Лекции по «Контроль скважины. Управление скважиной при газонефтеводопроявлениях»

Контроль скважины. Управление скважиной при ГНВП.

Курс 

лекций по программе

«Контроль скважины. Управление скважиной при газонефтеводопроявлениях».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    Тема 1. Основные понятия о ГНВП и фонтанах.

 

 

       Открытые  фонтаны всегда были и остаются в настоящее время самыми тяжелыми авариями при бурении и ремонте скважин. Как правило, открытые фонтаны сопровождаются многими последствиями. Такими как:

• потеря бурового и другого оборудования
• непроизводственные материалы и трудовые затраты;
• загрязнение окружающей среды (разливы нефти или минерализованной воды, загазованность и др. ) ;
• перетоки внутри скважины, вызывающие истощение месторождения и загрязнение вышележащих горизонтов;
• случаи человеческих жертв.

     Несмотря на  совершенствование противовыбросового  оборудования и технологию проводки, освоения и ремонта скважин  количество открытых фонтанов  и убытки от них сокращаются  медленно. Чаще всего причиной  этого является отсутствие должного  контроля за поведением скважины, при которой невозможно определить начало ГНБП и своевременно принять меры по его ликвидации, а так же неграмотные работы по глушению проявления. Каждый открытый фонтан проходит стадии:

• Начала ГНВП, когда в ствол скважины только начинает поступать флюид из пласта.
• Подъем флюида по стволу скважины и выброс, если устье оказалось незагерметизированным.

      Нормальная  ликвидация проявления может  быть только в том случае, если  его обнаружение и герметизация  произошли на первом этапе  - начале поступления флюида из  пласта т.е. произвести раннее обнаружение начала ГНВП.

 

 

ГНВП- это поступление пластового флюида ( газ, нефть, вода, или их смесь ) в ствол скважины, не предусмотренное технологией работ при ее строительстве, освоении , ремонте и эксплуатации.

 

Выброс - кратковременное, интенсивное вытеснение из скважины порции бурового раствора энергией расширяющегося газа.

Открытый фонтан - неуправляемое истечение пластового флюида через устье скважины в результате отсутствия, разрушения, или негерметичности запорного оборудования, или грифонообразования.

 

 

 

Тема 1.1 Основные понятия о давлениях в скважине.

 

Давление, P – Мпа; кгс/см.². Давление определяется как сила, действующая на единицу площади. Давление в любой точке скважины одинаково во всех направлениях.

Гидростатическое  давление, Pr - Мпа; кгс/см.кв.. . Гидростатическим давлением принято называть давление, определеяемое весом столба раствора выше рассматриваемого сечения, приходящегося на единицу площади.

где r  - плотность флюида, г/см³;

      H - глубина  скважины, м.

В наклонных  скважинах глубина скважины H определяется как вертикальная составляющая длины  ствола.

Гидравлические  потери (сопротивление) Pr.c, Мпа; кгс/см.². Гидравлические потери определяются как давление, которое необъодимо создать, чтобы прокачать данный флюид с данной скоростью через данную систему. Гидравлические потери возникают только при прокачивании флюидов и суммируются со всеми другими давлениями, действующими в интересующей нас точке.

Значение  гидравлических потерь определяется по существующим методикам.

Избыточное  давление, P_из- кгс/см.².Избыточное давление (противодавление) есть давление, действующее на закрытую или открытую (в динамике) систему, определяемое иными, чем гидростатическое давление, источниками. В нашем случае избыточным давлением в закрытой при ГНВП скважине будет давление в бурильных трубах Pиз.т. и колонне Pиз.к. Избыточным давлением в динамических условиях будут гидравлические потери в дросселе +Pr.c.

Избыточное  давление добавляется к давлению, действующему в рассматриваемой  точке в статических и динамических условиях. Это положение является основополагающим в понимании методики глушения скважины.

Избыточное  давление в бурильных трубах. Pиз.т. - кгс/см.² Pиз.т. - это давление на стоянке при закрытой скважине без циркуляции. Pиз.т. равно разнице между пластовым давлением Pпл и гидростатическим давлением столба бурового раствора в бурильных трубах.

Избыточное  давление в обсадной колонне, Pиз.к. - кгс/см.²Pиз.к. - это давление в затрубном (кольцевом) пространстве на устье закрытой скважины при отсутвии циркуляции. Pиз.к. равно разнице между пластовым давлением и общим гидростатическим давлением столба флюидов в затрубном пространстве.

Пластовое давление, P пл - кгс/см.². Пластовое давление есть давление флюида в рассматриваемом пласте. Пластовое давление равно гидростатическому давлению столба бурового раствора в бурильных трубах плюс  Риз.т. при закрытой скважине. Нормальным пластовым давлением считается давление равное гидростатическому давлению столба воды на глубине залегания пласта. Пластовое давление выше давления столба воды называется аномально высоким пластовым давлением. Пластовое давление ниже давления столба воды называется аномально низким пластовым давлением.

 

Забойное  давление, Рзаб - кгс/см.² Забойное давление есть общее давление на забое скважины (или под долотом) в любых условиях. Рзаб=Рr+Pr.ск+Риз.

Рзаб. в зависимости от условий может быть равно пластовому давлению, больше или меньше его:

- в нормальных условиях  бурения Рзаб>Рпл;

- приГНВП , когда скважина закрыта , Рзаб₌Рпл.

 

Основным условием начала ГНВП является превышение пластового давления вскрытого горизонта над  забойным давлением.

Забойное давление в скважине во всех случаях зависит от величины гидростатического давления бурового раствора заполняющего скважину и дополнительных репрессий вызванных проводимыми  на скважине работами ( или простоями ).

 

             ЕТПБ требуют, чтобы гидростатическое  давление ( Р г ) превышало пластовое ( Р пл ) в следующих размерах :

для скважин с глубиной до 1200м   Р=10% Р пл, но не более 1,5 МПа

для скважин с глубиной более 1200м   Р=5% Р пл, но не более 3,0 Мпа

       При  известном пластовом давлении  горизонта необходимая плотность  промывочной жидкости, на которой  должен вскрываться этот горизонт  определяют:

Определение забойных давлений ( Рзаб )

 

• Забойное давление при механическом бурении и промывке

Р_гск -  гидравлическое сопротивление кольцевого пространства.

          Ориентировочно, для неглубоких скважин оно  составляет :

Р_гс  -  полное гидравлическое сопротивление без учета перепада давления на турбобуре.

          При  промывке скважины после спуска  труб или длительных простоях  без промывки забойное давление  может снижаться за счет подъема  по стволу газированных пачек  бурового раствора и резкого  увеличения их объема к устью.     

 

2. Забойное давление после остановки  циркуляции первое время равняется  гидростатическому

3.Забойное  давление при отсутствии циркуляции  длительное время снижается за  счет явлений седиментации, фильтрации, контракции, а так же температурных  изменений бурового раствора  на величину  DРст

 

 

Основные принципы анализа  давлений

Давлениями, которые мы можем регулировать и  контролировать при промывке скважины во время ликвидации проявления, являются:

-гидростатическое  давление - Рr;

-гидростатические  потери - Pr.c;

-избыточное  давление - Pиз.

Общее давление в любой  точке скважины будет складываться из этих трех давлений Pобщ=Рr+Рr.c+Pиз, поэтому представляет интерес рассмотреть вопрос, как рассчитать каждое из этих давлений, а также четко уяснить, как и где эти давления будут способствовать или отрицательно влиять на процесс ликвидации проявлений.

 

 

         Тема 2. Поведение газа в скважине.

Как известно, газ может  находиться в скважине:

• в растворенном состоянии;
• в виде пузырьков, находящихся в покое относительно жидкости ( т.е. не всплывает самостоятельно ). Размер этих пузырьков равен :

• для жидкости, находящейся в покое ;

 

 

       - для движущейся  жидкости.     

где  q  -  статистическое напряжение сдвига ;

t₀ -  динамическое напряжение сдвига ;

К -  коэффициент пропорциональности

 

 

 

• виде пузырьков, размер которых значительно мал относительно общего объема жидкости ( пузырьковый режим);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• в виде пузырей, диаметр которых соизмерим с диаметром трубы ( снарядный режим всплытия ) ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• кольцевой режим, где газ занимает все сечение затрубного пространства, что характерно для выброса и фонтана.

 

 

 

 

 

 

 

 

Первые три  положения сильной опасности  не представляют, так как забойное давление снижается незначительно.

         Если предполагать, что в скважину поступила компактная  пачка газа ( например при подъеме инструмента ), то для идеальных условий при всплытии этого газа в закрытой скважине давление на забое почти удвоится. Так как в идеальных условиях объем газа не изменится ( в закрытой скважине ), то согласно закону Бойля-Мариотта

для идеального газа, давление тоже не меняется ( рис.1 )

Такое повышение давления может  разрушить скважину или вызвать  катастрофическое поглощение и как  следствие - фонтан. Если при тех условиях газ поднимается в скважине с открытым устьем, и ввиду того, что давление под газом и, соответственно, самого газа уменьшается, то, согласно закону Бойля-Мариотта, объем газа будет увеличиваться, что приводит к уменьшению гидростатического столба бурового раствора и, соответственно, к снижению забойного давления.

 

На некоторой глубине произойдет выброс раствора, что приведет к  резкому снижению забойного давления. Забойное давление в процессе подъема  газа в скважине с открытым устьем, может оказаться ниже пластового, что неизбежно приведет к работе пласта и возможно к фонтану ( рис.2 )

 

Изменение объема газовой пачки  и забойного давления при открытом устье скважины.

       Как видно из  выше изложенного, неконтролируемое  всплытие газа в скважине может  привести к катастрофическим  последствиям.

         Скорость  всплытия газа зависит от режима  всплытия. Так для пузырькового  режима скорость всплытия колеблется  от 300 до 350 м/час, а для снарядного  от 600 до 900 м/час.

         Скорость  подъема газа при промывке  можно ориентировочно найти по  формуле

где V_ж -  скорость движения жидкости, м/час ;

V_rст -  скорость всплытия газа в статике, м/час.

 

         Тема 3.Причины возникновения ГНВП

 

.  Основными  причинами возникновения газонефтеводопроявлений при ремонте скважин являются:

• Недостаточная  плотность  раствора  вследствие  ошибки  при  составлении  плана работ  или  несоблюдения  рекомендуемых  параметров  раствора  бригадой  текущего,  капитального  ремонта и  освоения  скважин.
• Недолив  скважины  при  спуско-подъемных  операциях.
• Поглощение  жидкости,  находящейся  в  скважине.
• Глушение  скважины  перед  началом  работ  неполным  объемом.
• Уменьшение  плотности  жидкости  в  скважине  при  длительных  остановках  за  счет  поступления  газа  из  пласта.
• Нарушение  технологии  эксплуатации,  освоения  и  ремонта  скважин.
• Длительные  простои  скважины  без  промывки.
• Наличие  в  разрезе  скважины  газовых  пластов,  а  также  нефтяных  и  водяных  пластов  с  большим  количеством  растворенного  газа  значительно  увеличивают  опасность  возникновения  газонефтеводопроявлений,  даже  если  пластовое давление  ниже  гидростатического.

 

Повышенная  опасность  объясняется  следующими  свойствами  газа:

• Способностью  газа  проникать  в  интервале  перфорации  в  скважину  и  образовывать  газовые  пачки.
• Способностью  газовых  пачек  к  всплытию  в  столбе  жидкости  с  одновременным  расширением  и  вытеснением  ее  из  скважины.
• Способностью  газовой  пачки  к  всплытию  в  загерметизированной  скважине,  сохраняя  первоначальное  (пластовое)  давление.