Гидроимпульсный способ ликвидации прихватов

Гидроимпульсный способ (ГИС) рекомендуется для ликвидации дифференциальных прихватов, при заклинивании колонны в желобе и прихватов, которые возникли при подъеме бурильной колонны. ГИС можно использовать при наличии циркуляции бурового раствора и относится к категории оперативных способов, не требующих длительного времени для его подготовки и осуществления.

Способ основан на создании избыточного давления внутри бурильной колонны или затрубном пространстве и последующем мгновенном снятии этого давления при быстром открытии затвора (разрывающие диафрагмы, золотники, ДЗУ и т.п.).

Назовем вариант ГИС при создании избыточного давления внутри бурильной колонны – прямым (ПГИС), а при создании этого давления в затрубном пространстве – обратным (ОГИС).

При наличии циркуляции избыточное давление создают путем закачки в трубы (затрубное пространство) более легкой чем буровой раствор жидкости (вода, нефть, нефтепродукты и др.) или газа (воздуха).

Избыточное давление на устье по окончании закачки определяется по формуле:

Р_изб = l * g * (ρ_бр – ρ_л), (7.1)

где l – длина столба замещающей жидкости, м; ρ_л – плотность замещающей жидкости, кг/м³; ρ_бр – плотность бурового раствора, кг/м³.

Использование газа (воздуха) предпочтительнее во многих случаях, однако необходим компрессор или другой источник газа с высоким давлением. При использовании газа (воздуха) расчет по формуле (7.1) производят при ρ_л = 0.

При проведении ПГИС после резкого открытия задвижки возникает переток жидкости из затрубного пространства внутрь бурильной колонны, где было создано избыточное давление. При проведении ОГИС, наоборот, переток происходит из внутреннего пространства бурильной колонны в затрубье. В результате резкого перетекания раствора происходит размывание глинистой корки, снижается гидростатическое давление в скважине и формируются сильные затухающие колебания в колонне, которые способствуют ликвидации прихвата. Интенсивность колебаний зависит от величины первоначального избыточного давления. После затухания колебаний высота столба бурового раствора в скважине уменьшается, а следовательно гидростатическое давление скважине. Поэтому необходимо постоянное поддержание нижнего предела допустимого значения гидростатического давления в скважине с целью предупреждения проявлений и осыпей стенок.

Принимая, что давление в скважине на глубине h после цикла ГИС не должно быть ниже Р, получаем формулу для вычисления максимальной высоты столба замещающей жидкости:

L_max = [(ρ_бр*g*h-P)*(S₁+S₂-S₂₍₁₎*ρ_л/ρ_бр)] / [S₁₍₂₎*g*(ρ_бр-ρ_л)], (7.2)

где S₁ и S₂ – средневзвешенная площадь поверхности соответственно внутренней полости труб и затрубного пространства, м².

По формуле (7.1) при l=L_max, находим максимальное избыточное давление на устье из условия нижнего предельно допустимого давления в заданном сечении скважины.

В свою очередь, максимальное давление на устье при ПГИС ограничивается прочностью труб на разрыв в условиях сложного нагружения при известных значениях коэффициента запаса прочности.

Предельное значение давления, исходя из прочности труб на растяжение, находят по формуле:

Р_пр = [(σ_т*f/a)-G] / S₁, (7.3)

где σ_т – предел текучести стали для верхней трубы бурильной колонны площадью сечения по металлу f; G – вес колонны по индикатору веса при реализации ГИС; а – коэффициент запаса прочности.

Имея значение предельного давления по формуле (7.3), находим из формулы (7.1) предельную длину столба замещающей жидкости, исходя из прочности бурильной колонны. Имея два расчетных значения длины столба замещающей жидкости, принимаем наименьшее значение (l).

Далее определяют необходимый объем замещающей жидкости для первоначального цикла ГИС.

V_л = S₁₍₂₎ * l . (7.4)

После цикла ГИС в бурильной колонне (затрубном пространстве) остается столб легкой жидкости длиной:

l_л = (l * S₁₍₂₎) / (S₁ + S₂ – S₂₍₁₎ * ρ_л / ρ_бр). (7.5)

После каждого цикла ГИС из скважины выбрасывается (вытесняется) легкая жидкость в объеме:

V_выт = S₁₍₂₎ * (l - l _л). (7.6)

Объем жидкости, рассчитанный по формуле (7.6), следует закачивать в скважину при каждом последующем повторении цикла ГИС.

Приведенные формулы применимы для любого варианта исполнения ГИС. При ПГИС их используют в приведенной записи, при реализации ОГИС S₁ заменяется на S₂ и наоборот. При использовании газа (воздуха) расчеты ведут при ρ_л=0. При реализации ОГИС расчеты по формуле (7.3) не проводят.

Гидростатическое давление после в скважине после цикла ГИС находят по формуле:

Р_с = ρ_бр * g * (h – h_ст) = ρ_бр * g * [h – l_л * (1 – ρ_л / ρ_бр)], (7.7)

где h_ст – статический уровень бурового раствора, м; h – расчетная глубина, м.

Результативность работы при использовании ГИС будет иметь место, если расчетное избыточное давление по формуле (7.1) составляет не менее 5 МПа на каждую 1000 м бурильной колонны. Это значительная величина, но именно она определяет интенсивность встряхивания колонны при цикле ГИС. Приняв минимальное значение Р_изб=5 МПа на 1000 м, из (7.1) получаем формулу для оценки нижнего значения плотности бурового раствора при заданной плотности замещающей жидкости:

ρ_бр = ρ_л + 500 / C, (7.8)

где С – коэффициент, показывающий, какую часть бурильной колонны (затрубного пространства) предполагается заполнить замещающей жидкостью (0<С≤1).

Особенности ПГИС состоят в следующем: создаются волновые процессы в бурильной колонне и в столбе жидкости; превентор не используется и остается открытым; быстро открывающееся устройство монтируется на бурильной колонне; переток бурового раствора идет из затрубного пространства внутрь бурильной колонны.

При проведении ПГИС создаются более интенсивные встряхивания прихваченной колонны, а следовательно формируется больше предпосылок к ликвидации прихвата. Недостаток ПГИС определяется поступлением бурового раствора внутрь бурильной колонны, что может зашламовать турбобур, УБТ или долото. Поэтому интенсивная промывка скважины перед проведением ПГИС обязательна. Нежелательно также применять ПГИС при большой кавернозности ствола скважины.

Особенности ОГИС: создаются волновые процессы только в столбе жидкости; операция проводится при закрытом универсальном превенторе; быстро открывающееся устройство монтируется на боковом отводе превентора; переток бурового раствора идет из бурильной колонны в затрубное пространство. Поэтому при проведении ОГИС обеспечивается более слабое встряхивание прихваченной колонны, однако исключается зашламование низа бурильной колонны.

Считается, что если 10 последовательных циклов ГИС не дали положительного результата, дальнейшие работы следует проводить только после установки жидкостной ванны. Общее число циклов не должно превышать 30. Ограничениями к применению ГИС является негерметичность бурильной колонны, наличие напорных пластов и неустойчивых пород в разрезе скважины. После ликвидации прихвата легкую жидкость из скважины вытесняют в емкость.

Пример расчета

Рассчитать параметры ОГИС и ПГИС для ликвидации прихвата. В качестве легкой жидкости использовать воду. Исходные данные представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Исходные данные

Расчет параметров ОГИС

Определяем значения S₁ и S₂:

S₁ = 0,785 * (0,127 - 2 * 0,009)² = 0,0093 м²

S₂ = 0,785 * ((0,245 - 2 * 0,010)² - 0,127²) = 0,0271 м²

По формуле (7.2) определяем длину столба воды (легкой жидкости) в затрубном пространстве:

L_max = l = [(1100 * 10 * 2100 – 22 * 10⁶) * (0,0093 + 0,0271-

-0,0093 * 0,91)] / [0,0271 * 10 * 100] = 695 м

Далее по формуле (7.5) определяем длину оставшегося в затрубном пространстве столба воды после проведения ОГИС:

l_л = (695*0,0271) / (0,0093+0,0271–0,0093*0,91)=675 м

Объем воды, который следует закачать в затрубное пространство, определяется по формуле (7.4):

V_л = 0,0271 * 695 = 18,8 м³

Находим избыточное давление в конце закачки воды по формуле (7.1). Это давление служит дополнительным ориентиром окончания закачки.

Р_изб = 695 * 10 * (1100 – 1000) = 0,695 МПа

Объем вытесненной воды по формуле (7.6) после открытия задвижки (превентора) будет равно:

V_выт = 0,0271 * (695 – 675) = 0,54 м³

Статический уровень внутри бурильной колонны по окончании вытеснения находим, используя формулу (7.7):

h_ст = 675 * (1 – 1000 / 1100) = 60,7 м

Проверим по формуле (7.7) давление в скважине в интервале прихвата при h=2100м:

Р_с = 1100 * 10 * (2100 – 60,7) = 22 МПа

Давление в скважине получилось наперед заданной величине, поэтому технологические расчеты выполнены верно.

Расчет параметров ПГИС

Определяем значения S₁ и S₂:

S₁ = 0,785 * (0,127 - 2 * 0,009)² = 0,0093 м²

S₂ = 0,785 * ((0,245 - 2 * 0,010)² - 0,127²) = 0,0271 м²

По формуле (7.2) определяем длину столба воды (легкой жидкости) внутри труб:

L_max = l = [(1100 * 10 * 2100 – 22 * 10⁶) * (0,0093 + 0,0271-

-0,0271 * 0,91)] / [0,0093 * 10 * 100] = 1384 м

По формуле (7.3) определяем предельное значение давления, исходя из прочности труб на растяжение:

Р_пр = [(655*10⁶ * 0,0033 / 1,5) – 24 * 10³] / 0,0093 = 2,1 МПа

f = 0,785 * (0,127² – 0,109²) = 0,0033 м²

Из формулы (7.1) определяем l:

l = 2,1 * 10⁶ / (10 * (1100 – 1000) = 2100 м

Имея два значения l (1384 м и 2100 м), выбираем наименьшее, равное 1384 м, которое будем использовать при дальнейших расчетах.

Далее по формуле (7.5) определяем длину оставшегося в трубном пространстве столба воды после проведения ПГИС:

l_л = (1384*0,0093) / (0,0093+0,0271–0,0271*0,91)=1100 м

Объем воды, который следует закачать в затрубное пространство, определяется по формуле (7.4):

V_л = 0,0093 * 1384 = 12,9 м³

Находим избыточное давление в конце закачки воды по формуле (7.1). Это давление служит дополнительным ориентиром окончания закачки.

Р_изб = 1384 * 10 * (1100 – 1000) = 1,38 МПа

Объем вытесненной воды по формуле (7.6) после открытия задвижки будет равно:

V_выт = 0,0093 * (1384 – 1100) = 2,64 м³

Статический уровень внутри бурильной колонны по окончании вытеснения находим, используя формулу (7.7):

h_ст = 1100 * (1 – 1000 / 1100) = 99 м

Проверим по формуле (7.7) давление в скважине в интервале прихвата при h=2100м:

Р_с = 1100 * 10 * (2100 – 99) = 22 МПа

Давление в скважине получилось наперед заданной величине, поэтому технологические расчеты выполнены верно.

На основании проведенных расчетов составляем технологический регламент на проведение ПГИС и ОГИС:

Задача

Рассчитать параметры ОГИС и ПГИС для ликвидации прихвата. Предел текучести материала труб принять 655 МПа. В качестве легкой жидкости использовать воду. Остальные исходные данные для расчета представлены в таблице 7.2.

Таблица 7.2 – Исходные данные

Окончание таблицы 7.2

Дата добавления: 2014-05-28; просмотров: 1034; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!