Гидравлический расчет промывки скважины несжимаемой жидкостью

Точность гидравлического расчета процесса промывки скважи­ны зависит в первую очередь от достоверности исходной информации.

Некоторые исходные данные к расчету могут быть определены при­ближенно. К таким данным относятся: диаметр необсаженного ствола скважины, реологические свойства промывочной жидкости, шероховатость стенок труб и скважины и т.д. Поэтому при расчете следует пользоваться оценками, позволяющими удовлетворить всем технологическим и геологи­ческим условиям бурения. Так, оценкой снизу для гидродинамического дав­ления в кольцевом пространстве скважины, исходя из условий создания противодавления на продуктивные пласты, является гидростатическое дав­ление столба промывочной жидкости. Для оценки сверху распределения давлений, исходя из условия недопущения гидроразрыва (поглощения) пла­стов, и при определении давления в насосе целесообразно применять рас­четные соотношения и исходные данные, дающие несколько завышенные значения перепада (потерь) давления в различных элементах циркуляцион­ной системы.

При определении расхода промывочной жидкости, обеспечивающего очистку забоя и транспорт шлама в кольцевом пространстве, необходимо знать среднюю скорость течения жидкости в затрубном пространстве у_к, обеспечивающую вынос выбуренной породы из скважины. При промывке первых скважин на площади скорость у_к выбирают по расчету. По мере разбуривания площади и накопления опыта значение у_к может уточняться с учетом других факторов (тип разбуриваемых пород, способ бурения, кон­струкция долот и т.п.). Обычно эта скорость находится в диапазоне 0,7 — 1,4 м/с.

По известному значению у_к определяется расход О промывочной жид­кости, необходимый для выноса шлама:

(6.1)

где с1_с — диаметр скважины, м; й_н — минимальный наружный диаметр труб бурильной колонны, м.

Полученное значение О уточняется проверкой условия, обеспечиваю­щего очистку забоя от шлама:

(6.2)

где а = 0,35+0,5 м/с при роторном способе и электробурении; а = 0,5+ -ИЗ,7 м/с при бурении гидравлическими забойными двигателями.

При выборе диаметра цилиндровых втулок насоса значение О подби­рают, ориентируясь на вынос шлама, а диаметры цилиндровых втулок бу­рового насоса окончательно выбирают из справочных таблиц. Суммарную подачу насосов определяют по формуле

где т — коэффициент заполнения; п — число насосов; О_н — подача насоса при данном диаметре втулок, м³/с.

Коэффициент т выбирается в зависимости от условий всасывания жидкостей. При наличии подпора на всасывание т = 1. Если всасывание осуществляется из емкостей в грунте, то при промывке водой т = 0,9 и глинистым раствором т = 0,8.

При выборе плотности промывочной жидкости, применяемой при раз-буривании заданного интервала, необходимо учитывать следующие два ус­ловия: создание противодавления, препятствующего притоку в скважину пластовых флюидов, и предотвращение гидроразрыва.

Первое условие имеет вид

(6.3)

где р — плотность промывочной жидкости, кг/м³; к_р — коэффициент ре­зерва; Рид — пластовое давление, Па; д — ускорение силы тяжести, м/с²; 1к — глубина залегания кровли пласта с максимальным градиентом пластового давления, м; Лр_р - потери давления.

Согласно существующим правилам рекомендуются следующие значе­ния.кр и Лр_р:

к_р = 1,1 + 1,15; Лр_р = 1,5 МПа при L_к< 1200 м;

к_р = 1,05 + 1,1; Лр_р = 2,5 МПа при 1200 м < L_к < 2500 м;

к_р = 1,04 + 1,07; Лр_р =3,5 МПа при. L_к> 2500 м.

Рассчитанную по формуле (6.3) плотность р необходимо проверить на соответствие второму условию, из которого следует, что давление промы­вочной жидкости в затрубном пространстве против каждого пласта должно быть меньше давления гидроразрыва данного пласта. Второе условие запи­сывается следующим образом:

(6.4)

где р_г — давление гидроразрыва (поглощения) пласта, Па; — потери давления при движении промывочной жидкости в затрубном пространстве на пути от подошвы рассматриваемого пласта до устья скважины, Па;

— содержание жидкости в шламожидкостном потоке без

учета относительных скоростей; р_ш — плотность шлама, кг/м³; 1„ — глуби­на залегания подошвы рассматриваемого пласта, м; у_м — механическая скорость бурения, м/с.

Поскольку значения и ф зависят от расхода промывочной жид­кости, то проверить второе условие можно только после установления по­дачи насосов.

При выборе турбобура расход промывочной жидкости О, кроме очи­стки забоя и выноса шлама, должен обеспечить работу турбобура с задан­ным для разрушения породы моментом М_р. Поэтому по справочнику необ­ходимо подобрать турбобур такого типа, который удовлетворяет следую­щим условиям: диаметр корпуса меньше диаметра долота более чем на 10 мм; расход жидкости при номинальном режиме работы О^ близок к принятой подаче насоса; крутящий момент М_т не менее чем на 20 % боль­ше заданного М_р, необходимого для разрушения породы.

Крутящий момент турбобура при работе на жидкости плотностью р и подаче насоса О определяется из соотношения

 

где — соответственно тормозной момент на валу турбобура, плотность и расход жидкости при номинальном режиме его работы.

 

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные функции промывки скважины?

2.Какие существуют режимы промывки скваижны?

3. Как определяется расход промывочной жидкости для выноса шлама?

 

Литература

1. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Заканчивание скважин: Учеб. пособие для

вузов. — М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. — 670 с.

2. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы: Учеб. для вузов. — М.: Недра,1988. — 501 с.

3. Болденко Д.Ф., Болденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели. — М.:Недра,

1999. — 375 с

и газовых скважин: Учеб. для вузов. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. —679 с.

4. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Технология бурения нефтяных и газовых

скважин: Учеб. для вузов. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001. — 679 с.

5..Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Осложнения и аварии при бурении нефтяных

 

Лекция 10

Тема:.

План: 1. Система подготовки бурового раствора.

2. Регулирование содержания и состава твердой фазы в буровом растворе.

3. Средства контроля и управления процессом промывки скважин.

 

1. Система подготовки бурового раствора.

В практике бурения скважин используются разнообразные тех­нологические приемы для приготовления буровых растворов.

Наиболее простая технологическая схема (рис. 6.5) включает емкость для перемешивания компонентов бурового раствора 1, оснащенную меха­ническими и гидравлическими перемешивателями 9, гидроэжекторный смеситель 4, оснащенный загрузочной воронкой 5 и шиберным затвором 8, центробежный или поршневой насос 2 (обычно один из подпорных насо­сов) и манифольды.

Рис. 6.5. Простейшая схема приготовления бурового раствора

Рис.6.6. Схема блока приготовления раствора

 

С использованием этой схемы приготовление раствора осуществляется следующим образом. В емкость 1 заливают расчетное количество диспер­сионной среды (обычно 20—30 м³) и с помощью насоса 2 по нагнетательной линии с задвижкой 3 подают ее через гидроэжекторный смеситель 4 по замкнутому циклу. Мешок 6 с порошкообразным материалом транспорти­руется передвижным подъемников или транспортером на площадку емко­сти, откуда при помощи двух рабочих его подают на площадку 7 и вручную перемещают к воронке 5. Ножи вспарывают мешок, и порошок высыпает­ся в воронку, откуда с помощью гидровакуума подается в камеру гидро-эжекторного смесителя, где и происходит его смешивание с дисперсионной средой. Суспензия сливается в емкость, где она тщательно перемешивается механическим или гидравлическим перемешивателем 9. Скорость подачи материала в камеру эжекторного смесителя регулируются шиберной за­слонкой 8, а значение вакуума в камере - сменными твердосплавными на­садками.

Круговая циркуляция прекращается лишь тогда, когда смешано рас­четное количество компонентов и основные технологические показатели свойств раствора близки к расчетным. Если раствор приготовляют впрок, то его готовят порционно, а порции откачивают в другие емкости циркуля­ционной системы (ЦС) либо в специальные запасные емкости.

Утяжеление бурового раствора порошкообразным баритом и обработ­ку порошкообразными химическими реагентами осуществляют аналогично после приготовления порции исходной коллоидной системы (например, во-доглинистой).

Основные недостатки описанной технологии - слабая механизация ра­бот, неравномерная подача компонентов в зону смещения, слабый кон­троль за процессом. По описанной схеме максимальная скорость приготов­ления раствора не превышает 40 м³/ч

В настоящее время в отечественной практике широко используют про­грессивную технологию приготовления и утяжеления буровых растворов из порошкообразных материалов. Технология основывается на применении серийно выпускаемого оборудования: блока приготовления раствора (БПР), выносного гидроэжекторного смесителя, гидравлического диспергатора, емкости ЦС, механических и гидравлических перемешивателей, поршнево­го насоса. Выпускается несколько типов БПР, отличающихся вместимостью бункеров для хранения материалов.

Первый этап приготовления бурового раствора - это расчет компо­нентного состава. Для водоглинистого раствора обычно используют два-три компонента: глинопорошок и воду; глинопорошок, воду и порошкообраз­ный барит. Количество глинопорошка для получения неутяжеленной водо-глинистой суспензии выбирают, количество гли­нопорошка и порошкообразного барита (в кг) для получения 1 м³ утяже­ленной суспензии.

Второй этап - приготовление водоглинистой суспензии. В емкость ЦС заливают воду в количестве, примерно равном половине объема приготов­ляемой порции раствора.

На гидроэжекторном смесителе устанавливают штуцер в соответствии с подачей насосов:

Подача насосов, л/с....................................................................................... 35 15−35 15

Диаметр штуцера в эжекторном смесителе, мм...................................... 40 25 20

Воздух для аэрации порошка в бункере БПР подают в течение 5—7 мин при давлении воздуха 0,02—0,03 МПа.

Буровой насос включают по схеме емкость - гидравлический диспер-гатор - гидроэжекторный смеситель - емкость. При этом значение давле­ния на выкиде насоса должно составлять 13-15 МПа, а вакуума в камере эжекторного гидросмесителя - не менее 0,02 МПа.

После предварительной аэрации открывают воздушный вентиль и по­дают воздух в гофрированный рукав БПР. Таким способом регулируют значение вакуума в камере гидроэжекторного смесителя в пределах 0,008-0,012 ÌÏà.

Затем открывают запорную заслонку разгрузочного отверстия бунке­ра, и вводят в циркулирующую воду через эжекторный гидросмеситель расчетное количество глинопорошка, после чего запорную заслонку закрывают, прекращают доступ воздуха в камеру гидроэжектора и дисперги­руют водоглинистую суспензию в течение пяти — восьми циклов круго­вой циркуляции через диспергатор. Приготовленную водоглинистую суспензию разбавляют водой до расчетного объема и тщательно переме­шивают.

При необходимости приготовления утяжеленного раствора выполняют третий этап — утяжеление приготовленной водоглинистой суспензии. Все элементы операций с порошкообразным баритом аналогичны описанным выше. Процесс утяжеления заканчивается перемешиванием раствора после введения в него расчетного количества барита. Интенсивность утяжеления водоглинистой суспензии регулируют значением вакуума в камере эжек-торного гидросмесителя с помощью воздушного вентиля.