WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«УДК 521 ОПЕРАТИВНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ПЛОТНОСТИ БУРОВОГО РАСТВОРА ––––––– OPERATIONAL DETERMINATION OF THE EQUIVALENT CIRCULATION DENSITY OF DRILLING MUD ...»

– 2018

БУЛАТОВСКИЕ ЧТЕНИЯ СБОРНИК СТАТЕЙ

УДК 521

ОПЕРАТИВНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ

ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ПЛОТНОСТИ БУРОВОГО РАСТВОРА

–––––––

OPERATIONAL DETERMINATION OF THE EQUIVALENT

CIRCULATION DENSITY OF DRILLING MUD

Русских Евгений Владимирович Russkikh Evgeny Vladimirovich Undergraduate of the department магистрант кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин», «Drilling of oil and gas wells», Тюменский индустриальный университет Industrial University of Tyumen Аннотация. В работе проведён анализ расчётных значений Annotation. The analysis of calculated EDS values was carried out, the possible causes ЭЦП, отображены возможные причины возникновения ослож- of complications associated with EDS were нений, связанных с ЭЦП, проведён лабораторный анализ кер- analyzed, the laboratory analysis of the core на, выведен коэффициент для расчёта ЭЦП в горизонтальном was carried out, the coefficient for calculating EDS in the horizontal section was derived участке и предложена методика влияния на значение ЭЦП .

and a technique for influencing the EDS value was proposed .

Ключевые слова: бурение, горизонтальный участок, эквива- Keywords: drilling, horizontal section, equivalent circulating density .

лентная циркуляционная плотность .

В ведение На сегодняшний день главными задачами являются сокращение расходов на строительство скважин и увеличение добычи углеводородов. Для этого продолжает совершенствоваться технология их строительства, так стали появляться горизонтальные скважины с несколькими ответвлениями от основного ствола (МЗС). Данные скважины имеют сложные профили – длинную протяжённость открытого ствола, в связи с чем, осложнения, вызванные в процессе строительства скважины, такие как: поглощение промывочной жидкости, ГНВП, осыпи и обвалы стенок скважины и ГРП приводят к ухудшению ТЭП. Нестабильность стенок открытого ствола скважины может сопровождаться осыпанием горных пород и привести к полной ликвидации скважины и зарезке дополнительных стволов. Большинство проблем возникает в слабосвязанных отложениях глин, глинистых сланцев и аргиллитов. Влияние на них бурового раствора приводит к их набуханию и разрушению. На устойчивость породы большее влияние оказывает эквивалентная циркуляционная плотность бурового раствора .

Актуальность работы Циркуляционная система скважины состоит из ряда элементов (интервалов), в каждом из которых происходят гидродинамические потери давления нагнетания бурового раствора. При сложении потерь давления во всех этих элементах получим потери давления в циркуляционной системе скважины (величину давления, показываемую манометром на стояке) .

Таблица 1 – Схема циркуляционной системы скважины

–  –  –

При бурении многозабойных и горизонтальных скважин в период 2016–2017 гг. получены осложнения, такие как поглощение, ГНВП и ГРП. Одной из возможных причин является большое значение ЭЦП (таб. 1) .

Таблица 2 – Скважины с осложнениями

–  –  –

При бурении одного из ответвлений многозабойной скважины 3 получено поглощение бурового раствора (РУО BETA IMAX 1001–1005 кг/м3) интенсивностью 0,3–0,9 м3, также поглощение отмечалось во всех остальных горизонтальных участках (№ 1, 4, 5 и 5) .





Суммарное поглощение бурового раствора составило 6 м3. Одной из возможных причин осложнения является высокое значение ЭЦП, что привело к уменьшению проектной плотности БР на следующую многозабойную скважину этого же месторождения до 999–1010 кг/м3. скважина 11 – зафиксировано поглощение БР в объёме 24 м3, плотность БР составляла 1018 кг/м3, выявлено набухание глинистых отложений. Скважина 1 – потеря давления при нагрузке на долото, ввод кольматирующей пачки, суммарное время НПВ 20 ч .

Целью работы является создание метода оперативного определения эквивалентной циркуляционной плотности бурового раствора .

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

– анализ существующих пробуренных скважин с осложнениями;

– сравнение проектных и фактических данных плотности бурового раствора и давления на манифольде, для выявления фактического значения ЭЦП и определения «окна бурения»;

– нахождение зависимости между давлением на манифольде и ЭЦП;

– описание влияния ЭЦП на разрушаемую породу;

– создание метода влияния на ЭЦП .

Объектом исследования являются участки скважин (наклонно-направленный (ННУ) и горизонтальный) .

Предметом исследования является эквивалентная плотность бурового раствора .

Теоретическая основа влияния эквивалентной циркуляционной плотности бурового раствора на открытый ствол скважины Границы «окна бурения» проходят между градиентом гидроразрыва пласта и поровым давлением .

Данные подтверждаются геомеханической моделью. Так, при превышении верхней границы, может произойти поглощение бурового раствора, а нижней осыпание стенок ствола скважины. Особенно ярко это выражено в горизонтальном участке, где из-за зашламовывания ствола скважины и относительно малых диаметрах происходит увеличение ЭЦП. Находясь в таких крайне жёстких условиях, требуется преждевременно определять «окно бурения» для предотвращения возможных осложнений .

–  –  –

В ПО «WellPlan» расчёты проводились в двух вариантах (от проектных и фактических данных) .

Информация по скважинам принята из «Индивидуальных технических проектов» и фактических данных супервайзера. При расчёте плановых значений использовалась «классическая» компоновка низа бурильной колонны, в то время как для фактических компоновка подбиралась индивидуально. Согласно расчётам, фактическое значение ЭЦП отличается от планируемого.

Связано это с тем, что фактическая компоновка может включать дополнительные элементы отличные от «классической»:

диаметрами, отклонениями свойств бурового раствора (чаще всего превышение плотности) и изменением самой траектории ствола скважины. В сумме все эти факторы, при расчёте, дают повышенное значение ЭЦП .

–  –  –

В таблице 3 и 4 приведены результаты, на основании которых построены диаграммы и определён расчётный коэффициент .

Таблица 3 – Сравнение проектных и фактических данных по наклонно-направленному участку

–  –  –

Описание способов определения эквивалентной циркуляционной плотности бурового раствора При традиционном бурении плотность бурового раствора подбирается так, чтобы его статический градиент был выше давления вскрытого пласта. Во время циркуляции давление, приложенное к пласту, повышается вследствие потерь на трение. Согласно расчётам, в ПО «WellPlan», из-за реологических свойств бурового раствора и особенностей конструкции скважины (малый диаметр кольцевого пространства) эквивалентная циркуляционная плотность варьируется в пределах от 1250–1500 кг/м3, в то время как градиент ГРП равен 1,52 кг/м3. Таким образом, во время циркуляции на пласт оказывается требуемое противодавление, но при этом в статических условиях пластовое давление перестаёт быть скомпенсированным, что приводит к притоку пластового флюида. В то же время потеря циркуляции ведёт к снижению уровня раствора и гидростатического давления в скважине, что опять приводит к притоку (проявлению) пластового флюида .

При расчёте ЭЦП для наклонно-направленного участка учитывались средняя глубина по вертикали составляет 2745,5 м, давление на манифольде 14 Мпа, фактическая плотность бурового раствора, значения которой принимаются из суточного рапорта супервайзера, отличается от плановой в рамках правил безопасности. Результаты показывают, что «зона неопределённости ЭЦП» составляет 5 % .

Осложнений, связанных с высоким значением эквивалентной циркуляционной плотностью, выявленно не было, что подверждают результаты расчёта по формулам и в программном продукте .

–  –  –

мывочной жидкости для дальнейшего углубления скважины и достижения проектной глубины .

Так, для определения «окна бурения» рассчитывается градиент ГРП «по методу Итона». Поровое давление принимается за 1. По результатам расчёта в ПО «WellPlan» (таб. 2, таб. 3) создаётся «зона неопределённости ЭЦП» от плановых и фактических значений. При совмещении диаграмм (ЭЦП план/факт) складывается искомая «зона неопределённости ЭЦП», в пределах которой и находится фактическое значение. Поглощение бурового раствора, полученное на скважине 3, подтверждает результат расчёта и доказывает, что фактическое значение ЭЦП проходит на границе градиента ГРП. Результаты, полученные при расчёте по формулам в горизонтальном участке, отличаются от ПО «WellPlan» более чем на 15 % .

–  –  –

Исходя из этого, просматривается зависимость значения ЭЦП и давления на манифольде при бурении горизонтального участка, следуя которой можно принять коэффициент расчёта ЭЦП для формулы (1), который равен 0,011–0,013. Результат определяется как отношение давления на манифольде (Мпа) к расчётному коэффициенту .

Данный коэффициент приближает нас к созданию метода «оперативного определения ЭЦП» .

Основная задача работы – это поиск способа оперативного определения эквивалентной циркуляционной плотности в полевых условиях, где отсутствует программное обеспечение, а оперативные решения требуется принимать незамедлительно. Так, при рассмотрении зависимости фактических значений ЭЦП и давления на манифольде, прослеживается следующая зависимость: чем выше давление манифольде, тем больше значение ЭЦП (рис. 4). «Маркерами» в данном случае является зависимость от глубины скважины. На крайних значениях, скважины 1 и 7, где давление на манифольде 15,1 и 15 Мпа, глубина по вертикали 2688,65 м и 2682,29 м соответственно, видно, что значения ЭЦП практически равны. Следующие скважины: 3, 4 и 6 показывают точно такой же результат .

Диаграмма (рис. 4) отображена с учётом погрешности в 5 % .

Из-за переменного давления столба жидкости в скважине, при переходе из статического состояния в динамическое и последующим увеличением давления, буровой раствор может проникать в призабойную зону либо выходить из неё – «дыхание скважины». При подъёме бурильного инструмента происходит снижение давления и ЭЦП до нижней границы «зоны неопределённости», то есть ниже порового давления, что может вызвать обвалы стенок скважины. В среднем, время подъёма инструмента от забоя составляет 40-60 секунд на свечу, сокращение этого времени приведёт к критическому значению ЭЦП (рис. 6) .

– 2018

БУЛАТОВСКИЕ ЧТЕНИЯ СБОРНИК СТАТЕЙ

–  –  –

Разница, возникающая между значениями ЭЦП в процессе спуска и подъёме бурильного инструмента, составляет около 15 %. Для расчёта оптимального значения ЭЦП в ПО «WellPlan» требуется отдельная лицензия на данный модуль. Если заранее просчитать и определить оптимальное значение, то можно сократить «зону неопределённости» до 7 % и уменьшить риск возникновения осложнений .

Влияние ЭЦП на открытый ствол скважины Время бурения горизонтального участка в среднем составляет 100 часов, так как в качестве примера были использованы скважины, пробуренные, в интервале залегания аргиллитов, то целесообразно показать результаты воздействия ЭЦП на данную горную породу. В процессе разрушения горной породы происходит увеличение каверны в интервале залегания аргиллитов, что подтверждают результаты кавернометрии .

Рисунок 7 – Кавернометрия

Во время бурения аргиллиты теряют стабильность. Стабильность аргиллитов находится под влиянием характеристик как самой породы (минералогия, пористость и т.д.), так и характеристик бурового раствора. Для проведения теста на образование трещин использовались 4 образца керна .

Образцы подвергались воздействию различных флюидов в течение 6 дней .

–  –  –

(ВЗД, БТ, Долото) мы имеем интервал регулирования определённых параметров, влияющих на ЭЦП .

При расчёте значения ЭЦП в ПО «WellPlan» используются следующие параметры: диаметр кольцевого пространства, состав и плотность бурового раствора пластическая вязкость, предел текучести, максимальный и минимальный расход, диаметр частиц шлама, плотность шлама, пористость пласта, скорость проходки, скорость вращения ротора и СНС. Результаты расчётов представлены в таблице 9 .

Следуя алгоритму расчёта в гидравлическом модуле, указываем вышеперечисленные параметры согласно фактических данных из сводки супервайзера. В процессе бурения происходит изменение свойств бурового раствора. С увеличением концентрации твёрдой фазы в промывочной жидкости возрастает её плотность, но одновременно снижается показатель фильтрации; обработка промывочной жидкости полимером для уменьшения показателя фильтрации вызывает рост вязкости жидкости .

Используем вышесказанное, при расчёте в ПО «WellPlan». На примере скважины 1 куста № 17, где было зафиксировано поглощение бурового раствора (ПГК плотностью 1160 кг/м ) и расчётное ЭЦП составило1343 кг/м. Расчёт производится в «фактическом кейсе», с использованием режимов и диаметров из данных супервайзера. Так, при изменении некоторых входных расчётных параметров удалось добиться изменения значения ЭЦП .

Таблица 9 – Параметры расчёта

–  –  –

Поддержание параметров бурового раствора на более низком проектном уровне и увеличение числа оборотов ротора позволило уменьшить значение ЭЦП в горизонтальном участке на 8,5 % (таб. 9) .

Мировой опыт влияния и контроля за ЭЦП «НК Роснефть» была опробована система «Бурение с регулируемым давлением» (БРД), её особенностью является полная герметичность на участке буровой насос – газосепаратор, что позволяет управлять всеми процессами на забое скважины во время бурения и существенно минимизировать риск возникновения ГНВП. Основные элементы БРД представлены на рисунке 9 .

–  –  –

1) Роторный устьевой герметизатор обеспечивает герметизацию ствола скважины при нахождении в ней бурового инструмента; 2) азотная установка используется для производства и подачи азота в объёме до 35 м3/мин с рабочим давлением до 24,5 Мпа; 3) дроссельный блок обеспечивает создание требуемого противодавления в скважине как в динамических, так и в статических условиях;

4) газосепоратор эффективно отделяет газовую фазу от жидкости; 5) факельная установка применяется для сжигания газа, поступающего из газосепараторной установки .

При бурении удалось добиться поддержания ЭЦП в пределах 0,78–0,82 г/см при подаче бурового раствора 11 л/с и производительности азотных установок 20 м. Главную роль в определении ЭЦП сыграл газовый расходомер .

Одна из основных задач применения систем БРД заключается в сокращении объёмов поглощаемого бурового раствора при бурении. Объём поглощения бурового раствора в среднем по месторождению составляет 4082 м / 1000 м, в то время как в первой скважине, пробуренной с применением БРД, данный показатель существенно ниже – 637 м3 / 1000 м .

Рисунок 10 – Объём поглощений

Еще одним способом является изменение геометрии бурильных труб с целью снижения эксцентриситета, который приводит к уменьшению потерь давления в кольцевом пространстве [5]. В процессе работы была построена математическая модель бурильной трубы с учётом всех конструктивных элементов. После этого проведены расчёты с использованием программного обеспечения для диаметров 89 мм, 102 мм и 127 мм. Результат показал, что при уменьшении наружного диаметра соединения на 5 % возможно уменьшить значение ЭЦП на 10 % .

Рисунок 11 – Области перепада давления

Заключение Полученные результаты расчёта ЭЦП по фактическим значениям показывают, что при бурении горизонтальных участков фактическое давление близко либо находится на границе ГРП, что доказывают значения и зафиксированные осложнения на ранее пробуренных скважинах. При СПО происходит уменьшение ЭЦП на 15 %. Расчётом доказано, что значение ЭЦП может быть ниже «границы порового давления», что в свою очередь может привести к осыпям стенок ствола скважины .

Доказано, что высокое значение ЭЦП негативно сказывается на интервале залегания аргиллитов, в котором зафиксированы осложнения .

Определён расчётный коэффициент для формулы (1) с помощью которого, можно определить значение ЭЦП, равное расчёту в ПО «WellPlan» с поправкой в 10–15 % .

Метод оперативного определения эквивалентной циркуляционной плотности бурового раствора позволяет в сжатые сроки узнать фактическое значение ЭЦП, следовательно, определить фактическое забойное давление .

– 2018

БУЛАТОВСКИЕ ЧТЕНИЯ СБОРНИК СТАТЕЙ

Следующим этапом работы является использование существующей модели расчёта для установления зависимости для бурильных труб с диаметрами 73 мм и 102 мм различных производителей и уменьшение процента ошибки при расчёте ЭЦП .

Заключение Теоретические результаты использования методов снижения трения зависят, в основном, от геометрии ствола, количества и расположения инструмента. Модели момента и усилия служат прекрасным подспорьем при выборе количества и местоположения такого инструмента. Можно добиться значительного снижения крутящего момента, снижения веса на крюке при подъеме инструмента, установив в «правильных» местах, полимерные центраторы .

При планировании траекторий и дальнейшей разработке проектной документации на строительство скважин рекомендуется учитывать максимально возможные пространственные интенсивности первого участка набора кривизны (не более 1,2° / 10 м) для снижения усталостного износа БТ-101,6 мм .

Автор выражает благодарность за помощь в подготовке материала:

Бакирову Д.Л. – заместителю генерального директора филиала по научной работе в области строительства скважин ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» в г. Тюмень;

Фаттахову М.М. – начальнику отдела техники и технологии строительства скважин филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» в г. Тюмень;

Багаеву П.А. – главному специалисту отдела проектирования строительства и реконструкции скважин филиала ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» в г. Тюмень .

Литература:

1. Анвар Х. Моделирование механических свойств геологической среды как средство расшифровки напряжений в горных породах / Х. Анвар, Т. Браун // Нефтегазовое обозрение. – 2005. – Т. 9. – № 1. – 20 с .

2. Erdem Tercan. Managed pressure drilling techniques, equipment and applications. – Middle East Technical University, 2010. – Р. 39–56 .

3. Комиссаренко А.А. Кондуктометрия и высокочастотное титрование : учебно-методическое пособие / А.А. Комиссаренко, Г.Ф. Пругло. – СПб. : ГОУ ВПОСПбГТУРП, 2009. – 64 с .

4. Желтов Ю.П. Механика нефтегазоносного пласта. – М. : Недра, 1975. – 216 с .

5. Sarita Simoes, Stefan Miska SPE, U. of Tulsa 2007 .

6. Усачев Е.А. Прогнозирование состояния ствола горизонтальной скважины / Е.А. Усачев, Т.В. Грошева. // Сборник докладов VIII конгресса нефтегазопромышленников России. – Уфа : Геофизика, 2009. – С. 207–211 .

7. Порцевский А.К. Основы физики горных пород, геомеханики и управления состоянием массива / А.К. Порцевский, Г.А. Катков. – М. : МГОУ, 2004. – 120 с .

8. Tiejun Lin, Chenxing Wei. Calculation of equivalent circulating density and solids concentration in the annular space when reaming the hole in deepwater drilling // Chemistry and technology of fuels and oils. – 2016. – Vol. 52. – № 1 .

References:

1. Anwar H. Modeling of mechanical properties of the geological environment as means of interpretation of tension in rocks / H. Anwar, T. Brown // Oil and gas review. – 2005. – V. 9. – № 1. – 20 p .

2. Erdem Tercan. Managed pressure drilling techniques, equipment and applications. – Middle East Technical University, 2010. – Р. 39–56 .

3. Komissarenko A.A. Conductometry and high-frequency titration: educational and methodical grant / A.A. Komissarenko, G.F. Pruglo. – SPb. : GOU VPOSPBGTURP, 2009. – 64 p .

4. Zheltov Yu.P. Mechanics of oil-and-gas layer. – M. : Nedra, 1975. – 216 p .

5. Sarita Simoes, Stefan Miska SPE, U. of Tulsa 2007 .

6. Usachev E.A. Forecasting of a condition of a trunk of the horizontal well / E.A. Usachev, T.V. Grosheva // Collection of reports of the VIII congress of oil and gas producers of Russia. – Ufa : Geophysics, 2009. – P. 207–211 .

7. Portsevsky A.K. Fundamentals of physics of rocks, geomechanics and management of a condition of the massif / A.K. Portsevsky, G.A. Katkov. – M. : MGOU, 2004. – 120 p .

8. Tiejun Lin, Chenxing Wei. Calculation of equivalent circulating density and solids concentration in the annular space



Похожие работы:

«"Труды МАИ". Выпуск № 82 www.mai.ru/science/trudy/ УДК 621.396.96 Синхронизация передающих устройств распределенных радиотехнических систем навигации и посадки летательного аппарата Кишко Д.В. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), МАИ, Волоколамское шосс...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" Механическое...»

«116 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2005. Т. 46, N5 УДК 532.72; 669.015.23 ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗОГРЕВА СУХИХ ОБРАЗЦОВ ПРИ АКУСТО-КОНВЕКТИВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ Ю. А. Гостеев, Ю. Г. Коробейников, А. В. Федоров, В. М. Фомин Институт теоретической и прикладной механики СО РАН, 630090 Новос...»

«ГАРАНТИЙНЫЙ ТАЛОН ГАРАНТИЙНЫЙ ТАЛОН МОДЕЛЬ:_ МОДЕЛЬ:_СЕРИЙНЫЙ НОМЕР (если имеется): СЕРИЙНЫЙ НОМЕР (если имеется): ПРОИЗВОДСТВО ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ ДАТА ПРОДАЖИ:_ ДАТА ПРОДАЖИ: И СПОРТИВНОГО ОБОРУДОВ...»

«Хесус ПИНЬЕРА КАСО Гражданин Кубы и Испании, Вид на Жительство в Российской Федерации РЕЗЮМЕ до 5ого Августа 2018 г . Страница 1 из 3 Мобильный: +7 926 45 23 387 Электр. Почта: jesuspincas@gmail.com Профи...»

«РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОЗДАНИЮ НАЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ЦЕН И НАЛИЧИЯ ЛЕКАРСТВ Рабочий проект для практического тестирования Введение В большинстве стран уже есть некоторые механизмы мониторинга и оцен...»

«АО ГМС Ливгидромаш Россия 303851, г. Ливны Орловской обл. ул. Мира, 231 НАСОС ВИНТОВОЙ СУДОВОЙ А1 3Вх2 320/16 И АГРЕГАТ ЭЛЕКТРОНАСОСНЫЙ РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ Н41.761.00.000-3М РЭ СОДЕРЖАНИЕ Лист Введение 4 1 Описание и работ...»

«База нормативной документации: www.complexdoc.ru МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР КРЕПЛЕНИЕ ВЫРАБОТОК НАБРЫЗГ-БЕТОНОМ И АНКЕРАМИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ И МЕТРОПОЛИТЕНОВ НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ВСН 126-90 Минтрансстрой СССР Москва 1991 Разработаны ВНИИ транспортного строительства Минтрансстроя С...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.