Бурение. 2 общее пособие бурение. Учебнометодическое пособие Бурение 1 Осадочные породы образовались за счет накопления в вод
 Скачать 3.19 Mb.
|
|
2.24. СПОСОБЫ ВСКРЫТИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ ПЛАСТОВ Вскрытие продуктивного пласта представляет собой комплекс работ, связанных с его разбуривай нем, обеспечением прочности и устойчивости призабойной части скважины, а также с сообщением эксплуатационной колонны с продуктивным пластом после крепления ствола. Выбор способа зависит от строения пласта, его коллекторских свойств, состава содержащихся в нем жидкостей и газов, числа продуктивных пропластков и коэффициентов аномальности пластовых давлений. В настоящее время применяют несколько методов вхождения в продуктивный пласт. 1. Продуктивный пласт пробуривают, не перекрывая предварительно вышележащие породы специальной колонной обсадных труб, затем спускают обсадную колонну до забоя и цементируют. Для сообщения обсадной колонны с продуктивным пластом ее перфорируют, т. е. в колонне простреливают нужное число отверстий (рис. IX.1, а). Данный метод прост в реализации, позволяет избирательно связывать скважину с любым пропластком продуктивной залежи,  Рис. 1. Схемы конструкций призабойной части скважин: 1 — обсадная колонна; 2 — цементный камень; 3 — нефтеносный пласт: 4—водоносный пласт; 5 — перфорационные каналы; б —открытый ствол; 7 — подвеска; S— фильтр; 3 — стенка скважины; 10 — хвостовик стоимость буровых работ может быть меньше, чем при других методах. Однако при использовании бурового раствора на водной основе возможно сильное загрязнение продуктивного пласта, поскольку свойства раствора выбирают с учетом геолого-физических условий не только в самом пласте, но и во всей открытой части ствола выше его. В связи с этим увеличиваются затраты времени и средств на вызов притока и освоение скважины, а дебит часто может быть намного ниже потенциально возможного. Предварительно до кровли продуктивной залежи спускаю и цементируют обсадную колонну, изолируя вышележащие породы. Потом продуктивную залежь пробуривают долотами меньшего диаметра и оставляют ствол скважины ниже башмака обсадной колонны открытым (рис. 1,6). Состав и свойства бурового раствора выбирают с учетом условий только в самой залежи, что позволяет свести к минимуму опасность загрязнения коллектора. В то же время поверхность фильтрации пластовой жидкостив скважину оказывается наибольшей. Данный способ применим в том случае, если продуктивный пласт сложен устойчивыми породами и насыщен только одной жидкостью. Этот метод не позволяет эксплуатировать какой-либо иропласток. Открытый ствол скважины в продуктивном пласте перекрывают фильтром, подвешенным в обсадной колонне. Пространство между фильтром и колонной часто изолируют пакером (рис. 1, в). Метод имеет те же достоинства и ограничения, что и предыдущий. Правда, его можно применять и в тех случаях, когда продуктивная залежь сложена недостаточно устойчивыми породами. Скважину обсаживают колонной труб до кровли продуктивной залежи, затем разбуривают залежь и перекрывают хвостовиком. Последний цементируют по всей длине и перфорируют против нужного интервала (рис. IX, 1,г). При этом методе снижается загрязнение коллектора, буровой раствор выбирают с учетом только условий в самой залежи. Возможна селективная эксплуатация различных пропластков и быстрое с минимальными затратами освоение скважины. Хотя конструкция скважины ус ложняется, метод для многих месторождений может быть наиболее эффективным в отношении получения наибольших дебитов нефти и освоения скважины в кратчайший срок. В скважину после разбуривания пласта спускают обсадную колонну, нижний участок которой заранее составлен из перфорированных труб. Цементируют лишь интервал выше кровли продук тивной залежи (рис. 1,д).Перфорированный участок колонны размещают против продуктивной залежи. Этот метод не позволяет селективно эксплуатировать тот или иной пропласток. Буровой раствор существенно влияет на продолжительность освоения скважины, трудоемкость этого процесса и величину притока нефти или газа. В процессе разбуривания жидкая фаза из раствора отфильтровывается в продуктивный пласт. Объем фильтрата тем больше, чем выше водоотдача раствора, продолжительность разбуривания пласта, перепад давлений, скорость восходящего потока, температура бурового раствора. Радиус зоны проникновения фильтрата может достигать нескольких метров. При использовании раствора на водной основе фильтрат, проникающий в продуктивный горизонт, способствует набуханию глинистых частиц пласта, увеличению их объема и сужению поровых каналов, т. е. уменьшению проницаемости. Одна из причин ухудшения проницаемости коллектора — проникновение в пего частиц твердой фазы бурового раствора (глинистых частиц и утяжелителя) по крупным порам и тонким трещинам, закупорка этих пор или сокращение их эффективного поперечного сечения. Часто во время бурения наблюдается гидроразрыв продуктивного пласта под влиянием высокого давления столба бурового раствора, который почти целиком растекается по трещинам, проникая на десятки метров в глубь пласта. Вскрытие продуктивных залежей с низким давлением При вскрытии пластов с аномально низким давлением с использованием обычных буровых растворов возникает опасность глубокого проникновения в пласт фильтрата, а также поглощения самого раствора ввиду значительного дифференциального давления. Уменьшить опасность загрязнения, повысить качество вскрытия пластов можно, поддерживая равновесие между давлением в скважине и пластовым давлением. С этой целью применяют аэрированную жидкость. Чаще всего используют аэрированную воду. Основной метод аэрации —смешивание воздуха, подаваемого в линию обвязки компрессорами, с водой, нагнетаемой в нее буровыми насосами. В процессе разбуривания в промывочную жидкость поступают также углеводородные газы и частичное газирование происходит непосредственно в скважине. Это следует учитывать при регулировании подачи компрессоров. Для промывки скважины можно использовать пены. Они представляют собой своеобразную аэрированную жидкость, в которой воздух находится в виде крупных пузырьков, легко перемещающихся относительно жидкой среды. Устойчивость пены гораздо выше устойчивости аэрированной воды, поэтому содержание воздуха (газа) в пене при одинаковой степени аэрации выше, а давление, создаваемое пеной на стенки скважины, меньше, чем при промывке аэрированной водой. Вследствие большей устойчивости пены и большего содержания воздуха дегазация ее сложнее, чем аэрированной воды или обычного газированного глинистого раствора. Если разбуривают пласты с очень низкими коэффициентами аномальности и низкой проницаемостью, то для удаления шлама с забоя применяют воздух. Благодаря отрицательному дифференциальному давлению пласт совершенно не загрязняется, а в скважину в процессе бурения притекает пластовая жидкость. Если месторождение с аномально низким пластовым давлением, плохими коллекторскими свойствами и высокой вязкостью нефти, то приток к скважине можно повысить путем кратного увеличения поверхности фильтрации. Для этого из основного ствола скважины бурят несколько боковых стволов, направляя их наклонно или почти горизонтально по продуктивной залежи. Длина боковых стволов — от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Число боковых стволов зависит от конкретных условий того участка продуктивного пласта, где сооружается скважина. Вскрытие пластов с аномально высоким давлением Чтобы избежать газонефтеводопроявлений перед вскрытием пласта с высоким давлением, скважину заполняют утяжеленным буровым раствором. Чем выше коэффициент аномальности пластового давления, тем меньше разность между давлением поглощения и коэффициентом аномальности. Поэтому часто статическое давление столба бурового раствора бывает близким к давлению поглощения (т. е. гидроразрыва или раскрытия естественных трещин) продуктивного пласта. В процессе разбуривания пласта в буровой раствор всегда поступает пластовая жидкость. Основные пути проникновения ее в скважину следующие: вместе с обломками выбуриваемой породы, поры которой она насыщает; в результате диффузии; вследствие притока из пласта в тех случаях, когда давление в скважине оказывается ниже пластового (при быстром подъеме бурильной колонны, при подъеме долота с сальником). Более легкая пластовая жидкость или газ стремится перемещаться в более тяжелом буровом растворе вверх. При открытом устье скважины, по мере подъема по стволу из пластовой жидкости выделяются пузырьки растворенного газа и объем их постепенно увеличивается. Когда до открытого устья остается несколько сотен метров, расширение газа происходит очень интенсивно. Если содержание газа в буровом растворе невелико, то выделение пузырьков и расширение их ближе к устью не представляет опасности до тех пор, пока сниженине забойного давления вследствие уменьшения плотности раствора незначительно и с помощью дегазатора удаляется газ из раствора и восстанавливается его плотность. Газирование становится опасным, если уменьшение плотности раствора и снижение забойного давления столь существенны, что может начаться приток из пласта. Одним из признаков возникновения такой ситуации может служить увеличение уровня жидкости в приемных емкостях насосов. В последнее время применяется способ бурения, при котором поддерживается равновесие между пластовым давлением в разбуриваемой залежи и забойным давлением. Поддержание фактически нулевого дифференциального давления дает возможность значительно повышать скорость бурения и сводить к минимуму загрязнение продуктивного пласта. Обеспечение непрерывной дегазации и недопущение концентрации газа и нефти в буровом растворе позволяют практически сводить к нулю избыточное давление на протяжении времени работы долота на забое. Для этого на время каждого рейса скважину заполняют раствором, плотность которого рассчитана с учетом его реологических свойств, скорости и режима течения в кольцевом пространстве, и тщательно контролируют как свойства раствора, так и режим промывки. Оборудование фильтром нижнего участка скважины Довольно часто продуктивный пласт сложен несцементированной или слабосцементированной породой, поэтому при освоении и эксплуатации скважины, даже при невысокой депрессии, начинается разрушение коллектора. Скважина засоряется значительным количеством песка. Один из методов защиты участка скважины в интервале эксплуатируемого пласта — оснащение его специальным гравийным фильтром. Для создания фильтра в скважину спускают на бурильных трубах и подвешивают на нижней части предыдущей обсадной колонны металлический остов, состоящий из нескольких обсадных труб с профрезерованными в их стенках отверстиями щелевидной формы и центрирующих фонарей. В зазор между фильтром и стенками скважины намывают гравий (рис. 2). До нижнего конца фильтра в скважину спускают колонну труб (насоснокомпрессорных или бурильных) со специальным распределительным устройством. Сначала скважину промывают чистой жидкостью, затем в жидкость добавляют гравий. Поток переносит гравий по колонне труб через распределительное устройство в кольцевой зазор между фильтром и стенками скважины {рис.2, а). Гравий заполняет этот зазор, а жидкость, пройдя через отверстия фильтра, поднимается в распределительное устройство и далее по затрубному пространству на поверхность. После того как весь участок ствола за остовом заполнится гравием, намыв заканчивают и опрес-совывают гравийное уплотнение. Затем посредством обратной циркуляции вымывают из фильтра остатки гравия (рис2, б) и трубы поднимают из скважины. Качество работы фильтра зависит от выбора состава гравия и толщины гравийной обсыпки. Если коллектором служит тонкозернистый песчаник, а для обсыпки применяют крупные зерна гравия, то при эксплуатации тонкие частицы породы будут легко проникать в скважину. Чтобы избежать этого, размер частиц гравия для фильтра выбирают с учетом гранулометрического состава породы продуктивного пласта.  Рис. 2. Схемы намыва гравия для создания фильтра: а —намыв гравия; б — обратная промывка; 1 — колонна труб; 2 — распределитель потоков; 3 — пакер; 4 — хвостовик с фильтровыми трубами; 5 — гравий; 6 — стенка скважины 1.25. АВАРИИ И ОСЛОЖНЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ, ИХ ВИДЫ И ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ При бурении нефтяных и газовых скважин, эксплуатационных и разведочных могут возникать аварии. Аварии представляют собой нарушения технологического процесса проводки скважины, вызываемые потерей подвижности колонны труб или их поломкой с оставлением в скважинах элементов колонны труб, различных предметов, инструментов, для удаления которых требуются специальные работы. Аварии, возникающие в процессе бурения скважин, классифицируются по следующим видам: аварии с бурильными трубами — оставление в скважине частей бурильной колонны (переводники, муфты, замки, калибраторы, центраторы, стабилизаторы); прихваты колонн бурильных и обсадных труб —заклинивание их в стволе скважины, прижатие труб к стенкам под действием перепада давления в стволе и пласте, при образовании сальников, обвалах и осыпях; аварии с долотами-оставление в скважине долота, расширителя или их частей; аварии с обсадными колоннами —обрыв труб в резьбовых соединениях и по телу трубы; аварии вследствие неудачного цементирования —повреждение обсадных труб, недоподъем цементного раствора, оставление раствора в колонне; аварии с забойными двигателями— оставление их на забое скважины целиком или отдельных узлов; падение в скважину посторонних предметов; прочие аварии — оставление в скважине испытателей пластов, геофизических приборов, кабеля, нерегулируемые (открытые) фонтаны-нефтяные, газовые, водяные. Прихваты бурильных и обсадных колонн В бурении для подъема колонны труб из скважины часто требуется приложить усилие, значительно превышающее вес самой колонны. Иногда для страгивания колонны с места и подъема необходимо усилие, близкое к предельному, допускаемому прочностью труб, или даже превышающее его. Это происходит в результате затяжек колонны, называемых прихватами. Прихват — осложнение, вызванное нарушением технологии бурения или недостаточно правильным учетом особенностей геологического строения. Пытаясь устранить прихват, часто прилагают усилие, при котором колонна обрывается. Прихват осложняется аварией. Существует несколько причин затяжек и прихватов колонн. Высокое избыточное давление столба бурового раствора со значительной водоотдачей. Ствол скважины почти всегда имеет кривизну. Если колонну оставить в покое в такой скважине, она прижмется к стенке. Фильтрационные корки на участках проницаемых пород будут уплотняться под тяжестью колонны, проницаемость и влажность корок сильно уменьшаются. Чем больше водоотдача, тем толще корка. В результате сильного уплотнения корки проникновение в эту зону фильтрата раствора затруднено. Давление столба бурового раствора оказывается гораздо больше порового давления, которое передается на колонну через уплотненную зону корки. Возникает сила, еще более прижимающая колонну к стенкам скважины. Образование желобов в стенках скважины, сложенных прочными породами, особенно на искривленных участках ствола. Осыпи и обвалы горных пород. Образование сальников из кусков толстых фильтрационных корок. Образование сальника из обломков выбуренных пород. 6. Большая липкость некоторых фильтрационных корок. Меры по предупреждению возникновения затяжек и прихватов заключаются в использовании буровых растворов с небольшой (3—5 см3 за 30 мин) водоотдачей и с низким содержанием грубо-дисперсной фазы, в снижении избыточного давления в скважине и предотвращении желобообразования, в тщательной очистке раствора и уменьшении липкости фильтрационных корок. Для сокращения площадки контакта утяжеленных бурильных труб со стенкой скважины и опасности прихвата используют УБТ со спиральными канавками, а при роторном бурении — квадратного поперечного сечения. Если бурение временно прекращено, бурильную колонну систематически проворачивают ротором, не оставляя ее в покое на длительное время. Небольшие прихваты и затяжки обычно ликвидируют путем расхаживания и проворачивания ротором колонны труб при интенсивной промывке. Если это не позволяет ликвидировать прихват, применяют более сложные методы. В процессе бурения также могут возникать самые различные осложнения: обвалы и осыпи пород, поглощение бурового или цементного раствора, нефтегазоводопроявления и др. В большинстве случаев предупредить возникновение осложнения проще, чем его ликвидировать. Часто не устраненное вовремя одно осложнение влечет за собой другие, что значительно осложняет проведение работ по ликвидации аварии. |