pdf.php@id=6169

Присутствиегазавглинистомрастворе

Если в глинистом растворе присутствует газ, нельзя принимать при расчетах давление, создаваемое раствором с удельным весом у, замеренным на поверхности, потому что объем газа меняется с давле­ нием и предполагаемая плотность смеси газ — глинистый раствор изменяется с глубиной.

Содержание газа в единице объема глинистого раствора на поверх­ ности составляет:

где а представляет концентрацию газа, содержащегося в единице объема, в %; у — удельный вес дегазированного глинистого раствора; YJ — удельный вес глинистого раствора с примесью газа (замеренный на поверхности).

Изменение элементарного давления составляет:

dp = l0 yxdx>

где р — давление, создаваемое столбом глинистого раствора; у* — удельный вес смеси глинистый раствор — газ, подверженной соот­ ветствующему давлению; х — глубина.

Y« = Y - 4 7 .

Константа определяется при условии: х — 0, р — \ ,‘

* = - у [a lnp + (p — 1)].

Расчет, проведенный при условии: у = 1,5; а — 40%, показывает,

раствора.

Приведенный расчет является приближенным, так как: невозможно точно измерить величину «а» путем определения удель­

ных весов, ибо часть газа будет теряться на устье скважины или во время измерений;

в момент, когда происходит газирование глинистого раствора, вёличина концентрации а неизвестна;

не учитывалось отклонение от закона Бойля — Марпотта.

Все же при помощи приведенной формулы можно установить, что при расчете веса столба глинистого раствора по удельному весу, замеренному на поверхности, получается большая ошибка.

101

Разбуривание пластов с высоким давлением

В процессе бурения в пластах высокого давления газ, содержа­ щийся в порах разрушенного песчаника, увлекается глинистым раствором при его движении к устью скважины, а объем газа воз­ растает обратно пропорционально давлению, развиваемому столбом глинистого раствора.

Если механическая скорость бурения велика, то объем газа, увлекаемого на поверхность, может стать очень большим, что вызывает осушение ствола скважины и соответственное уменьшение давления, создаваемого столбом глинистого раствора на забой.

Количество газа, выносимого на поверхность в единицу времени:

1 н м3 сжиженного газа при атмосферном давлении и 38° С зани­ мает объем 224,7 м 3.

По мере того, как пласт разбуривается долотом, газ увлекается потоком глинистого раствора на поверхность. Скорость, с которой газ выносится на поверхность, и кажущийся удельный вес глини­ стого раствора с примесью газа, замеренный на поверхности, за­ висят от производительности буровых насосов, т. е.

Y Q

Т‘“ -3+ЗР

где Q — производительность насоса в ж3!мин; у — удельный вес дегазированного глинистого раствора; ух — удельный вес глинистого

102

Подъем колонны бурильных труб

При подъеме колонны бурильных труб уровень глинистого рас­ твора в стволе скважины падает. В приводимых табличных данных показано влияние осушения ствола скважины для глубины 2000 м.

Для предотвращения этого явления необходимо поддерживать ствол скважины во время подъема в заполненном состоянии.

На величину забойного давления в скважине влияют и другие факторы. Так, например, измерение забойных давлений показало, что исключительное значение имеет скорость подъема труб. В 6" колонне с 3 V2" бурильными трубами получены следующие резуль­ таты:

при скорости подъема, равной 0,89 м/сек, уменьшение забойного давления составило 19,25 am;

при скорости подъема, равной 0,45 м/сек, уменьшение забойного давления составило 18,2 am.

Попытки компенсировать эти потери давления подачей тяжелого глинистого раствора по бурильным трубам перед началом подъема не дали положительных результатов. Понижение забойного давления связано с тиксотропией глинистого раствора и, как следствие, подтверждает эффект глубины погружения колонны бурильных труб в глинистый раствор.

Площадь сечения кольцевого пространства между бурильными трубами и стенками скважины также влияет на уменьшение давления на забой. Это видно из таблицы, приведенной ниже (для глубины 300 м).

103

Для различных длины и диаметра утяжеленных бурильных труб, находящихся в 10э/4" колонне длиной около 300 м, найдены экспериментальным путем следующие изменения забойного давле­ ния во время подъема: утяжеленные трубы нормальные — 1,68, 2,17 и 2,73 атп] утяжеленные бурильные трубы с увеличенным про­ ходным диаметром — 2,1, 2,59 и 2,8 am.

В заключение можно отметить, что поршневой эффект всасыва­ ния, наблюдаемый в скважине при подъеме инструмента, произ­ водится не какой-то определенной частью колонны бурильных труб, а всем инструментом в целом.

Кроме того, необходимо напомнить, что наибольшее число воз­ никающих проявлений в скважинах происходит во время спуско­ подъемных операций; поршневой эффект, связанный с наличием сальника на долоте или на инструменте, усугубляет это явление и приводит к более тяжелым осложнениям.

Во время подъема инструмента благодаря наличию сопротивле­ ния сдвигу в глинистом растворе часть раствора увлекается инстру­ ментом, вызывая уменьшение давления на забой.

где т — сопротивление сдвигу глинистого раствора; D — диаметр ствола скважины; d — диаметр колонны бурильных труб.

Разгазирование глинистого раствора во время продолжительных остановок

Эффект разгазирования раствора является результатом диф­ фузии газов. Этим явлением можно пренебречь в процессе собственно бурения. Однако разгазирование раствора может проявиться во время остановок; при восстановлении циркуляции могут произойти проявления скважины. На практике отмечены скопления газа под башмаком колонн, зацементированных в газонасыщенных гори­ зонтах, во время ожидания затвердевания цемента.

Разгазирование глинистого раствора описываемого вида про­ исходит в скважине несмотря на то, что давление гидростатического столба намного выше пластового давления.

Диффузия газов объясняется замещением, вызванным водо­ отдачей раствора, и турбулентными процессами вследствие вращения долот и является более интенсивной в непосредственной близости

кзабою, где глинистая корка еще окончательно не сформировалась.

Вкавернозных породах диффузия газов преобразуется в простой

процесс замещения газа, насыщающего эти формации глинистым раствором, проникающим из ствола скважины.

В связи с уходом глинистого раствора (падением уровня в кавер­ нозные породы) может возникнуть аварийное проявление катастро­ фического характера.

104

Другим критерием определения коэффициента запаса при введе­ нии нефти в ствол скважины является необходимость предотвраще­ ния опасности проявления в случае прихвата инструмента.

Максимальные давления

Для предотвращения проявления пластов с высоким давлением применяют глинистые растворы с большим удельным весом, а для предохранения от уходов утяжеленных растворов перед вскрытием пластов с высоким давлением крепят ствол скважины. Возникает вопрос, какое максимальное пластовое давление можно уравновесить

впроцессе бурения?

Сточки зрения приготовления глинистого раствора проблема решается использованием уже известных утяжелителей.

Поскольку горное давление за счет собственного веса пород, дает градиент давления от 0,23 до 0,24 кГ/см2 (по сравнению с 0,1 кГ/см2, создаваемым столбом воды), нельзя превышать удельный вес глинистого раствора более 2,4 г/см3, так как на стенке ствола скважины создается давление, равное или даже превышающее величину давления, создаваемого средним весом соответствую­ щих пород.

В пределах этих давлений возможен разрыв формаций, сопровождающийся потерями глинистого раствора.

Сохранять в рабочем состоянии такой глинистый раствор со сверх высоким удельным весом очень дорого по причине быстрогороста вязкости.

Самое высокое пластовое давление, известное в мире, на скв. 9А Me. Carthy — Blue Lake Field — Brazoria и County, Texas заре­

диаметром 251 мм', 572" колонна до глубины 3367 м в стволе диа­ метром 165 мм.

Вначале глинистый раствор был удельного веса 1,14 г/см3, но на глубине 3050 м его утяжелили до 1,3 г/см3', ниже башмака 75 8" ко­ лонны на глубине около 3250 м был встречен водяной пласт высокогодавления, который пробурили с применением утяжеленного гли­ нистого раствора с удельным весом от 1 £ г/см 3 и вязкостью 45 сек. до 1,8 г/см3 и вязкостью 60 сек. по СПВ; содержание соли в нем было 40 кг на 1 ле3.

На глубине 3350 ж, когда удельный вес глинистого раствора был 1,82 г/см3, произошел сильный выброс; давление на превентере

1 Более высокое давление 675 am отмечено в скв. 3 Лак (Франция) в 1952 г.

105

Колонна несколько растягивается (около 0,1 ж), затем удаляют шарниры и выпрессовывают конус, создавая насосами давление между колоннами.

Герметизация кольцевого пространства (зажим на бурильных

к которому присоединен манифольд нагнетания. Конструкция манифольда должна обеспечить возможность создания противодавления, т. е. циркуляции через штуцер и заполнение ствола скважины, а также закачки в кольцевое пространство (рис. 30).

Все вентили должны быть изготовлены на выдерживание высокого давления.

Полное закрытие достигается превентером D (рис. 26). Он имеет аналогичную конструкцию с превентером для закрытия на буриль­ ных трубах. Отличие состоит только в конструкции плашек, имею­ щих плоские фронтальные поверхности.

108

Переходная катушка Е к колонне (рис. 26) для превентеров больших диаметров предусматривает фланец в верхней части и резьбу в нижней части для прямого присоединения к муфте колонны. Для превентеров малого диаметра катушка имеет фланец и в ниж­ ней части, присоединяющийся к фланцу колонны для герме­ тизации.

Переходная катушка для

-присоединения к колонне пред­ ставляет собой самое слабое звено всего противовыбросного приспособления, так как изго­ тавливается из трубы, проч­ ность [которой даже при боль­ шой толщине стенок невоз­ можно сравнивать с прочностью

системы и производя систематические опрессовки всего превентерного хозяйства.

Рассматривая ранее приведенную схему, заметим, что при про­ явлении скважины, когда инструмент поднят на поверхность, можно полностью закрыть скважину превентером. Однако в этом случае нет возможности закачивать глинистый

Описанная конструкция превентерного хозяйства проста, прочна и достаточно надежна, но все же содержит некоторые недостатки, которые устранимы.

jwh Так, верхняя крестовина под накидной конус-пробкой имеет отвод только с одним вентилем, поэтому в случае поломки нельзя поль­ зоваться конусом, который является фактически самым прочным звеном из всего комплекса приспособлений. Установка второго вентиля приводит к большим нагрузкам на резьбовое соединение •отвода.. Помимо этого, малая высота приспособления не позволяет

109

применять больших объемов закачки, вследствие опасения вызвать обратный уход глинистого раствора в приемные емкости скважины.

С этой точки зрения наиболее приемлемая схема монтажа будет следующая: отвод присоединяется к нагнетательному манифольду согласно рис. 32.

Для обеспечения стока глинистого раствора к виброситу высота, на которой должен монтироваться манифольд, должна быть равной 1,3 м над поверхностью земли. С этой целью вентиль на отводе верх­ ней крестовины противовыбросного приспособления заменяют проб­ кой. Вентиль монтируется только на выходе из крестовины размером

Ч

Рис. 32. Отвод через майифольд давления.

3", а за ним ставятся два регулируемых пиуцера. Это осуществляется путем подъема крестовины между поперечными балками основания вышки.

Закрывают кольцевое пространство в исключительных случаях. Частое пользование превентером не рекомендуется, так как рези­ новая прокладка при спуско-подъемных операциях изнашивается вследствие малой поверхности соприкосновения.

В случае выброса поступают следующим образом: останавливают насосы и закрывают плашки В на бурильных трубах. Если операция точно и правильно выполнена, то одновременно с закрытием превентера бурильные трубы центрируются противовыбросной систе­ мой. Затем монтируют накидной конус, затягивают запорную гайку, открывают плашки на бурильных трубах, вследствие чего раствор продолжает циркулировать по отводу или через штуцер в зависи­ мости от положения. При этом колонной бурильных труб маневри­ руют для предотвращения возможного прихвата.

Характеристика обычных превентеров приводится в табл. 18. Идеальной противовыбросной установкой считается та, которая может сработать немедленно и закрыть сечение любого вида, позво­ ляет маневрировать колонной бурильных труб и создает большую безопасность вследствие малого числа конструктивных элементов. Такая установка до настоящего времени еще не создана, но представляет серьезную задачу для машиностроительных заводов.

110