книги / Технология бурения наклонно направленных скважин с большим отклонением забоя от вертикали

Таблица 7.6

Нагрузка на крюке при подъеме (спуске) обсадной колонны в наклонной скважине с большим отклонением ствола от вертикали (при различных значениях коэффициента трения)

Пр и м е ч а н и е : 1. Параметры четырехинтервального профиля НСБО приведены в табл. 4.2.

2.Обсадная колонна 0 244,5 мм толщиной стенки - 11,9 мм, марки стали V-150 (Р-110) вес 1 п.м. трубы - 68,73 кг/м.

3.Глубина спуска колонны - 7333 м.

тойчивости горных пород верхней части стратиграфического разреза скважины. В связи с чем на интервале спуска этих колонн предусма­ тривается малоинтенсивный набор кривизны не более ia< 1710 м (ра­ диус искривления R > 573 м). При спуске обсадной колонны 0 244,5 мм и «хвостовика» 0 177,8 мм проблемой является интенсивный рост сил сопротивления по мере увеличения глубины скважины и связанный с ним риск недоведения колонн до проектных глубин. При подъеме обсадных колонн нагрузка на крюке может достигнуть величины, превышающей допустимые нагрузки на вышку, буровое оборудова­ ние. В табл. 7.6. приводятся результаты расчета Т% и Т% обсадной

колонны 0 244,5 мм, спускаемой на глубину 7333 м.

Параметры профиля скважины на интервале спуска колонны представлены в табл. 4.2 и на рис. 7.1. Из данных табл. 7.6 видно, что при коэффициенте трения ц = 0,35 Т% достигает большой величи­

ны - 476979 кгс, в то время, как при спуске колонны, силы трения уменьшают продольную составляющую (величину движущей си­ лы) веса обсадной колонны до 18812,5 кгс. Из приведенных данных видно также, что применение бурового раствора с р. = 0,15 в зна­ чительной степени решает проблему. Значение Т% уменьшается

примерно на 200000 кгс, а Т ££ возрастает до 87341,6 кгс, т.е. почти

в 4,83 раза.

Результаты расчета нагрузки на крюке Т% при спуске «хвосто­

вика» диаметром 177,8 мм на бурильных трубах диаметром 127 мм представлены в табл. 7.7. Интервал спуска «хвостовика» включает длину горизонтального ствола скважины = 1000 м и длину ствола от кровли до середины продуктивного пласта /б = 150 м. На осталь­ ной части ствола скважины от устья до кровли пласта длиной 7233 м внутри технической колонны диаметром 244,5 мм устанавливаются бурильные трубы 0 127 мм (см. рис. 7.1). Анализ результатов расче­ та Гкр показывает, что если при |х = 0,35 колонна практически ос­

танавливается в своем движении по стволу, то при ц = 0,15 =

= 37890 кгс, что обеспечивает спуск колонны до проектной глубины. Здесь следует отметить, что исходя из практических соображений, для принятых условий строительства горизонтальной скважины ре­ комендуется определить предельное минимальное значение остаточ­ ного веса на крюке для случая преодоления «посадки» колонны при спуске в пределах 10000-15000 кгс.

185

7.4.Применение метода спуска обсадной колонны в режиме флотации

Впоследние годы в связи с возрастающим объемом бурения НСБО, в том числе с горизонтальным стволом в продуктивном пла­ сте, с целью уменьшения отрицательного влияния сил трения (со­ противления) при спуске обсадных колонн, широкое применение по­ лучил метод флотации [11, 81], основанный на использовании вы­ талкивающей (архимедовой) силы. При этом методе нижняя часть колонны, заполненная воздухом, отделяется от верхней части, запол­ ненной буровым раствором расчетной плотности, специальной за­ глушкой (мостовой пробкой). Низ обсадной колонны, естественно, оснащен обратным клапаном. Длина нижней части колонны от об­ ратного клапана до мостовой пробки - /оыт является искомой длиной, обеспечивающей выталкивающую силу FBbn, которая равна по величи­

не и направлена в противоположную сторону суммарной силе трения

ЗДр от действия веса колонны F ^ на длине горизошального ствола

где d„ioK - наружный диаметр обсадной колонны, м; рв/р - плотность бурового раствора в скважине, кг/м3. Для принятых условий спуска «хвостовика» 0 177,8 мм при рб/р = 1200 кг/м3 по формуле (7.30), имеем:

F.uг = 0,785 • 0,17782 • 1200 • / ВЬ1Т= 29,78/ ВЬ1Г.

F ^ определяется по формуле:

(7.31)

где qo/K- вес 1 п.м. обсадной трубы 0 177,8 мм с толщиной стенки 5 = 9,2 мм; qo/к = 38,7 кгс/м; /гор = 1000 м; ц = 0,35. Тогда по формуле (7.31) имеем:

/г # = 0,35 • 38,7 • 1000 = 13545 кгс.

186

F ^ определяется по формуле:

где */В||/ок - внутренний диаметр обсадной трубы, dMI/0K= 0,1594 м. По формуле (7.32) имеем:

F%p= 0,785 • 0,15942 -1200(1000 - / ж ) ■0,35 = 8,377 - 8,377/выг,

Е Гтр = + F% = 13545 + 8377 - 8,377/выт = 21922 - 8,377/выг .(7.33)

Приравнивая (7.30) и (7.33), решая относительно 1 ^ получим:

29,78/выг = 21922 - 8,377/„, откуда

/ вит ~ 21922- = 574,52 м. 38,157

Таким образом, для обеспечения действия архимедовой силы пла­ вучести низа обсадной колонны, преодоления сип сопротивления дви­ жению колонны, низ «хвостовика» длиной /вмт = 574,52 м должен быть собран во время спуска колонны «пустым» незаполненным растворомс воздухом. При этом Ftvn по величине будет равна:

FBm= 29,78 • 574,52 = 17109 кгс.

Величина ЕДр = 21922 - 8,377 • 574,52 =21922-4813 = 17109 кгс.

Движущая сила - остаточный вес на крюке 2 Др, определяется, как Ту при спуске бурильной колонны на интервале ствола скважи­ ны от устья до глубины начала горизонтального ствола (от точки О до точки D) рис. 7.1 составляет 4220 кгс (табл. 7.8). Для увеличения ЕГтр внутрь бурильных труб закачивается буровой раствор большей плотности, чем раствор в скважине. Например, буровой раствор с Рб/р = 1500 кг/м3, вместо 1200 кг/м3. При необходимости повышения величины 27^ следует использовать буровой раствор еще большей плотности. На рис. 7.3 показан графический метод определения 1^.

187

Пример использования графика (рис. 7.3). Пусть задано = 500 м. Для определения /выт от точки А проводится линия АВ до пересече­ ния с ХГтр(т. В) и далее до пересечения с линией FBbIT(т. С). При этом ИДр = FBbn= 7753кгс. Затем от точки С проводится линия СД до пе­ ресечения с осью абсцисс, на котором фиксируется точкаД соответ­ ствующая искомой величине /вьгг = 300 м.

Метод флотации был успешно применен [11] при спуске 244,5 мм обсадной колонны в наклонную скважину глубиной 6500 м без за­ полнения колонны буровым раствором. Наружное сминающее дав­ ление оказалось меньше прочности колонны.

7.5.Выводы

1.Выведены формулы для определения растягивающих нагру­ зок, действующих на бурильную (обсадную) колонну в точках изме­ нения траектории профиля, и результирующей нагрузки на крюке при производстве спуско-подъемных операций в НСБО с горизонталь­ ным окончанием ствола в продуктивном пласте.

2.Получены зависимости нагрузки на крюке при подъеме-спус­ ке бурильной (обсадной) колонны в зависимости от радиуса искри­ вления, величины зенитного угла, глубины точки зарезки НСБО, на основе которых представляется возможность произвести выбор ти­ па буровой установки по грузоподъемности, выбор параметров кон­ струкции бурильной (обсадной) колонн по прочности на растягива­ ющие нагрузки.

3.Рассмотрены возможности применения метода флотации, ос­ нованного на использовании выталкивающей (архимедовой) силы для уменьшения величин сил.

4.В данной главе результаты расчетов нагрузок (усилий) на крю­ ке по размерностям представлены не в системе «СИ», а в «КГС» - в виде удобном для практических расчетов.

189

ГЛАВА 8. ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ КОЛОННЫ - ПОТАЙНОЙ КОЛОННЫ («ХВОСТОВИКА»)

В НАКЛОННОЙ СКВАЖИНЕ С БОЛЬШИМ ОТКЛОНЕНИЕМ СТВОЛА ОТ ВЕРТИКАЛИ

В практике строительства глубоких нефтегазовых скважин в ка­ честве эксплуатационных колонн часто используются потайные колон­ ны (хвостовики), обсадные колонны, спускаемые на бурильных трубах.

Технологический процесс цементирования потайных колонн в общем виде мало отличается от цементирования сплошных обсад­ ных колонн. Однако режим цементирования потайных колонн име­ ет специфические особенности, в наибольшей степени отличающие­ ся в наклонной скважине с большим отклонением ствола от вертика­ ли. В НСБО по мере увеличения отклонения ствола от вертикали (Л), естественно, возрастает глубина скважины по длине ствола (I), вслед­ ствие чего при постоянных значениях глубины скважины по верти­ кали (Я), пластового давления / V и давления гидроразрыва Рг/разр. при движении жидкости в кольцевом пространстве возникают гидра­

влические сопротивления Р ^ р , которые в сумме с гидростатическим

давлением составного столба тампонажного и бурового растворов

Prfa создают репрессии на пласт Ррепр., достигающие предельных

значений, могущих привести к гидроразрыву пласта.

Под действием репрессионного давления (перепада давления в системе скважина - пласт) происходит проникновение фильтрата ра­ створа в пласт и его загрязнение, что приводит к затруднениям при освоении скважины и уменьшению ее дебита. Известно, что степень загрязнения пласта характеризуется показателем - Скин-Эффект (S K ).

В работах [28, 51] приводится оценка влияния на S K ряда фак­ торов, среди которых выделяют РреПр.- Несмотря на то, что на слож­ ный технологический процесс цементирования скважины влияет мно­ жество факторов, тем не менее, следует считать, что влияние РреП. действительно является превалирующим. В связи с этим при реше­ нии проблемы повышения качества цементирования потайных ко­ лонн в НСБО особое внимание уделено управлению величиной РрепрПонятно, что чем меньше величина Ррепр., тем меньше глубина про­ никновения фильтрата раствора в пласт - Рф. Вместе с тем величина Рф должна быть меньше, чем глубина проникновения заряда перфо­ ратора /перф. в пласт [52]. По данным [53] современные конструкции

190