Бурение скважин при равновесии давлений в системе скважина-пласт (на депрессии)

Бурение скважин на депрессии и репресии

Бурение скважин на депрессии (UBD)- это технология бурения с отрицательным дифференциальным давлением в системе скважина-пласт, когда пластовое давление превышает давление столба жидкости в скважине.

В этих условиях фильтрат бурового раствора, жидкость глушения и тд не попадают в продуктивный пласт, что не приводит к ухудшения коллекторских свойств пласта.

При создании депрессии на пласт в скважину будет поступать пластовый флюид (газ, нефть, вода) с различным дебитом.

Дебит флюида зависит от значения депрессии и коллекторских свойств пласта.

Обычно продуктивность пласта определяют в результате проведения комплексных газогидродинамических, гидрогеологических и геофизических исследований после его вскрытия и в законченной бурением скважине.

Бурение скважин на депрессии позволяет:

- минимизировать загрязнение пласта, в тч призабойной зону пласта;

- обеспечить одновременное повышение коэффициента извлечения нефти (КИН) и притока, в связи с минимизацией повреждения коллекторов;

- увеличить показатель проходки на долото и увеличить механическую скорости бурения, в связи со снижением угнетающего давления на забой скважины;

- снизить отрицательное воздействие бурового раствора на его коллекторские свойства.

Технология депрессивного бурения позволяет эффективно поддерживать (регулировать) заданное дифференциальное давление в системе скважина - пласт, что снижает вероятность поглощения промывочной жидкости, флюидопроявления, осыпей, обвалов и других осложнений ствола скважины.

Агента при использовании этой технологии применяют:

- раствор низкой плотности, к примеру, воду или нефть;

- аэрированные растворы, газифицированные воздухом, азотом, природным газом или даже отходящие газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

При использовании технологии бурения на депрессии дебит скважины вырастает в разы.

Эффективность этой технологии снижает ее высокая стоимость.

Бурение на депрессии не всегда допустимо.

Допустимая депрессия на стенки скважины при бурении не должна превышать 10-15 % эффективных скелетных напряжений (разность между горным и поровым давлением пород).

При освоении скважин допустимая депрессии определяется из условия обеспечения устойчивости призабойной зоны пласта и сохранности цементного кольца за обсадной колонной.

Депрессия в 10-15 % эффективных скелетных напряжений пренебрежимо мала, в других случаях - велика или даже недопустимо велика.

К примеру, на истощенных месторождениях (особенно газоконденсатным и газовым), где падение пластового давления к первоначальному уровню доходит до 4 раз, использование этой технологии возможно с учетом величины коэффициента аномального давления пластов (kа) в зависимости от глубины.

для kа = 0,5 - 1,0 минимальная глубина составит примерно 1 км, для kа = 1,5 - не менее 2,5 км, kа = 2,0 - более 4 км.

В настоящее время наиболее распространено бурение на репрессии, когда давление столба жидкости в скважине превышает пластовое давление.

Вскрытие пласта происходит за счет циркуляции бурового раствора средней плотности 1,2 - 1,3 т/м³.

Бурение на репрессии эффективно на скважинах незначительной глубины и в неустойчивых грунтах.

Недостатком является относительно быстрое снижение дебита.

За 20 лет продуктивность добычи может снижаться в интервале 5 - 60 раз из-за быстрого падения скважинной проницаемости забойного пласта (ПЗП).

Это происходит при кольматации (закупоривании), независимо от используемого инструмента и типа бурового оборудования.

 

Особенности технологии роторного бурения: передача мощности к долоту по двум каналам и возможность независимого изменения каждого параметра режима бурения. Баланс мощности на бурение и КПД процесса. Управление процессом.

• При роторном бурении вращение долоту передается от вращающего механизма – ротора, устанавливаемого на устье, через колонну БТ, выполняющих функцию полого вала => возможность передачи механической и гидравлической мощности на забой.

𝑁_g = М × 𝑛

 

𝑁_г = ∆𝑃_g х  𝑄

 

• Кроме того, ротор удерживает на весу колонны БТ и ОТ, воспринимает

М_реакт. при бурении 3Д.

 

• Привод ротора осуществляется от лебедки через карданный вал или цепную передачу, или от индивидуального привода (ПИР). ПИР позволяет регулировать 𝑛_вр в широких пределах (10-200 об/мин), снижает нагрузку на привод лебедки при подъеме с вращением.

• Ротор выбирают для конкретных условий ведения буровых работ по:

– допустимой нагрузке на стол ротора;

 

– передаваемой мощности;

 

– Ø проходного отверстия для пропуска долота.

 

• При роторном способе бурения в отличие от бурения ГЗД 𝑛_вр устанавливается с пульта бурильщика, а М_кр на долоте не зависит от 𝑛_вр, а зависит от изменения 𝐺_g, свойств горной породы, состояния опор и вооружения ПРИ.

• Проще подбирать оптимальный РБ, методику отработки долота, изменяя 𝐺_g     и 𝑛_вр.

• При вращении БК ↓ риск ее прилипания, зависания, прихвата.

• 𝐺_", определяемая по показаниям ГНВ, близка к фактической, а вынос шлама обеспечивается при меньшей 𝑉_кп(бр) => требуется меньший 𝑄_{насосов}.

• Но усложняются условия работы БК.

 

• Важно более эффективно и полно использовать мощность привода БН (600 кВт) для повышения эффективности разрушения горной породы применением гидромониторных долот, гидроударников, кольмататоров.

Коэффициент передачи мощности на забой (гидравлической):

 

 

𝑁_гд – гидравлическая мощность, подводимая к насадкам долота.

 

𝑁_гн – гидравлическая мощность насосов (Р_н𝑄).

 

𝑁_гд = 𝑁_гн – 𝑁_гп (ц. с.)

 

• При роторном бурении возможно применение всех типов ПЖ и продувка.

𝑁р = 𝑁т + 𝑁х.вр. + 𝑁д

𝑁_т − потери мощности в трансмиссии.

 

𝑁_х.вр. − потери мощности на холостое вращение БК.

 

𝑁_д − мощность, затрачиваемая на вращение долота.

 

• ↑ 𝑛_вр, Ø БТ, 𝐿_бк отрицательно влияют на коэффициент передачи мощности на забой:

 – коэффициент передачи мощности на забой

• Так при N_{привода ротора} = 300 кВт, на забой передается только 60 кВт при

𝐿_скв =  3000 м. При 𝐿 = 5000, 𝑛  =  60 об./мин., Ø БТ 127, 𝐷_д =

215,9 мм → 30 кВт => ↓ М_кр, ↓ 𝐺_g => горная порода разрушается неэффективно (нет объемного разрушения), истирание или усталостные явления.

• Роторное бурение: эффективно при низких 𝑛_вр, + ПРИ с герметизированными маслонаполненными опорами => ↑ 𝐻_", больше, чем при турбинном бурении (объемное разрушение горной породы).

• Роторное бурение: верхние интервалы (осадочные горные породы), нижние интервалы вертикальных скважин, отбор керна, при промывке высоковязкими и утяжеленными БР, БР с наполнителями (предупреждение поглощений), когда применение 3Д невозможно или неэффективно.