и бокового, при нарушении устойчивости стенок скважины (). а) Пластовое давление Условие равновесия – недопущения проявлений пластового флюида: При увеличении – горного давления – оно действует на нижележащие слои. Если оно не превышает предела прочности скелета горной породы (с учетом гидростатического давления , т.е. , то порода нижних слоев устойчива и стенки не подвергаются деформационному разупрочнению, нет потери устойчивости стенок. Если для кого-то интервала пород , то порода начинает разрушаться и выдавливаться из стенок скважины в ствол – проявляется – боковое давление – выдавливается горная порода т.е. гидростатического давления недостаточно для компенсации . б) Боковое давление Условие устойчивости стенок: тогда: Если =1, то Параметры, определяемые плотностью раствора 1. Коэффициент аномальности: 2. Индекс давления поглощения: 3. Зависимость (по опытным данным): 4. Относительная плотность: 5. Относительная минимальная плотность: – коэффициент запаса, 6. Относительная максимальная плотность: – репрессия, В соответствии с «Едиными правилами безопасного ведения буровых работ» 7. Плотность раствора для вскрытия продуктивного пласта: – коэффициент безопасности, 8. Градиент пластового давления: Если: • – АВПД () • – норма () • – АНПД () 1. Превышение (репрессия) пластового (порового) давления (для расчета ) № п/п Глубина (интервал) скважины, м Превышение, % Репрессия , МПа 1 до 1200 м 10-15 не более 1,5 МПа 2 до 2500 м (1200 м – 2500 м) 5-10 не более 2,5 МПа 3 более 2500 м (интервал от 2500 м) и до проектной глубины 4-7 не более 3,5 МПа т.е. МПа глубина до 1200 м глубина более 2500 м 2. При расчетах , (это от 4 до 15%) 3. При расчетах , К выбору плотности буровых растворов По «Правилам безопасности в нефтяной и газовой промышленности», действующих с 1998 г. в РФ, плотность буровых растворов в интервалах совместимых условий бурения должна определяться исходя их расчета создания их столба гидростатического давления в скважине, превышающее пластовое (поровое) давление на величину: • 10 – 15 % для скважины глубиной до 1200 м, но не более 1,5 МПа; • 5 – 10 % для скважин глубиной до 2500 м (интервал от 1200 м до 2500 м), но не более 2,5 МПа; • 4 – 7 % для скважин глубиной более 2500 м (интервал от 2500 м и до проектной глубины), но не более 3,5 МПа. Пример: Определить регламентирующую плотность бурового раствора для бурения в интервале совместимых условий бурения на глубине от 2000 м до 2500 м, а продуктивный пласт с = 26МПа должен быть вскрыт на глубине 2250 м. 1. Величина плотности в эквиваленте пластового давления: Па – из условия равновесия если: – условие равновесия, т.е. эквивалентная пластовому давлению плотность бурового раствора исходя из пластового давления продуктивного коллектора для создания противодавления на продуктивный горизонт С учетом необходимого превышения давления по правилам безопасности (5 – 10 % → возьмем 7 %) (допустимо не более 2,5). Необходимо учесть по безопасности в расчетной плотности раствора: Для обеспечения безопасности (с учетом превышения 7 %): Параметр – градиент пластового давления используется при проектировании конструкции скважины, кроме того, еще учитывается величина давления гидроразрыва (поглощения) горных пород разреза. Аналогично градиент давления гидроразрыва пород: Необходимое количество обсадных колонн и глубину их спуска выбирают из условия предупреждения гидроразрывов пород и несовместимости определенных интервалов по условиям бурения. Единый принцип выбора конструкции скважины: При разработке рациональной конструкции глубоких скважин руководствуются следующими принципами: • получение наибольших скоростей бурения при наименьших объемах работ в промежуточных колоннах; • выбор минимально допустимых зазоров между колонной и стенками скважины; • обеспечение максимально возможного увеличения глубины выхода спускаемой колонны из-под предыдущей; • минимизация диаметра эксплуатационной колонны. Проектирование конструкции скважин производится в два этапа. На первом этапе обосновывается метод вхождения в пласт, количество обсадных колонн, глубины их спуска. На втором – размеры колонн, диаметры долот, интервалы цементирования. При этом следует учитывать накопленный опыт строительства скважин как в целом по региону, так и по рассматриваемому месторождению, а также принимать во внимание действующие на предприятии инструкции, регламенты и т.д. Необходимое количество из обсадных колонн и глубины их спуска выбирают из условия предупреждения гидроразрывов горных пород и несовместимости отдельных интервалов по условиям бурения. При этом вводится, единый принцип выбора конструкций скважин - совместимость отдельных интервалов геологического разреза по горно-геологическим условиям бурения. Под совместимостью бурения или, наоборот, под несовместимостью условий бурения понимают такое их сочетание, когда заданные параметры технологических процессов бурения нижележащего интервала вызывают осложнения в пробуренном вышележащем интервале, если последний не закреплен обсадной колонной, а проведение дополнительных специальных технологических мероприятий по предотвращению этих осложнений невозможно. Оптимальное число промежуточных обсадных колонн и глубины установки их башмаков при проектировании конструкции скважин определяются графически, по числу зон с несовместимыми условиями бурения, которые строятся сопоставлением градиентов пластовых давлений (gradРпл), давлений гидроразрыва (поглощения) пластов (gradРгр) gradPплz= , МПа/м В газосодержащем пласте и рассчитываются для кровли и подошвы пласта. Значения пластового давления для скважин, строящихся на разведанных площадях, берутся на основе данных по ранее пробуренным скважинам. По новым площадям данные могут браться по аналогии с другими месторождениями. - интервалы 1 и 2 являются несовместимыми, т.к. в 1-ом больше, чем во 2-ом, при совместном бурении будет разрыв пород 2-го интервала. - эти интервалы требуют спуска обсадной колонны. В скважинах с высоким пластовым давлением необходимо предупредить специфичные осложнения, происходящие при бурении и эксплуатации, а именно: • прорыв газа за эксплуатационной колонной, иногда переходящий в открытые фонтаны; • просачивание газа в межколонное пространство через резьбовые соединения труб; • межпластовые перетоки нефти и газа; • образование грифонов и другие осложнения. Интервалы совместимых условий бурения – это такие интервалы скважины, при совместном бурении в пределах которых не будут возникать осложнения: - гидроразрыв пород; - перетоки пластовых вод. – возможен гидроразрыв – интервалы несовместимых условий → необходимо разделить обсадными колоннами. После построения графика совмещенных давлений определяют плотность промывочной жидкости, по интервалам выделяя зоны с несовместимыми условиями бурения. Как правило, границы с несовместимостью условий бурения соответствуют глубинам спуска обсадных колонн. Относительная плотность промывочной жидкости определяется по уравнениям: ρотн= (1,00 ... 1,15) Ка приL ≤ 1200м, ∆Р ≤1,5 Мпа; ρотн= (1,05 ... 1,10) Ка при 1200 ≥ L ≤ 2500м, ∆Р ≤ 2,5 Мпа; ρотн= (1,03 ... 1,07) Kа при L> 1200м, ∆Р ≤3,5 Мпа. При этом репрессия (∆Р) не должна превышать превышать пределов, установленных для всего интервала совместимых условий бурения. На следующем этапе определяют способ вхождения в продуктивную залежь и конструкцию забоя. От этого зависят глубины спуска эксплуатационной и промежуточной колонн, а также их диаметры. Затем уточняют чисто обсадных колонн в зависимости от вида промывочной жидкости, от уровня используемой техники и технологии, которые позволяют допустить определенную степень риска и возможность преодоления некоторых осложнений. При выборе числа обсадных колонн следует учитывать устойчивость горных пород и необходимость перекрытия многолетнемерзлых пород. При бурении скважин в многолетних породах (а это около 40% территории РФ) башмак кондуктора должен устанавливаться в интервале положительных температур, в устойчивых пластах. Это необходимо для того, чтобы избежать проседания кондуктора при дальнейшем углублении скважины из-за растепления массива мерзлых пород теплой промывочной жидкостью. Важно помнить о наличии флюидов, агрессивных по отношению к промывочным жидкостям, обсадным трубам и тампонажным материалам. В случае проектирования поисково-разведочных скважин желательно предусмотреть возможность спуска резервной обсадной колонны для ликвидации неожиданно возникающих осложнений (течение пластичных пород, катастрофические поглощения и т.д.). После этого уточняют глубину спуска обсадных колонн, на которых устанавливается противовыбросовое оборудование. Она должна быть такой, чтобы на любом участке открытого ствола скважины давление в скважине было меньше, чем давление поглощения (гидроразрыва) пластов в этом же интервале с 10%-м запасом, т.е. Рпогл=1,1Рскв. Для этого рассчитывают распределение давления жидкости пластовым флюидом при закрытом устье. Если продуктивный или проявляющий пласт содержит нефть, давление насыщения которой меньше устьевого (Рн