учебное. Учебное пособие. Контроле над процессами в скважине
 Скачать 6.19 Mb.
|
|
Ч Ч А А С С Т Т Ь Ь V V I I МЕТОДЫ ГЛУШЕНИЯ СКВАЖИН, ОСОБЕННОСТИ И ОСЛОЖНЕНИЯ. Основным принципом при глушении скважин, в большинстве случаев, является поддержание постоянного минимального противодавления на проявляющий пласт и замещение жидкости на более тяжелую, обеспечивающую необходимое гидростатическое давление при атмосферном давлении на устье скважины. Для эффективного осуществления работ по управлению скважиной при ликвидации газонефтеводопроявлений необходимо правильно выбрать способ глушения скважины. Выбор способа глушения зависит от многих факторов, включая: - квалификацию находящегося на буровой персонала; - наличие необходимого объема утяжеленного бурового раствора; - состояние колонны, ПВО и ствола скважины; - характер и интенсивность проявления. 6.1 Метод «Бурильщика» Этот метод называется так, потому, что им может пользоваться персонал, незнакомый с особо сложными операциями по управлению скважиной. Метод «Бурильщика» не универсален, но применим во многих ситуациях. Глушение скважины по методу «Бурильщика» осуществляется в два этапа. На первом этапе из скважины вымывается пластовый флюид, для этого используется не утяжеленная промывочная жидкость. На втором этапе осуществляется замещение не утяжеленной промывочной жидкости жидкостью глушения с расчетной плотностью. Контроль и поддержание забойного давления достигается за счет поддержания постоянного избыточного давления в бурильных трубах или кольцевом пространстве. 95 На первом этапе поддерживается постоянное давление в бурильной колонне (начальное давление циркуляции), величина избыточного давления в бурильной колонне определяется согласно следующему выражению ГМЦ ИБК Р Р P НАЧ (14) где Р НАЧ – начальное давление циркуляции, МПа; Р ГМЦ – гидравлические сопротивления при малой скорости циркуляции промывочной жидкости, МПа. Величина Р ГМЦ соответствует замеренным гидравлическим сопротивлениям перед вскрытием продуктивной толщи при производительности насосов буровой установки на уровне 30 – 50 % от производительности при бурении (вскрытии продуктивной толщи). Данные о гидравлических сопротивлениях при малой скорости циркуляции промывочной жидкости заносятся в таблицу 2. Таблица 2 – Гидравлические сопротивления при малой скорости циркуляции промывочной жидкости Показания 1 ого насоса Показания 2 ого насоса N/3 – ходов в минуту N/2 – ходов в минуту N/3 - ходов в минуту N/2 - ходов в минуту Р ГМЦ Плотность жидкости глушения определяется следующим образом ВЕРТ Н g Р ИБК РР ЖГ (15) Где ρ ЖГ – плотность жидкости глушения, кг/м 3 ; ρ РР – плотность промывочной жидкости в скважине, кг/м 3 ; Н ВЕРТ – глубина скважины по вертикали, м. 96 Количество ходов насоса N необходимое для совершения полного цикла циркуляции соответствует сумме ходов насоса для заполнения бурильной колоны (N БК ) и кольцевого пространства (N КП ) скважины. Количество ходов для заполнения бурильной колонны определяют как N ВН V l d N ) ( 785 , 0 СЕК 2 БК (16) где d ВН – внутренний диаметр одноразмерной секции бурильной колонны, м; l СЕК – длина секции бурильной колонны с постоянным диаметром d ВН , м; V N – объем промывочной жидкости, вытесняемый насосом, за один ход плунжера, м 3 Количество ходов для заполнения кольцевого пространства находят следующим образом N Н V l d D N ) ) (( 785 , 0 СЕК 2 2 КП (17) где D – наружный диаметр обсадной колонны или открытого (необсаженного) ствола скважины, м; d Н – наружный диаметр одноразмерной секции бурильной колонны, м; l СЕК – длина секции бурильной колонны с постоянным диаметром d Н , м. После совершения необходимого для заполнения кольцевого пространства количества ходов насоса и выхода поступившего флюида на устье скважины через управляемый дроссель, необходимо остановить процесс глушения, и закрыв скважину снять показания на индикаторах давления в бурильной колонне и кольцевом пространстве. В случае если избыточное давление в бурильных трубах и избыточное давление в кольцевом пространстве равны и не увеличиваются с течением времени, а так же индикатор объема промывочной 97 жидкости в приемной емкости указывает на отсутствие флюида в скважине, можно приступать к реализации второго этапа глушения скважины по методу «Бурильщика». Второй этап глушения необходимо разделить на две стадии, в первой стадии осуществляется заполнение жидкостью глушения бурильной колонны от устья до долота, во второй стадии осуществляется заполнение кольцевого пространства от забоя до устья. Контроль за забойным давлением в первой стадии осуществляется по индикатору давления в кольцевом пространстве, величина давления поддерживается не ниже величины избыточного давления в бурильных трубах, зафиксированной после стабилизации давлений. В процессе второй стадии поддерживается давление циркуляции (конечное давление циркуляции) с учетом гидравлических сопротивлений жидкости глушения, расчет осуществляется следующим образом РР ЖГ ИБК КОН Р P (18) где Р КОН – конечное давление циркуляции, МПа После выхода жидкости глушения на устье скважины, процесс глушения останавливается, устье скважины остается герметизированным, проводиться наблюдение за избыточными давлениями. В процессе реализации процедуры глушения по методу «Бурильщика» необходимо помнить: - все рассчитанные давления (Р НАЧ , Р КОН ) являются нижними пределами давлений, обеспечивающие равновесное состояние между забойным и пластовым давлениями, поэтому любое снижение давления ниже расчетных величин может привести к поступлению новой порции флюида в скважину; - выход на режим глушения (завершение глушения) с фиксированной производительностью, соответствующей гидравлическому сопротивлению при 98 малой скорости циркуляции промывочной жидкости (Р ГМЦ ), осуществляется при постоянном избыточном давлении в кольцевом пространстве; - изменение давлений в бурильной колонне и кольцевом пространстве при изменении величины открытия (закрытия) гидравлического управляемого дросселя происходит спустя некоторое время, приближенно скорость реакции составляет от 1,5 до 2,5 секунд на 1000 метров длины скважины; - перед началом любого этапа глушения скважины по методу «Бурильщика» необходимо проверить настройку (положение) задвижек линии насосного манифольда, дроссельного манифольда и блока дросселирования, провести инструктаж с участвующим в процессе глушения персоналом, обнулить счетчики ходов плунжера насосов, учитывать объем устьевой обвязки в расчетах при закачивании жидкости глушения; - фиксировать изменения давлений в бурильной колонне и кольцевом пространстве, объем поступившего флюида; - при возникновении любого осложнения принять меры к герметизации скважины и устранению причин осложнения. Преимущества метода «Бурильщика»: - простота применения; - возможность незамедлительно начать работы по управлению скважиной; - отсутствует необходимость в сложных математических расчетах, по крайней мере, на начальном этапе. Недостатки метода: - значительный риск гидроразрыва пород под башмаком последней обсадной колонны; - повышеное значение избыточного давления, как в скважине, так и наземном оборудовании. - продолжительное время глушения скважины. На рисунке 66 представлена диаграмма изменения избыточных давлений при глушении скважин методом «Бурильщика». 99 Пик избыточного давления в кольцевом пространстве соответствует моменту, когда поступивший флюид находиться у устья скважины. Начало снижения избыточного давления в бурильной колонне соответствует началу закачивания жидкости глушения в бурильную колонну, а стабилизация в конце диаграммы, процессу заполнения кольцевого пространства жидкостью глушения. Избыточное давление в бурильной колонне Избыточное давление в кольцевом пространстве Р , М П а Число ходов насоса Давление испытания пород на прочность Рисунок 66 – Диаграмма изменения избыточных давлений при глушении скважин методом Бурильщика 6.2 Метод «Ожидания и утяжеления» При применении метода «Ожидания утяжеления», глушение скважины осуществляется за одну циркуляцию с одновременным вымыванием поступившего флюида и закачиванием тяжелого раствора. Метод включает ожидание при закрытой скважине (приготовление жидкости глушения) до начала процедуры глушения. Технологически способ «Ожидания и утяжеления» сложный, так как требует проведения инженерных расчетов регулирования давления в скважине при своем осуществлении. Вследствие этого глушение проявлений этим способом производится под руководством квалифицированных специалистов. 100 Для реализации метода «Ожидания и утяжеления» необходимо иметь возможность приготовить (утяжелить) жидкость глушения в короткий промежуток времени. Период между герметизацией устья и началом закачивания жидкости глушения должен быть максимально непродолжительным. Если для приготовления жидкости глушения потребуется длительное время, газ может значительно мигрировать к поверхности, что создает проблемы (например, высокие давления). Метод «Ожидания и утяжеления» основан на поддержании постоянного забойного давления по средствам закачивания жидкости глушения в бурильную колонну и ступенчатого снижения избыточного давления с начального давления циркуляции до конечного давления циркуляции. До начала вскрытия продуктивной толщи определяются величины гидравлических сопротивлений (Р ГМЦ ) при производительности насосов буровой установки на уровне 30 – 50 % от производительности при бурении. После стабилизации давлений фиксируются основные параметры газонефтеводопроявления, такие как: избыточное давление в бурильной колонне и кольцевом пространстве, объем поступившего флюида и глубина скважины по вертикали. Приступают к расчетам количества ходов плунжера насоса, необходимых для заполнения бурильной колонны и кольцевого пространства с учетом числа ходов плунжера насоса в единицу времени в процессе глушения. Для этого можно воспользоваться ранее приведенными выражениями 16 и 17. Рассчитывается необходимая плотность жидкости глушения согласно выражения 15, а так же начальное и конечное давления циркуляции по выражениям 14 и 18. Определяется величина снижения давления после каждых 100 ходов заполнения бурильной колонны БК КОН НАЧ N Р Р К 100 ) ( (19) 101 где К – величина снижения давления после каждых 100 ходов заполнения бурильной колонны, МПа. По полученным точкам строиться график снижения циркуляционного давления в процессе закачивания жидкости глушения от устья до долота. В процессе глушения оператор на гидравлически управляемом дросселе в соответствии с графиком глушения скважины производит плавное снижение давления через каждые 100 ходов от начального давления циркуляции до конечного давления циркуляции. После выхода жидкости глушения из-под долота, рекомендуется остановить процедуру глушения, герметизировать устье скважины и проверить показания индикаторов избыточного давления. После достижения жидкости глушения долота, избыточное давление в бурильной колонне при отсутствии циркуляции должно быть равным нулю. Заполнение кольцевого пространства жидкостью глушения осуществляют, поддерживая избыточное давление в бурильной колонне, по крайней мере, равным, конечному давлению циркуляции. После выхода жидкости глушения на устье скважины, процесс глушения останавливается, устье скважины остается герметизированным, проводиться наблюдение за избыточными давлениями. В процессе реализации процедуры глушения по методу «Ожидания и утяжеления» необходимо помнить: - все рассчитанные давления (Р НАЧ , Р КОН ) являются нижними пределами давлений, обеспечивающие равновесное состояние между забойным и пластовым давлениями, поэтому любое снижение давления ниже расчетных величин может привести к поступлению новой порции флюида в скважину; - выход на режим глушения (завершение глушения) с фиксированной производительностью, соответствующей гидравлическому сопротивлению при малой скорости циркуляции промывочной жидкости (Р ГМЦ ), осуществляется при постоянном избыточном давлении в кольцевом пространстве; 102 - изменение давлений в бурильной колонне и кольцевом пространстве при изменении величины открытия (закрытия) гидравлического управляемого дросселя происходит спустя некоторое время, приближенно скорость реакции составляет от 1,5 до 2,5 секунд на 1000 метров длины скважины; - перед началом любого этапа глушения скважины по методу Ожидания и утяжеления необходимо проверить настройку (положение) задвижек линии насосного манифольда, дроссельного манифольда и блока дросселирования, провести инструктаж с участвующим в процессе глушения персоналом, учитывать объем устьевой обвязки в расчетах при закачивании жидкости глушения; - обнулить счетчики ходов плунжера насосов до начала закачивания жидкости глушения и после заполнения устьевой обвязки (выполнение данного пункта обязательно, поскольку процесс снижения давления при заполнении бурильных труб берет свое начало сразу после заполнения устьевой обвязки наземного манифольда) - фиксировать изменения давлений в бурильной колонне и кольцевом пространстве, объем поступившего флюида; - при возникновении любого осложнения принять меры к герметизации скважины и устранению причин осложнения. Преимущества метода: - по срокам реализации он короче, чем метод «Бурильщика»; - давление на устье в затрубном пространстве меньше, чем при методе «Бурильщика»; - давление в открытом стволе несколько меньшее, чем при использовании метода «Бурильщика», если объем открытого ствола больше чем объем бурильной колонны. Недостатки метода: - требует больше времени на подготовку (приготовление жидкости глушения, расчет и составление графика глушения) до начала циркуляции; - проведение расчетов для составления листа глушения скважины. 103 На рисунке 67 представлена диаграмма изменения избыточных давлений при глушении скважин методом «Ожидания и утяжеления». Пик избыточного давления в кольцевом пространстве соответствует моменту, когда поступивший флюид находиться у устья скважины. Начало снижения избыточного давления в бурильной колонне соответствует началу закачивания жидкости глушения в бурильную колонну, а стабилизация, процессу заполнения кольцевого пространства жидкостью глушения. Основное внимание при реализации метода уделяется участку кривой избыточного давления в бурильной колонне от начального давления циркуляции (пик) до конечного давления циркуляции (точка после которой график параллелен оси координат). Избыточное давление в бурильной колонне Избыточное давление в кольцевом пространстве Р , М П а Число ходов насоса Давление испытания пород на прочность Рисунок 67 – Диаграмма давлений при глушении скважины методом «Ожидания и утяжеления» 6.3 «Объемный» метод глушения скважины Если поступивший в скважину газ нельзя вытеснить путем циркуляции (например, бурильная колонна находится у поверхности или извлечена из скважины, или забиты насадки долота), необходимо дать возможность газу выйти на поверхность. Это достигается открыванием задвижки регулируемого штуцера с 104 тем, чтобы выпустить некоторое количество промывочной жидкости, что приведет к расширению газа. Для применения «Объемного» метода необходимо, чтобы максимально допустимое давление в кольцевом пространстве превышало реальное давление в обсадной колонне. В то же время при выходе газа на поверхность максимально допустимое давление в кольцевом пространстве не должно превышать давление разрыва обсадной колонны или рабочее давление сборки ПВО. После герметизации устья скважины и стабилизации давлений фиксируются основные параметры газонефтеводопроявления, такие как: избыточное давление в бурильной колонне и кольцевом пространстве, объем поступившего флюида и глубина скважины по вертикали. Чтобы нейтрализовать повышение давления вследствие миграции газа при закрытой скважине нужно стравливать определенный объем бурового раствора с регулярными интервалами. Для этого устанавливают запас безопасности (Р РЕП ) обычно 0,5 – 1 МПа. Сумма избыточного давления в кольцевом пространстве (Р ИКП ) и запаса безопасности (Р РЕП ) равна нижнему пределу давления (Р НПД ). Устанавливается рабочая ступень давления (Р РСД ) так же, обычно, имеющая величину 0,5 – 1 МПа. Сумма нижнего предела давления (Р НПД ) и рабочая ступень давления (Р РСД ) будут обозначены как верхний предел давления (Р ВПД ). Рассчитывается объем раствора (V 1 ), соответствующий гидростатике рабочей ступени давления (Р РСД ) g Р d D V РР РСД Н ) ( 785 , 0 2 2 1 (20) где D и d Н – внутренний диаметр обсадной колонны м наружный диаметр бурильной колонны (при ее наличии), м; ρ РР – плотность промывочной жидкости в скважине, кг/м 3 При достижении избыточного давления, значения Р ВПД , стравливать объем V 1 удерживая дросселем давление Р ВПД 105 Позволить избыточному давлению повыситься на величину РСД ВПД Р Р ВПД1 Р (21) Стравить объем V 1 при постоянном давлении Р ВПД1 Продолжать действовать аналогичным образом, до выхода флюида из скважины. После того, как газ поднялся к устью скважины, его не следует выпускать, необходимо помнить, что в этот момент надо быстро закрыть штуцер. Далее в скважину закачивают тот же раствор, который использовался при проявлении (ρ РР ). Нагнетание ведут очень медленно через линию глушения скважины. Медленно выпускают газ до тех пор, пока давление не достигнет конечного значения P ИКП . На этом этапе стравливают газ, раствор при этом не выпускается. Во время нагнетания не должно быть превышено значение максимально допустимого давления испытания горных пород на прочность. После успешной операции замещения, спускают в скважину инструмент под давлением и замещают жидкостью глушения. |