Эксплуатационные скважины для освоения месторождений Западной Сибири

Эксплуатационные скважины для освоения месторождений Западной Сибири

При проведении скважины интенсивность пространственного искривления не должна превышать 1,5 град/10 метров.

2.3 Разработка режимов бурения

2.3.1 Обоснование класса и типоразмеров долот по интервалам бурения

В основу выбора типов долот положены физико-механические свойства горных пород (твердость, абразивность, пластичность и др.).

Рациональным типом долота данного размера для конкретных геолого-технических условий бурения является такой тип, который при бурении в рассматриваемых условиях обеспечивает минимум эксплуатационных затрат на 1 м проходки.

Руководствуясь опытом бурения скважин в аналогичных геологических условиях на площадях Западной Сибири рационально применение трехшарошечных долот.

При бурении под кондуктор в интервале 0 - 650 м геологический разрез представлен глинами, песками, супесями с твердостью по штампу 100 МПа (см. табл.1.3), категорией пород по промысловой классификации М, абразивностью IV - X категории.

Исходя из того, что бурение турбобуром характеризуется высокими частотами вращения породоразрушающего инструмента, для бурения под кондуктор выбираем высокооборотное долото с типом опор "В" - опоры шарошек на подшипниках качения с боковой промывкой, диаметром 295,3 мм. Исходя из многолетнего опыта работ на данном месторождении для бурения под кондуктор применяем долото III 295,3 СЗ-ГВ.

На интервале 650 - 2510 м геологический разрез представлен глинами, песками, супесями, песчаниками, аргиллитами с твердостью по штампу 100 - 200 МПа, категорией пород по промысловой классификации М, МС и абразивностью IV - X категории. Выбирается высокооборотное долото с типом опор "В" - опоры шарошек на подшипниках качения с боковой промывкой, диаметром 215,9 мм. Для бурения под эксплуатационную колонну применяем долота III 215,9 МЗ-ГВ в верхней части интервала и III 215,9 С-ГВ в нижней части.

На интервале 2510 - 3105 м геологический разрез представлен песчаниками, аргиллитами, алевролитами с твердостью по штампу 200 - 500 МПа, категорией пород по промысловой классификации МС, С и абразивностью VI - X категории. Опыт работ на данном месторождении в последние годы показал высокую эффективность применения на этом интервале долот с маслонаполненными опорами 8 ½ MF - 15 производства фирмы "Смитт".

Применяемые долота по интервалам бурения представлены в табл.2.3

Таблица 2.3 Типоразмеры долот по интервалам бурения

2.3.2 Расчет осевой нагрузки на долото

При расчете осевой нагрузки на долото используют следующие методы:

Статистический анализ отработки долот в аналогичных геолого-технических условий.

Аналитический расчет на основе качественных показателей физико-механических свойств горной породы и характеристик шарошечных долот, применение базовых зависимостей долговечности долота и механической скорости бурения от основных параметров бурения.

Наиболее точным считается статистический метод расчета осевой нагрузки, после расчета полученное значение сравнивается с допустимой нагрузкой по паспорту долота и принимается нагрузка в пределах вычисленных величин.

Осевая нагрузка на долото рассчитывается по формуле:

GOC =gO · Д Д кН, (2.19)

где gO - удельная нагрузка на 1 м диаметра долота для бурения в породах данной категории, кН/метр.

Для данного района работ ЗапСибНИИ рекомендует применять следующие удельные нагрузки [4]:

для пород категории М: gO <200 кН/м;

для пород категории МС: gO <200 - 400 кН/м;

для пород категории С: gO <400 - 800 кН/м.

Для бурения под кондуктор на интервале 0 - 650 м gO=200 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М. Тогда по формуле (2.19):

GOC =200·0,295=59,06 кН.

Расчетное значение осевой нагрузки не должно превышать 80% от допустимой по паспорту долота:

GOC<0,8· GДOП кН, (2.20)

где GДOП - допустимая нагрузка на долото по паспорту, кН.

Для долота III 295,3 СЗ-ГВ GДOП=400кН, тогда по формуле (2.20):

GOC<0,8· 400=320 кН.

Условие выполняется. Из полученных данных следует, что на интервале кондуктора осевая нагрузка составит 60 кН.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 650 -1400 м gO=300 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М, МС. Тогда по формуле (2.19):

GOC =300·0,2159=70 кН.

Для долота III 215,9 МЗ-ГВ GДOП=250кН, тогда по формуле (2.20):

GOC<0,8· 250=200 кН.

Условие выполняется. Из полученных данных следует, что для бурения под эксплуатационную колонну осевая нагрузка на интервале 650 -1400 метров составит 70 кН.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 1400 - 2550 м gO=400 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации МС. Тогда по формуле (2.19):

GOC =400·0,2159=86,36 кН.

Для долота III 215,9 С-ГВ GДOП=250кН, по формуле (2.20):

GOC<0,8· 250<200 кН.

Условие выполняется. Из полученных данных следует, что для бурения под эксплуатационную колонну осевая нагрузка на интервале 1400 - 2550 м составит 90 кН.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 2550 - 3105 м gO=800 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации МС. Тогда по формуле (2.19):

GOC =800·0,2159=172,72 кН.

Для долота 8 ½ MF-15 GДOП=319кН, тогда по формуле (2.20):

GOC<0,8· 319<255,2 кН.

Условие выполняется. Из полученных данных следует, что для бурения под эксплуатационную колонну осевая нагрузка на интервале 2550 - 3105 м составит 180 кН.

Расчетные значения осевой нагрузки по интервалам бурения представлены в табл.2.4

Таблица 2.4 Расчетные значения осевой нагрузки по интервалам бурения

2.3.3 Расчет частоты вращения долота

Каждому классу пород соответствуют свои оптимальные частоты вращения долот, при которых разрушение горных пород максимально.

Оптимальные частоты вращения долот находятся в диапазонах:

для долот типа М 250 - 400 об/мин;

для долот типа МС 150 - 300 об/мин;

для долот типа С 100 - 200 об/мин.

Превышение оптимальных частот вращения вызывает снижение механической скорости бурения и, как следствие, быструю поломку долота.

Расчет частоты оборотов ведется по 3 методам:

Статистический метод (по предельной окружной скорости).

Технологический метод (по износу опор долота).

Аналитический метод (по времени контакта зубьев долота с породой).

Расчет оптимальной частоты вращения долот статистическим методом производится по формуле:

n= (60·Vлин) / (π·ДД) об/мин, (2.21)

где n - частота оборотов долота, об/мин;

Vлин - рекомендуемая линейная скорость на периферии долота, м/с;

Для пород:

типа М и МЗ Vлин =3,4…2,8 м/с;

типа МС и МСЗ Vлин =2,8…1,8 м/с;

типа С и СЗ Vлин =1,8…1,3 м/с.

для пород категории С: gO <400 - 800 кН/метр.

Для бурения под кондуктор на интервале 0 - 650 метров Vлин =3,4, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М, по формуле (2.21):

n= (60·3,4) / (3,14·0,2953) =220 об/мин.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 650 -1400 м Vлин =3,4, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М, МС, по формуле (2.21):

n= (60·3,4) / (3,14·0,2159) =300 об/мин.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 1400 - 2550 м Vлин =2,8, так как в интервале представлены породы промысловой классификации МС, по формуле (2.21):

n= (60·2,8) / (3,14·0,2159) =250 об/мин.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 2550 - 3105 м Vлин =1,3, так как в интервале представлены породы промысловой классификации С, по формуле (2.21):

n= (60·1,3) / (3,14·0,2159) =115 об/мин.

Расчет оптимальной частоты вращения долот технологическим методом по износу опор долот производится по формуле:

n=То/ (0,02· (α+2)) об/мин, (2.22)

где α - коэффициент, характеризующий свойства горных пород (для М=0,7…0,9; для С=0,5…0,7);

То - константа, характеризующая стойкость опор долота, которая определяется по формуле:

То=0,0935·Дд. (2.23)

Для бурения под кондуктор на интервале 0 - 650 м α=0,9, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М, по формуле (2.22):

n=0,0935·295,3/ (0,02· (0,7+2)) =521 об/мин.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 650 -2550 м, α=0,7, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М, МС по формуле (2.22):

n=0,0935·215,9/ (0,02· (0,7+2)) =380 об/мин.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 2550 - 3105 м α=0,5, так как в интервале представлены породы промысловой классификации С, по формуле (2.22):

n=0,0935·215,9/ (0,02· (0,5+2)) =404 об/мин.

Расчет оптимальной частоты вращения долот аналитическим метод по времени контакта зубьев долота с породой производится по формуле:

n=39/ (τК·Z) об/мин, (2.24)

где Z - количество зубьев на периферийном венце шарошки;

τК - минимальная продолжительность контакта зуба с породой, зависящая от категории горной породы:

для упругопластичных пород τК = 6·10-3 сек;

для пластичных пород τК =3… 6·10-3 сек;

для упругохрупких пород τК = 6…8·10-3 сек.

Для бурения под кондуктор на интервале 0 - 650 м τК = 6·10-3 сек, так как интервал представлен упругопластичными породами. Для долота III 295,3 СЗ-ГВ Z=22, тогда по форм. (2.24):

n=39/ (6·10-3 ·22) =295 об/мин.

Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 650 -3105 м τК = 6·10-3 сек, так как интервал представлен упругопластичными породами. Для долота III 215,9 МЗ-ГВ, III 215,9 С-ГВ,8 ½ MF - 15 Z=22, тогда по формуле (2.24):

n=39/ (6·10-3 ·24) =270 об/мин.

Полученные значения частот вращения представлены в табл.2.5

Таблица 2.5 Оптимальная частота вращения долот на интервалах бурения

2.3.4 Обоснование и выбор очистного агента

Буровые растворы выполняют функции, которые определяют не только успешность и скорость бурения, но и ввод скважины в эксплуатацию с максимальной продуктивностью. Основные из них - обеспечение быстрого углубления, сохранение в устойчивом состоянии ствола скважины и коллекторских свойств продуктивных пластов.

Выполнение указанных функций зависит от взаимодействия раствора с проходимыми горными породами. Характер и интенсивность этого взаимодействия определяется составом дисперсной среды.

Тип бурового раствора, его компонентный состав и границы возможного применения устанавливаются в первую очередь, учитывая геологические условия.

Исходя из опыта бурения в Западной Сибири, с лучшей стороны показывает себя полимерглинистый раствор. Параметры, необходимые для качественного бурения и вскрытия продуктивных горизонтов, этим раствором выдерживаются. Соотношение цены и качества приемлемо. Для приготовления бурового раствора используются: глина бентонитовая марки ПБМА, техническая вода и необходимый комплексный набор химических реагентов. В качестве химреагентов используют:; КМЦ марки Габроил HV - высоковязкая полианионная целлюлоза, применяется для снижения фильтрации и увеличения вязкости бурового раствора; сайпан - относится к классу полиакриламидных реагентов, предназначен для снижения фильтрации пресных растворов с низким содержанием твердой фазы, эффективно стабилизирует вязкость буровых растворов, образует по всей поверхности ствола прочную корку, эффективно уменьшающую фильтрацию раствора; нитрилтриметилфосфоновую кислоту (НТФ) - фосфоновый комплексон, применяется как разжижитель пресных неингибированных растворов; кальцинированная сода (карбонат натрия), применяется для связывание агрессивных ионов кальция и магния при загрязнении бурового раствора минерализованными хлоркальциевыми и хлормагниевыми водами и цементом, также применяется также как химический диспергатор глин и для регулирования рН бурового раствора; ФК - 2000 состоит из анионных, неионогенных поверхностно-активных веществ и полезных добавок, применяется как профилактическая антиприхватная смазочная добавка; ПКД - 515 - гармоничная сочетающуюся композиция неионогенного ПАВ, азотосодержащей добавки и растворителя, предназначен для снижения негативного влияния буровых растворов и других технологических жидкостей на проницаемость продуктивных горизонтов.

Согласно "Правилам безопасности в нефтяной и газовой промышленности" действующим с 1998 года давление столба промывочной жидкости должно превышать Рпл на глубине 0 - 1200 метров на 10 - 15%, но не более 1,5 МПа, на глубине 1200 - 2500 м на 7 - 10%, но не более 2,5 МПа, на глубине 2500 - 2850 м на 7 - 4%, но не более 3,5 МПа (по вертикали). Пластовое давление рассчитывается по формуле:

Рпл =grad Рпл ·Н МПа, (2.25)

где grad Рпл - градиент пластового давления в интервале, МПа/м;

Н - глубина интервала, м. Удельный вес бурового раствора, исходя из пластового давления, определяется по формуле:

qБР=Рпл/g·Н+ (0,1…0,15) · Рпл/g·Н Н/см3, (2.26)

где g - ускорение свободного падения, м/с2; g=9,8 м/с2

0,1…1,5 - необходимое превышение гидростатического давления над пластовым.

Величина статистического напряжения сдвига через 10 минут определяется по формуле:

СНС10 >5· (2-exp (-110·d)) ·d· (qП-qБР) дПа, (2.27)

где d - диаметр частицы шлама, м;

qП - удельный вес горной породы, Н/см3.

Величина статистического напряжения сдвига через 1 минуту определяется по формуле:

СНС1 > (d· (qП-qБР) ·g·К) /6 дПа, (2.28)

где К -коэффициент, учитывающий реальную форму частицы шлама, принимаем К=1,5.

Условная вязкость по рекомендации ВНИИКр нефти определяется как:

УВ< 21· qБР·10-4сек. (2.29)

Показатель водоотдачи по рекомендации ВНИИКр нефти определяется как:

Ф< (6·104/ qБР) +3 см3/30 мин. (2.30)

При бурении под кондуктор удельный вес бурового раствора на интервале 0 - 600 м (по вертикали), имея grad Рпл=0,01 (табл.1.4), по (2.26) составит:

qБР=0,01·600 /9,8·600+ (0,1…0,15) · 0,01·600 /9,8·600=1,12…1,18·104 Н/см3.

Так как породы в этом интервале склонны к осыпям и обвалам, то принимаем дельный вес бурового раствора 1,18·104 Н/см3.

Величина статистического напряжения сдвига через 10 минут при бурении под кондуктор на интервале 0 - 600 м, имея qП=2,4·104 Н/см3 и d =8·10-3м, по (2.27) составит:

СНС10 >5· (2-exp (-110·5·10-3)) ·8·10-3 · (2,4-1,18) ·104=40 дПа.

Величина статистического напряжения сдвига через 1 минуту при бурении под кондуктор на интервале 0 - 600 м по формуле (2.28) составит:

СНС1 > (8·10-3 · (2,4-1,18) ·104·9,8·1,5) /6=20 дПа.

Условная вязкость при бурении под кондуктор на интервале 0 - 600 м по формуле (2.29) составит:

УВ< 21·1,18·104 ·10-4=25сек.

Показатель водоотдачи при бурении под кондуктор на интервале 0 - 600 м по формуле (2.30) составит:

Ф< (6·104/ 1,18·104) +3=8 см3/30 мин.

Примем значение показателя водоотдачи Ф=8 см3/30 мин.

При бурении под эксплуатационную колонну удельный вес бурового раствора на интервале 600 - 1200 м при grad Рпл=0,01, по формуле (2.26) составит:

qБР=0,01·1200 /9,8·1200+ (0,1…1,5) · 0,01·1200 /9,8·1200=1,12…1,18·104 Н/см3.

Принимаем удельный вес бурового раствора при бурении на интервале 600 - 1200 м равный 1,12·104 Н/см3, так как приняв минимально допустимый удельный вес увеличивается механическая скорость при турбинном способе бурения.

При бурении под эксплуатационную колонну удельный вес бурового раствора на интервале 1200 - 2500 м при grad Рпл=0,01, по формуле (2.26) составит:

qБР=0,01·1200 /9,8·2500+ (0,1…0,07) · 0,01·1200 /9,8·2500=1,09…1,12·104 Н/см3.

Принимаем дельный вес бурового раствора при бурении на интервале 1200 - 2500 м равный 1,12·104 Н/см3, так как на интервале возможны прихваты и осыпи стенок скважины.

Величина статистического напряжения сдвига через 10 минут при бурении под эксплуатационную колонну на интервале 600 - 2500 м при qП=2,4·104 Н/см3 и d =3·10-3м, по форм. (2.27) составит:

СНС10 >5· (2-exp (-110·5·10-3)) ·3·10-3 · (2,4-1,12) ·104=20 дПа.

Величина статистического напряжения сдвига через 1 минуту при бурении под эксплуатационную колонну на интервале 600 - 2500 м по формуле (2.28) составит:

СНС1 > (3·10-3 · (2,4-1,12) ·104·9,8·1,5) /6=10 дПа.

Условная вязкость при бурении под эксплуатационную колонну на интервале 600 - 2500 м по формуле (2.29) составит:

УВ< 21·1,12·104 ·10-4=24сек.

Показатель водоотдачи при бурении под эксплуатационную колонну на интервале 600 - 2500 м по формуле (2.30) составит:

Ф< (6·104/ 1,12·104) +3=8 см3/30 мин.

Примем значение показателя водоотдачи Ф=8 см3/30 мин.

При бурении под эксплуатационную колонну удельный вес бурового раствора на интервале 2500 - 2830 м, имея grad Рпл=0,0102, по формуле (2.26) составит:

qБР=0,0102·2830/9,8·2830+

(0,04…0,07) ·0,0101·2830/9,8·2830=1,08…1,1·104 Н/см3.

Так как на этом интервале вскрывается продуктивный нефтеносный пласт, то принимаем дельный вес бурового раствора 1,08·104 Н/см3.

Величина статистического напряжения сдвига через 10 минут при бурении под эксплуатационную колонну на интервале 2500 - 2830 м, имея qП=2,4·104 Н/см3 и d =3·10-3м;, по формуле (2.27) составит:

СНС10 >5· (2-exp (-110·5·10-3)) ·3·10-3 · (2,4-1,08) ·104=20 дПа.

Величина статистического напряжения сдвига через 1 минуту при бурении под эксплуатационную колонну на интервале 2500 - 2830 м по формуле (2.28) составит:

СНС1 > (3·10-3 · (2,4-1,08) ·104·9,8·1,5) /6=10 дПа.

Условная вязкость при бурении под эксплуатационную колонну на интервале 2500 - 2830 м по формуле (2.29) составит:

УВ< 21·1,08·104 ·10-4=23сек.

Показатель водоотдачи при бурении под эксплуатационную колонну на интервале 2500 - 2830 м по формуле (2.30) составит:

Ф< (6·104/ 1,08·104) +3=8 см3/30 мин.

Примем значение показателя водоотдачи Ф=6…4 см3/30 мин.

Уровень рН по всем интервалам принимаем равный 8, так как применяемый комплекс химреагентов обеспечивает стабильную работу при уровне рН>8.

Показатель содержания песка, исходя из опыта бурения скважин на данной площади, по всем интервалам принимаем равный 1%.

Так как проектируемая скважина является наклонно направленной, то проектируемые параметры бурового раствора представлены по длине ствола и сведены в табл.2.6

Таблица 2.6 Параметры бурового раствора на интервалах бурения

2.3.5 Расчет необходимого расхода очистного агента

Расход промывочной жидкости должен обеспечить:

эффективную очистку забоя скважины от шлама;

транспортирование шлама на поверхность без аккумуляции его в кольцевом пространстве между бурильными трубами и стенками скважины;

нормальную (устойчивую) работу забойного двигателя;

сохранение целостности и нормального диаметра ствола скважины (предупреждение эрозии стенок скважины и гидроразрыва пород).

Расчет расхода промывочной жидкости для эффективности очистки забоя скважины делается по формуле:

Q=К· SЗАБ л/сек, (2.31)

где

К - коэффициент удельного расхода жидкости равный 0,3…0,65 м3/сек на 1 м2 забоя, принимается К=0,65;

SЗАБ - площадь забоя м2, определяется по формуле:

SЗАБ =0,785·ДД2 м2. (2.32)

При бурении под кондуктор долотом диаметром 0,2953 м по формуле (2.31):

Q=0,65·0,785·0,29532 =0,044 м3/сек.

При бурении эксплуатационную колонну долотом диаметром 0,2159 м по формуле (2.31):

Q=0,65·0,785·0,21592 =0,023 м3/сек.

Расчет расхода промывочной жидкости по скорости восходящего потока определяется по формуле:

Q=VВОСХ·SКП м3/сек, (2.33)

где VВОСХ - скорость восходящего потока; рекомендуемая скорость согласно промысловой классификации горных пород находится в пределах: М=0,9…1,3 м/сек, С=0,7…0,9 м/сек.

SКП - площадь кольцевого пространства, м2, которая рассчитывается по формуле:

SКП =0,785· (ДД2 - dБТ2) м2, (2.34)

где dБТ - диаметр бурильных труб, м2; принимаем dБТ =0,147 метра.

При бурении под кондуктор долотом диаметром 0,2953 м принимаем VВОСХ =0,9 согласно промысловой классификации, по формуле (2.33):

Q=0,9·0,785· (0,29532 - 0,1472) =0,046 м3/сек.

При бурении под эксплуатационную колонну долотом диаметром 0,2159 м на интервале 650 -1400 метров принимаем VВОСХ =0,9 согласно промысловой классификации, по формуле (2.33):

Q=0,9·0,785· (0,21592 - 0,1472) =0,017 м3/сек.

При бурении под эксплуатационную колонну долотом диаметром 0,2159 м на интервале 1400 - 3105 метров принимаем VВОСХ =0,7 согласно промысловой классификации, по формуле (2.33):

Q=0,7·0,785· (0,21592 - 0,1472) =0,014 м3/сек.

Расчет расхода промывочной жидкости, исходя из условия создания гидромониторного эффекта, рассчитывается по формуле:

Q=Fн·0,75 м3/сек, (2.35)

где Fн - площадь поперечного сечения насадок, м2; определяется по формуле:

Fн = π·dН/4·m м2, (2.36)

где dН - диаметр насадок, м;

m - число насадок, m=3.

При бурении под кондуктор долотом III 295,3 СЗ-ГВ, имеющем dН =0,015 м по формуле (2.35):

Q=3,14·0,015/4·3·0,75=0,039 м3/сек.

При бурении под эксплуатационную колонну долотами III 215,9 МЗ-ГВ, III 215,9 С-ГВ, 8 ½ MF - 15 имеющими dН =0,01 м по формуле (2.35):

Q=3,14·0,01/4·3·0,75=0,017 м3/сек.

Расчет расхода промывочной жидкости, обеспечивающий вынос шлама ведется по формуле:

Q= VКР·SMAX+ (SЗАБ ·VMЕХ· (jП -jЖ)) / (jСМ - jЖ) м3/сек, (2.37)

где VКР - скорость частиц шлама относительно промывочной жидкости, м/сек; VКР =0,5 м/сек;

SMAX - максимальная площадь кольцевого пространства в открытом стволе, м2, определяемая по формуле (2.34);

VMЕХ - механическая скорость бурения, м/сек; применяем VMЕХ =0,005 м/сек;

jП - удельный вес породы, Н/м3;

jЖ - удельный вес промывочной жидкости, Н/м3;

jСМ - удельный вес смеси шлама и промывочной жидкости, Н/м3;

jСМ - jЖ=0,01…0,02·104 Н/м3; принимаем 0,02·104 Н/м3.

При бурении под кондуктор расход промывочной жидкости, обеспечивающий вынос шлама, по формуле (2.37) составит:

Q=1,5·0,785· (0,29532 - 0,1472) + (0,785·0,29532· 0,005· (2,4·104 - 1,18·104)) /0,02·104 =0,049 м3/с.

При бурении под эксплуатационную колонну расход промывочной жидкости, обеспечивающий вынос шлама, по формуле (2.38) составит:

Q=0,5·0,785· (0,21592 - 0,1472) + (0,785·0,21592· 0,05· (2,4·104-1,08·104)) /0,02·104 =0,029 м3/с.

Расчет расхода промывочной жидкости, предотвращающего размыв стенок скважины, ведется по формуле:

Q= VКП MAX·SMIN м3/сек, (2.38)

где SMIN - минимальная площадь кольцевого пространства;

VКП MAX - максимально допустимая скорость течения, жидкости в кольцевом пространстве, м/сек; принимаем VКП MAX =1,5 м/сек.

Максимальные диаметры бурового инструмента: при бурении под кондуктор - турбобур диаметром 0,240 м, при бурении под эксплуатационную колонну - турбобур диаметром 0, 195 м.

При бурении под кондуктор расход промывочной жидкости, предотвращающий размыв стенок скважины по формуле (2.38) составит:

Q=1,5·0,785· (0,29532 - 0,2402) =0,035 м3/сек.

При бурении под эксплуатационную колонну расход промывочной жидкости, предотвращающий размыв стенок скважины составит по формуле (2.38):

Q=1,5·0,785· (0,21592 - 0, 1952) =0,01 м3/сек.

Расчет расхода промывочной жидкости, для предотвращения прихватов ведется по формуле:

Q= VКП MIN·SMAX м3/сек, (2.39)

Где VКП MIN - минимально допустимая скорость промывочной жидкости в кольцевом пространстве;

принимаем VКП MIN =0,5 м/сек;

SMAX - максимальная площадь кольцевого пространства; минимальный диаметр бурового инструмента у бурильных труб диаметр =0,127 м.

При бурении под кондуктор расход промывочной жидкости, предотвращающий прихваты составит по формуле (2.39):

Q=0,5·0,785· (0,29532 - 0,1272) ·103=0,027 м3/сек.

При бурении под эксплуатационную колонну расход промывочной жидкости, предотвращающий прихваты составит по формуле (2.39):

Q=0,5·0,785· (0,21592 - 0,1272) ·103=0,012 м3/сек.

Окончательный выбор расхода промывочной жидкости обусловлен производительностью насосов при заданном коэффициенте наполнения по формуле:

Q=m·n·Qн м3/сек, (2.40)

где m - коэффициент наполнения (m=0,8);

n - число насосов;

Qн - производительность насоса с коэффициент наполнения m=1,0.

В расчете принимаеются4 показатели бурового насоса УНБТ - 950 с диаметром втулок равным 160 мм Qн=0,037 м3/сек.

При бурении под кондуктор расход промывочной жидкости составит по формуле (2.40):

Q=0,8·2·0,037=0,059 м3/сек

При бурении под эксплуатационную колонну расход составит:

Q=0,8·1·0,037=0,029 м3/сек

Расчетные значения расхода промывочной жидкости на интервалах бурения заносим в табл. 2.7.

Таблица 2.7 Расход промывочной жидкости по интервалам бурения

2.4 Разработка рецептур бурового раствора

В данном разделе обосновывается рецептура приготовления бурового раствора с параметрами, рассчитанными в разделе 2.3.4

Приготовление бурового раствора производится из бентонитового глинопорошка марки ПБМА и технической воды. Расчет количества применяемых компонентов ведется по методике, представленной в [6].

Исходные данные:

mГ, mВ - масса глины и воды, кг;

Vг,Vв - объем глины и воды, м3;

qГ, q БР, qВ - удельный вес глины, бурового раствора и воды, Н/м3;

n - влажность глины в долях единицы.

Расчет количественных показателей для приготовления 1 м3 глинистого раствора с заданным удельным весом ведется по формулам:

mГ = qГ· (q БР - qВ) / (qГ - qВ · (1-n+ n·qГ)) кг; (2.41)

Vг= mГ · (1-n+ n·qГ) / qГ м3; (2.42)

Vв=1 - Vг м3; (2.43)

mВ= Vв · qВ кг. (2.44)

Качественные показатели бентонитового глинопорошка марки ПБМА, применяемого для приготовления бурового раствора: qГ =2,25·104, n = 0,08.

По представленным формулам рассчитывается:

mГ = 2,25·104· (1,18·104 - 1,0·104) / (2,25·104 - 1,0·104 · (1-0,08+ 0,08·2,25·104)) =358 кг;

Vг=358 · (1-0,08+ 0,08·2,25·104) / 2,25·104 =0,175м3;

Vв=1 - 0,175=0,825 м3;

mВ= 0,825 · 1,0·104 =825кг.

Для бурения кондуктора необходимо приготовление 80 м3 бурового раствора с заданным удельным весом, для этого потребуется:

mГ =358 ·80=30800 кг;

Vг=0,175 ·80=14 м3;

Vв=0,825 · 80=66 м3;

mВ=825 · 80=66000 кг.

Регулирование фильтрации бурового раствора осуществляется реагентами: сайпан или КМЦ. Для обработки бурового раствора сайпаном готовится 1,5% - и водный раствор (15 кг сухого реагента на 1 м3 воды). При первичной обработке добавка сайпана составляет 0,1%, то есть 1 кг сухого реагента на 1 м3 бурового раствора. Раствор сайпана вводится за 1 цикл циркуляции. Для последующих обработок достаточно введения 1% - го (10 кг на 1 м3 воды) водного раствора сайпана из расчета 0,5 кг на 1 м3 бурового раствора. Раствор реагента вводится за 2 цикла.

При бурении под кондуктор сайпан вводится из расчета не более 0,3 кг на 1 м3 бурового раствора, что обеспечивает вязкость 35 - 40 секунд и фильтрацию 8 см3 за 30 мин, при бурении интервала 670 - 1300 м в количестве 0,7 кг/м3 бурового раствора, при бурении интервала 1300 - 1830 м 1,4 кг/м3 раствора для снижения фильтрации до 5 см3/30 мин.

Для увеличения вязкости бурового раствора необходимо применение химреагента КМЦ высоковязкой марки. Обработка бурового раствора производится водным раствором КМЦ марки Габройл НV из расчета 1: 10 от количества химреагента сайпан.

Для снижения коэффициента трения и липкости глинистой корки а также для сохранения коллекторских свойств пласта применяется химреагент ФК - 2000. Обработка бурового раствора производится 10% - й водной эмульсией из расчета 5 кг на 1 м3 бурового раствора.

В интервале бурения из-под кондуктора в целях исключения действия соединений Са необходимо сбросить раствор, на котором разбуривается цементный стакан, обязательна обработка бурового раствора кальцинированной содой.

Перед вскрытием продуктивного пласта для сохранения коллекторских свойств вводится ПАВ. Приготовление раствора ПКД - 515 из товарного продукта производят в глиномесе, используя техническую воду. ПКД - 515 вводят в глиномес, наполненный на 2/3 объёма водой в количестве 200 литров товарного продукта и тщательно перемешивают в течение 30-40 минут. Водный раствор ПКД - 515 вводят в буровой раствор в течение 2-х циклов, непосредственно при вскрытии продуктивного пласта.

В качестве разжижителя используется НТФ, которая вводится в буровой раствор в виде 1% водного раствора (10 кг реагента на 1 м3 воды). Добавки фосфоновых комплексонов составляют 0,01-0,05% от массы бурового раствора. Для первоначального утяжеления бурового раствора используется бентонитовый глинопорошок марки ПБМА с выходом 12-13 м3 из 1 тонны, плотностью 2,2 - 2,3 г/см3, влажностью 6-10%. Для утяжеления бурового раствора вводится глинопорошок из расчета на каждые 0,01 г/см3 - 20 кг на 1 м3 раствора. Так как предлагаемая рецептура приготовления бурового раствора не претерпела изменений, то принимаются данные о расходе химреагентов на 1 м проходки взятые из группового технического проекта на строительство скважин на Игольско-Таловом месторождении и приведены в табл.2.8.

Таблица 2.8 Нормы расхода химреагентов при строительстве скважины

2.5 Выбор и обоснование типа забойного двигателя

Выбор типа забойного двигателя производится в зависимости от проектного профиля скважины, размера долот, режимных параметров. Выбор забойного двигателя с оптимальными характеристиками позволяет достичь высоких качественных показателей. Основные требования к забойным двигателям:

Диаметр забойного двигателя должен лежать в интервале 80-90% от Дд.

Расход промывочной должен быть близким к номинальному забойного двигателя (см. табл.2.6).

Крутящий момент, развиваемый забойным двигателем, должен обеспечить эффективное разрушение горной породы на забое скважины.

Забойный двигатель должен обеспечивать частоту вращения долота, находящуюся в пределах или не менее этих значений, необходимых для разрушения горных пород (см. табл.2.5).

Характеристики применяемых турбобуров и турбинных отклонителей производства Кунгурского машиностроительного завода представлены в табл.2.9 и 2.10, характеристика винтового забойного двигателя производства Пермского филиала ВНИИБТ приведена в табл.2.11

Таблица 2.9 Характеристики турбобуров

Таблица 2.10 Характеристики турбинных отклонителей

Таблица 2.11 Характеристика винтового забойного двигателя

При выборе турбобура необходимо выполнение основного условия:

Мзд>М, (2.45)

где Мзд - необходимый крутящий момент на валу забойного двигателя, Н×м;

М - необходимый крутящий момент на валу забойного двигателя при работе его на воде, Н×м, определяемый по формуле:

М=500· Дд+ (Qоп+120· Дд) · G Н×м, (2.46)

где Qоп - опытный коэффициент (Qоп =1…2 Н×м/кН) [7] ;

G - осевая нагрузка на интервале бурения (см. табл.2.4), кН.

Необходимый крутящий момент на валу забойного двигателя определяется по формуле:

Мзд=2·Мтн· ( (q·Q2) / (qВ·Qтн2)) Н×м, (2.47)

где

Мтн -номинальный крутящий момент на валу забойного двигателя, Н×м;

q - удельный вес бурового раствора, Н/см3;

qВ - удельный вес воды, Н/см3;

Q - расход промывочной жидкости, м3/сек;

Qтн - номинальный расход промывочной жидкости, м3/сек.

При бурении под кондуктор по формуле (2.46):

М=500· 0,2953+ (2+120· 0,2953) · 60=2394 Н×м.

Для турбобура А9ГТШ по формуле (2.47):

Мзд=2·3060· ( (1,18·104 ·0,0592) / (1·104 ·0,0452)) =12414>2394 Н×м.

Условие (2.45) выполняется, следовательно, по этому условию турбобур подходит. Для турбинного отклонителя ТО - 240К по формуле (2.47):

Мзд=2·1489· ( (1,18·104 ·0,0592) / (1·104 ·0,0452)) =6041>2394 Н×м.

Условие (2.45) выполняется, следовательно, по этому условию турбинный отклонитель подходит.

При бурении под эксплуатационную колонну на интервале 650 - 2550 м по формуле (2.46):

М=500· 0,2159+ (2+120· 0,2159) · 90=2620 Н×м.

Для турбобура 3ТСШ1-195 по формуле (2.47):

Мзд=2·2009· ( (1,1·104 ·0,0302) / (1·104 ·0,0302)) =4420>2620 Н×м.

Условие (2.45) выполняется, следовательно, по этому условию турбобур подходит.

Для турбинного отклонителя ТО - 195К по формуле (2.47):

Мзд=2·1252· ( (1,1·104 ·0,0592) / (1·104 ·0,0452)) =2754>2394 Н×м.

Условие (2.45) выполняется, следовательно по этому условию турбинный отклонитель подходит.

При бурении под эксплуатационную колонну на интервале 2550 - 3105 м по формуле (2.46):

М=500· 0,2159+ (2+120· 0,2159) · 180=5131 Н×м.

Для виинтового забойного двигателя Д2 - 195 по формуле (2.47):

Мзд=2·5200· ( (1,09·104 ·0,0302) / (1·104 ·0,0302)) =11336>5131 Н×м

Условие (2.45) выполняется, следовательно, по этому условию турбобур подходит.

2.6 Гидравлический расчет промывки скважины

Цель составления гидравлической программы бурения - определение рационального режима промывки скважины, обеспечивающего наиболее эффективную отработку долот, при соблюдении требований и ограничений, обусловленных геологическими особенностями вскрываемого интервала, энергетическими, техническими и эксплуатационными характеристиками применяемого инструмента.

Расчет производится по методике, предложенной в [8].

Исходные данные для расчета:

Глубина бурения скважины L, м 2830.

Удельный вес разбуриваемых пород qГП, Н/м3 2,4·104.

Механическая скорость бурения Vм м/с 0,005.

Момент турбобура, необходимый для разрушения породы, Мр Н·м 1450.

Реологические свойства жидкости:

динамическое напряжение сдвига tО, Па 20.

пластическая вязкость h, Па·с 0,027.

Удельный вес бурового раствора qГП, Н/м3 1,08·104.

Тип бурового насоса УНБТ 950.

Число буровых насосов 1.

Наминальный расход насоса Qн, м3/сек 0,037.

Наминальное рабочее давление Рн, МПа 23.

Элементы бурильной колонны

УБТ - 178x90:

длина l1, м 62;

наружный диаметрdн1, м 0,178;

внутренний диаметр dв1, м 0,080.

УБT - 146x74:

длина l2, м 8;

наружный диаметр dн2, м 0,146;

внутренний диаметр dв2, м 0,074.

ТБПВ:

длина l3, м 250;

наружный диаметр dн3, м 0,127;

внутренний диаметр dв3, м 0,109;

наружный диаметр замкового соединения dз3, м 0,170.

ЛБТ:

длина l4, м 2778;

наружный диаметр dн4, м 0,147;

внутренний диаметр dв4, м 0,125;

наружный диаметр замкового соединения dз4, м 0,172.

Элементы наземной обвязки:

Условный диаметр стояка, м 0,168.

Диаметр проходного сечения, м:

бурового рукава 0,102;

вертлюга 0,100;

ведущей трубы 0,85.

Определяются потери давления в бурильных трубах.

Вычисляются потери давления внутри бурильных труб. Для этого определяются значения критических чисел Рейнольдса в бурильной колонне по формуле:

Rекр=2100+7,3· ( (q·dв2·tО) /10·h2) 0,58. (2.48)

В ЛБТ:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·104 ·0,1252·20) / 10·0,0272) 0,58=16204.

В ТБПВ:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·104 ·0,1092·20) / 10·0,0272) 0,58=14132.

В УБТ-178:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·104 ·0,0902·20) / 10·0,0272) 0,58=10504.

В УБТ-146:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·104 ·0,0742·20) / 10·0,0272) 0,58=9778.

Определяются действительные числа Рейнольдса в бурильной колонне по формуле:

Rеm= (4·q·Q) / (10·p·dв·h). (2.49)

В ЛБТ:

Rеm= (4·1,08·104 ·0,030) / (10·3,14·0,125·0,027) =12230

В ТБПВ:

Rеm= (4·1,08·104 ·0,030) / (10·3,14·0,109·0,027) =14024

В УБТ-178:

Rеm= (4·1,08·104 ·0,030) / (10·3,14·0,090·0,027) =19108

В УБТ-146:

Rеm= (4·1,08·104 ·0,030) / (10·3,14·0,074·0,027) =20657

В бурильной колонне в ЛБТ и ТБПВ Rеm<Rекр, значит движение происходит при ламинарном режиме и описывается уравнением Сен-Венана, а вУБТ-178 и УБТ-146 Rеm>Rекр, следовательно движение происходит при турбулентном режиме и описывается уравнением Дарси-Вейсбаха. Определяются потери давления. Рассчитывается число Сен-Венана для колонны труб ЛБТ и ТБПВ формуле:

Sт= (p·tО·dв3) / (4·h·Q). (2.50)

В ЛБТ:

Sт= (3,14·20·0,1253) / (4·0,027·0,030) =303.

В ТБПВ:

Sт= (3,14·20·0,1093) / (4·0,027·0,030) =230.

Определив значение Sт, по Рис.6.7. [8, стр 72] определяется значение коэффициента b: для ЛБТ - 0,84; для ТБПВ - 0,82.

Вычисляются потери давления внутри бурильной колонны по формуле:

DРт= (4·tО·l) / (b·dв) МПа. (2.51)

В ЛБТ:

DРт= (4·20·2778) / (0,84·0,125) =2,117 МПа.

В ТБПВ:

DРт= (4·20·250) / (0,84·0,109) =0,224 МПа

Рассчитывается значения коэффициентов гидравлического сопротивления l для УБТ-178 и УБТ-146 по формуле:

l=0,1· (1,46·К/dв+100/ Rеm), (2.52)

где К - коэффициент шероховатости стенок, принимается для УБТ=3,0·10-4, м.

В УБТ-178:

l=0,1· (1,46·3,0·10-4/0,090+100/19108) =0,0322.

В УБТ-146:

l=0,1· (1,46·3,0·10-4/0,074+100/20657) =0,0326.

Вычисляются потери давления внутри УБТ-178 и УБТ-146 по формуле:

DРт= (l·0,8·q·Q2·l) / (p2·dв5) МПа. (2.53)

В УБТ-178:

DРт= (0,0322·0,8·1,08·104·0,0302·62) / (3,142·0,0905) = 0,48 МПа.

В УБТ-146:

DРт= (0,0326·0,8·1,08·104·0,0302·8) / (3,142·0,0745) =0,093 МПа.

Суммарные потери давления внутри колонны бурильных труб и секций УБТ составит:

åDРт=0,093+0,48+2,117+0,224=2,92 МПа.

Местными потерями давления в приварных замках ТБПВ пренебрегают, так как потери не значительны [].

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6