1.2 Методы определения забойного давления в скважине

В результате операций контроля параметров бурения скважин получают све- дения о технологических процессах с целью управления ими.

Развитие технологии бурения скважин сопровождается увеличением количе- ства контролируемых признаков, характеризующих бурение скважин, в частности необходимостью определения величины действующего забойного давления.

Работы по созданию и совершенствованию средств контроля технологических параметров бурения скважин, буровых и тампонажных растворов интенсивно велись в МНПО "Нефтегазавтоматика", Ивано-Франковском ПО "Геофизприбор", Грозненском СПКБ "Нефтегазавтоматика", Краснодарском СПКБ "Промавтоматика", Андижан- ском СПКБ, Ленинградском СКБ БА.

В США и странах Западной Европы выпускаются станции Визулогер (фирма "Тотко"), НДТ и СДТ (Бароид), М/Д-3200 (Мартин Деккер), ТДС, АЛС (Геосервис), Адвизор-система (Арадрил Шлюмберже) и др. [8].

Отечественные и зарубежные фирмы изготавливают как отдельные датчики и измерительные каналы для контроля технологических параметров бурения скважин, так и системы контроля с микропроцессорной техникой. Применение вычислитель- ной техники позволило существенно расширить функциональные возможности комплексов контроля (диагностика, прогнозирование состояний скважин, накопле- ние, хранение информации и др.) [13]. Многофункциональные компьютеризирован- ные станции геолого-технологического контроля и оптимизации бурения в настоя- щее время получили широкое распространение. Современные компьютеризирован- ные станции геолого-технического контроля бурения и СПО производят измерения, обработку, индикацию, распечатку и аналоговую регистрацию параметров.

Система принимает и обрабатывает информацию с технологических датчиков, контролирующих параметры бурения, бурового раствора и данные газового карота- жа; часть данных вводится в систему оператором через клавиатуру (результаты ла- бораторного измерения реологических свойств раствора вводятся оператором вруч- ную). Программное обеспечение позволяет выполнять обработку поступающей ин- формации в режиме реального времени и состоит из четырех комплексов: обслужи- вание бурения (контроль работы долота, выбросов, искривления скважин, гидравли- ческая оптимизация), контроль АВПД (d-экспонента, ст-каротаж и др.), газовый ка- ротаж (газосодержание, хроматологический анализ и др.) и геология (оценка пласта по данным бурения, керну и т.д.). Система контролирует параметры процесса буре- ния и СПО, сигнализирует о возникновении осложнений, выполняет расчет гидрав- лических характеристик (прикладные программы по гидравлическим расчетам для бурения и СПО), обрабатывает данные газового каротажа, позволяет осуществлять определение зон АВПД, контроль газового выброса, отработки долота по стоимости 1 м бурения и траектории скважины. Имеются пакеты для обработки данных сква- жинного каротажа и пластоиспытаний. Результаты обработки выводятся на видео-

терминал, устройство печати и графопостроитель. Данные по скважине накаплива- ются системой и доступны для дальнейшей обработки.

В последние годы интенсивно развивается новое направление промысловой геофизики - получение информации с забоя непосредственно в процессе бурения с помощью телеметрических забойных систем (ТЗС). Создаваемые на первом этапе для измерения параметров траектории стволов наклонно-направленных скважин, бурящихся с плавучих буровых установок, в настоящее время ТЗС включают в себя практически весь комплекс ГИС для открытого ствола, а также целый ряд техноло- гических параметров. Время их бесперебойной работы доведено до 200 и более ча- сов, дальность передачи информации по каналу связи превышает 6000 м. Не менее перспективно использование в составе современных аппаратурно-методических комплексов ГТИ автономных забойных систем (АЗС). АЗС представляют собой встраиваемые или сбрасываемые в компоновку низа бурильной колонны (КНБК) приборные комплексы на современной элементной базе, регистрирующие в процес- се спуска инструмента, бурения и подъема инструмента траекторные параметры скважины, технологические параметры процесса бурения, параметры свойств гор- ных пород. Созданием как ТЗС, так и комплексных скважинных систем занимаются десятки зарубежных фирм: «Шлюм-берже», «Халибертон» и др. В нашей стране ТЗС под шифром «Забой» разрабатываются во ВНИИГИС, в 1995 г. Компанией «Геоэлектроника сервис» была разработана автономная забойная сбрасываемая мно- готочечная система АЗС-42СМ. Однако их освоение началось в 1996 г. ТЗС и АЗС, объединенные с поверхностными системами ГТИ, образуют сложные компьютери- зированные многопроцессорные приборные комплексы и применяются преимуще- ственно при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин [20].

Обобщая вышеизложенное, можно сделать вывод, что в практике массового бурения отсутствует надежное устройство для измерения в режиме реального вре- мени абсолютной величины давления на забое скважины. В большинстве случаев определение действующего забойного давления в процессе бурения скважины вы- полняется по расчетной схеме с использованием измерений (датчиков, лаборатор- ных замеров) и гидродинамических расчетов.

В общем виде забойное давление вычисляется по формуле

Рзаб=Ру+Ркп+РЕН, (1)

где Рзаб - действующее забойное давление, Па; Ру - устьевое давление, Па;

Ркп - потери давления на преодоление гидравлических сопротивлений в коль- цевом пространстве, Па; р - плотность бурового раствора, кг/м ; g - ускорение свободного падения, м/с2; Н - глубина забоя скважины, м.

Вычисление величины потерь давления на преодоление гидравлических со- противлений в кольцевом пространстве осуществляется в рамках составления гид- равлической программы бурения скважины, которая основана на расчетах гидрав- лических сопротивлений в системе по заданной подаче насосов и заданным показа- телям свойств буровых растворов [16]. Такая схема выбора гидравлической про- граммы не позволяет с достаточной точностью определять значения действующих давлений в реальной скважине (особенно в кольцевом пространстве), так как не учитывает гидромеханические и тепловые процессы в бурящейся скважине.

Прежде всего, вычисление величины потерь давления на преодоление гидрав- лических сопротивлений невозможно без правильного определения реологических характеристик буровых растворов (динамическое напряжение сдвига т0, пластиче- ская вязкость г|) и, следовательно, гидравлических сопротивлений при циркуляции растворов в бурящейся скважине.

Свойства буровых растворов, выполняющих по- мимо основных функций (очистка забоя, вынос шлама) также роль теплоносителя, изменяются под воздействием высоких температур и давлений. Это обстоятельство в значительной мере затрудняет оценку реальных реологических характеристик бу- ровых растворов как по причине отсутствия приборов, моделирующих термодина- мические условия скважины, так и из-за сложного реологического состояния буро- вых растворов, проявляющегося даже при нормальных температурах и давлениях. Сложность реологического состояния буровых растворов заключается не только в

отклонении реальных реологических характеристик от бингамовских констант, но и в принадлежности большинства буровых растворов к иному виду жидкостей - не- стационарных по реологическому состоянию [21].

В настоящее время становится очевидным, что бингамовские характеристики буровых растворов не всегда точно отображают физическую природу этих сложных систем. Однако следует отметить, что многие разработки, например удерживающая и транспортирующая способности буровых растворов, гидравлические сопротивле- ния, выбор режимов очистки и т.д., составляющие основу отечественной гидравлики бурения, традиционно базировались на использовании бингамовской модели.

В практике бурения реализация замеров реологических характеристик воз- можна лишь на серийном отечественном приборе ВСН-3. Согласно инструкции пре- дусматривается только упрощенный метод замера бингамовских характеристик пу- тем измерения угла закручивания упругого элемента при двух частотах вращения внешнего цилиндра. При фиксировании же полной реограммы возникают неминуе- мые затруднения в определении коэффициентов для пересчета показаний динамо- метра и интенсивности вращения внешнего цилиндра вискозиметра в касательное напряжение на стенке и среднюю скорость сдвига. Последние являются консистент- ными переменными и служат основой для перехода от характеристик консистентной кривой к показателям истинной кривой течения, отражающим свойства текущей среды. Эти характеристики различны по физическому смыслу и по величине. Кроме того, известно, что реологические характеристики большинства используемых бу- ровых растворов не инвариантны, как предполагается, в результате влияния тиксо- тропных свойств (статическое напряжение сдвига), которые не фиксируются при замере на вискозиметрах различных типов, а также при существующих методах оп- ределения непосредственно в скважине.

Многочисленные экспериментальные исследования [11, 45, 47, 50] показали, что измерения, проведенные при атмосферных условиях, не могут дать точных и полных сведений о реологическом поведении бурового раствора по всему стволу скважины при высоких температурах и давлениях.

Известны способы, позволяющие определять реологические характеристики

бурового раствора в скважине: -

определение вязкости бурового раствора Г| в процессе бурения, по которому останавливают механическое бурение и промывку скважины, создают страгиваю- щее усилие путем спуска бурильной колонны в скважину, замеряют время после на- чала спуска до начала выхода бурового раствора из скважины и определяют rj в ин- тервале спущенной колонны по математической формуле [4]; -

определение динамического напряжения сдвига бурового раствора т0 в про- цессе бурения, по которому останавливают механическое бурение и промывку скважины, создают страгивающее усилие путем спуска бурильной колонны в сква- жину, замеряют время начала спуска до начала течения бурового раствора из сква- жины в желоб и длину спущенных за это время бурильных труб, причем значение т0 определяют в интервале спущенной колонны по математической формуле [3].

Недостатком указанных способов является низкая точность определения пла- стической вязкости и динамического напряжения сдвига бурового раствора, т. к. ос- тановлена циркуляция бурового раствора, а состояние покоя приводит к росту структурообразования раствора, т.е. повышению статического напряжения сдвига 0, что существенно искажает значение определяемой величины. Кроме того, значения Т| и т0 вычисляют через каждые 30-40 м в среднем один раз в два дня, т.е. поинтер- вально, а для получения средневзвешенной величины по всей глубине скважины не- обходимо провести спуск всей колонны, что требует значительных временных за- трат, к тому же, заданная периодичность проведения спуско-подъемных операций снижает оперативность определения.

В настоящее время реометрия буровых растворов требует развития, как в тех- ническом отношении, так и в разработке методических указаний по замерам показа- телей реологического состояния, т.е. создания специальной аппаратуры, модели- рующей глубинные условия, что представляется серьезной отдельной проблемой. Таким образом, несмотря на достаточно глубокие разработки теории реометрии жидкостей, особый интерес представляет разработка метода замера реологических характеристик буровых растворов в реальной скважине.

В связи с этим актуальным является вопрос определения средневзвешенных

по стволу скважины значений пластической вязкости и динамического напряжения сдвига бурового раствора с учетом фактических данных бурения и использованием методических основ традиционной реометрии буровых растворов и применения по- лученных значений в расчетах гидродинамических давлений в бурящихся скважи- нах [38].

<< | >>
Источник: Чернухин Владимир Иванович. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ СКВАЖИН С РЕГУЛИРУЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ НА ЗАБОЙ. 2005

Еще по теме 1.2 Методы определения забойного давления в скважине:

  1. 2 АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАБОЙНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ЦИРКУЛЯЦИИ БУРОВОГО РАСТВОРА
  2. 3. ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЗАБОЙНЫМ ДАВЛЕНИЕМ ПРИ БУРЕ- НИИ СКВАЖИНЫ
  3. 1.1 Влияние забойного давления на процесс бурения нефтяных и газовых скважин
  4. 13 Методы управления давлением в бурящейся скважине
  5. 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЗА- БОЙНЫМ ДАВЛЕНИЕМ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИН
  6. 4.3. Промысловые комплексные испытания технологии бурения с регу- лируемым забойным давлением.
  7. 2.2 Методика расчета забойного давления в условиях поступления газа в циркулирующий буровой раствор.
  8. 4 ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ НА ЗАБОЙ СКВАЖИНЫ
  9. Чернухин Владимир Иванович. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ СКВАЖИН С РЕГУЛИРУЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ НА ЗАБОЙ, 2005
  10. ПРИЛОЖЕНИЕ Д о проведении опытно-промышленных испытаний технологии бурения с регулированием давления в скважине
  11. Приложение Б Результаты расчетов статических и гидродинамических давлений аэрированной жидкости в кольцевом пространстве скважины
  12. ПРИЛОЖЕНИЕ Б Расчет фактического экономического эффекта от внедрения технологии бурения с гибким регулированием давления в системе «скважина - пласт»
  13. 2.1 Способ определения реологических характеристик бурового раствора в бурящейся скважине
  14. 4.1 Промысловые испытания способа определения реологических харак- теристик бурового раствора в бурящейся скважине.
  15. Определение метода закупок
  16. Приложение В \кт промысловых испытаний метода определения реологических характеристик бурового раствора по данным бурения