Принципы регурирования свойств промывочных жидкостей и особенности очистки стволов скважин сложного профиля от шлама.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

Эффективность строительства нефтегазовых скважин определяется, прежде всего, успешностью выполнения буровых работ. Бурить скважины быстро, дешево и качественно невозможно без надлежащего уровня и согласованного выполнения таких технологических операций как разрушение горных пород долотом, промывка скважин, проводка ствола в заданном направлении, крепление стволов и др. Для эффективной промывки скважин управление свойствами промывочных жидкостей опирается на следующие принципы, необходимость реализации которых тесно связана с геолого-физическими и технико-технологическими условиями бурения:

1) обеспечение требуемых по принятой технологии бурения (ГТН) значений параметров БПЖ;

2) обеспечение требуемого уровня экологической и промышленной безопасности БПЖ;

3) поддержание в БПЖ минимального содержания твердой фазы;

4) обеспечение надлежащего литологического и фракционного состава, высокой кольматирующей способности твердой фазы;

5) поддержание необходимого уровня поверхностного натяжения на границе раздела фаз «жидкость – газ», «жидкость – жидкость» и «жидкость – твердое тело»;

6) улучшение триботехнических (противоизносных, противозадирных и антифрикционных) свойств БПЖ;

7) улучшение показателей ингибирующих, гидрофобизирующих и пассивирующих свойств БПЖ.

Наклонно-направленные скважины по величине отходов от вертикали условно можно разделить на три группы по отношению величины горизонтальной проекции к вертикальной (K_т): 1) с малыми отходами (K_т ≤ 0, 25); 2) со средними и большими отходами (K_т = 0, 25 ÷ 1); 3) со сверхдальними отходами (K_т > 1). Скважины второй и третьей групп с горизонтальным окончанием относятся к скважинам сложного профиля (сильно искривленные скважины), проводка которых может быть крайне затрудненной из-за неудовлетворительной очистки стволов от шлама, проявления различных осложнений.

Скорость оседания (v_ос) твердых частиц (шлама) в суспензиях пропорциональна квадрату радиуса частицы (r_ч²), разности плотностей частицы и среды (ρ _ч – ρ _с), обратно пропорциональна вязкости среды (μ ), т.е.:

v_ос = 2g·r_ч²·(ρ _ч – ρ _с)/9μ (для сферических частиц), где g – ускорение свободного падения.

Для очистки кольцевого пространства скважины первой группы от шлама скорость восходящего потока промывочной жидкости должна быть на 10÷ 15% выше скорости оседания частиц шлама, т.е. минимально необходимый расход жидкости должен быть:

где F_кп – наибольшая площадь сечения кольцевого пространства.

Очистка сильно искривленных скважин от шлама осложняется в связи с «Бойкоттовским осаждением», смещением поля скоростей потока жидкости к верхней стенке из-за эксцентричного расположения бурильной колонны в скважине.

«Бойкоттовское осаждение» (1920 г., Бойкотт А.Е.) частиц дисперсной фазы связано с ускорением осаждения частиц при углах наклона ствола скважины 35 – 55° (особенно при углах 40 – 50°), накоплением шлама в кольцевом пространстве и периодическим сползанием его навстречу потоку жидкости. Накопление шлама на нижней стенке характерно и в горизонтальных участках ствола скважин. Для эффективного удаления шлама в подобных скважинах рекомендуется увеличивать расход промывочной жидкости. Например, в [4] приведена следующая формула для расчета необходимого расхода промывочной жидкости для очистки горизонтальных стволов:

где D_с и D_т – диаметры скважины и бурильных труб;

ρ , η и τ ₀ – плотность, структурная вязкость и динамическое напряжение сдвига раствора;

α – угол наклона скважины к вертикали.

Расчеты расхода по указанной формуле указывают на его двукратное увеличение по сравнению с расходом для вертикальных скважин. Увеличение расхода промывочной жидкости не всегда возможно из-за значительного роста гидравлических сопротивлений в скважине (в квадрате от расхода) и рисков возникновения поглощений, прихватов колонн и др. Несмотря на накопленный опыт очистки сильно искривленных скважин и обширные исследования в этой области, в буровой технологии отсутствуют какие-либо единые методики выбора состава и рецептур промывочных жидкостей для проводки скважин сложного профиля. Тем не менее, существуют определенные рекомендации, реализация которых позволяет успешно строить скважины сложного профиля. Некоторые из указанных рекомендаций приведены ниже.

1. Применительно к конкретным условиям бурения (площадям, региону) устанавливаются оптимальные значения реологических критериев K_оч, представляющих собой отношения K_оч = τ ₀/η для вязкопластичных жидкостей (глинистые растворы и др.) и K_оч = к/п для псевдопластичных жидкостей (безглинистые биополимерные растворы, инвертные эмульсии и др.). Как правило, транспортировка шлама в эксцентричном пространстве улучшается с ростом K_оч.

2. Повышение седиментационной устойчивости раствора снижает осадконакопление, осаждение утяжелителя, что особенно важно для скважин при эксцентричном расположении бурильной колонны в стволе.

3. Расслоение раствора по плотности усиливает смещение профиля скоростей, затрудняет очистку ствола от шлама.

4. При разбуривании пород, склонных к размыву, предпочтительна промывка при ламинарном режиме течения.

5. Применение турбулентного режима течения обеспечивает эффективный вынос шлама в сильно искривленных скважинах малого диаметра в устойчивых породах.

6. Эффективность очистки ствола при ламинарном режиме течения повышается с увеличением вязкости при небольших скоростях сдвига и малой прочности геля.

7. Увеличение скорости циркуляции, вязкости и прочности геля уменьшает, но не устраняет «Бойкоттовское осаждение».

8. Как правило, закачивание пачек раствора повышенной вязкости с небольшой скоростью не дает нужного эффекта по очистке ствола при больших углах наклона, если не вращать и не расхаживать колонну.

9. Эффективность очистки ствола повышается, если закачивать высоковязкие пачки с высокой скоростью, при турбулентном режиме и при достаточном объеме пачки.

10. Вращение и расхаживание бурильной колонны улучшает качество очистки, особенно в вязких буровых растворах.

11. Увеличение плотности промывочного раствора улучшает удерживающую способность и повышает качество очистки ствола, повышает устойчивость стенок.

12. В сильно искривленных скважинах утяжелитель выпадает в осадок вместе со шламом.

13. При больших углах наклона ствола толщина осевшего шлама обратно пропорциональна скорости восходящего потока.

14. Ввод в раствор ингибиторов, гидрофобизаторов и смазочных добавок уменьшает межчастичное сцепление и трение, что улучшает очистку ствола от шлама.

15. Для повышения очистной способности растворов на углеводородной основе необходимо повышать значения показателей реологических свойств при низких скоростях сдвига (вязкости и прочности геля) вводом, например, олигомеров.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒