13 Методы управления давлением в бурящейся скважине

Анализ современных технологий бурения скважин в условиях гибкого регули- рования забойного давления показал, что большинство технологий предназначено для вскрытия пластов с АНПД, а для вскрытия пластов с АВПД применяются тех- нологии с использованием избыточного давления на устье скважины. Наиболее ра- циональным способом вскрытия газоносных пластов с АВПД является технология бурения на равновесии с обычной схемой циркуляции промывочной жидкости, включающей вращающийся превентор и специальный дроссель.

Современное техническое и технологическое обеспечение буровых работ по- зволяет осуществлять регулирование забойного давления путем изменения расхода,

is

плотности, реологических характеристик бурового раствора, а также за счет созда- ния и изменения избыточного давления на устье скважины.

Существенному улучшению технико-экономических показателей процесса бурения скважины способствует рациональный выбор гидравлической программы, т.е. регулирование гидродинамических давлений за счет управляемых параметров (плотность и реологическая характеристика бурового раствора, режим промывки скважины и т.д.). В результате, достигается экономия материалов, снижение вероят- ности осложнений в скважине, повышение показателей работы породоразрушающе- го инструмента и качественное вскрытие продуктивных горизонтов [7,14].

Анализ известных способов управления давлением в скважине при бурении и ликвидации флюидопроявлений показал, что сохранение постоянного давления на забое является превалирующим принципом методов регулирования дифференци- ального давления в системе «скважина-пласт». Наиболее оперативным является ме- тод регулирования давления в скважине путем изменения давления на устье дроссе- лем, а диапазон изменения устьевого давления более широк по сравнению с измене- нием плотности и расхода промывочной жидкости в конкретных геолого- технических условиях [6, 18, 19, 24,29]. Известны различные функциональные зави- симости изменения устьевого давления по мере вымыва газированной пачки из сква- жины с учетом конкретных геолого-технологических условий. Так в работах В.Д. Шевцова, Е.Г. Леонова, В.И. Бега и др. приводятся зависимости изменения давления в скважине при движении газовой пачки (ряда газовых пачек) и максимального давления на устье при глушении скважины с использованием регулируемого дросселя. В работе К.М. Тагирова [32] приведены методика и зависимости для управления давлением в скважине в режиме авторегулирования при бурении с ис- пользованием герметизированной системы циркуляции.

Использование устьевого давления для регулирования забойного давления

обеспечивает оперативность и простоту в реализации, т.к.

Система создания противодавления на устье является неотъемлемой частью оборудования для реализации технологии бурения скважин и вскрытия продуктив- ных пластов с регулируемым давлением на забой. Важнейшим элементом в этой системе является дроссель, с помощью которого обеспечивается контроль и регули- рование потока промывочной жидкости выходящей из скважины для создания и поддержания противодавления требуемой величины на вскрываемые (или вскры- тые) пласты.

Дроссели (один, два или три в зависимости от цели применения и характера вскрываемых пластов) входят в дроссельный блок, который является составным элементом противовыбросового оборудования, и подразделяются на регулируемые и нерегулируемые. В свою очередь регулируемые дроссели конструктивно выпол- няются с ручным или гидравлическим (пневматическим) приводом. Последний, как правило, изготавливается с дистанционным управлением со специального пульта, устанавливаемого непосредственно на буровой площадке (или поблизости от нее).

В зарубежной практике получили распространение регулируемые дроссели с различным принципом действия [30]. Известны дроссели переменного сечения с гидравлическим и пневматическим приводами, в которых в качестве регулируемых штуцеров использовались резиновые элементы с проходным сечением цилиндриче- ской формы (фирма «Свако») и в форме шестиконечной звезды (фирма «Дриллинг уэлл контрол»). Принцип действия этих дросселей заключается в изменении про- ходного сечения путем осевого сжатия резинового элемента, помещенного в корпу- се, вплоть до полного его перекрытия под действием нагнетаемой жидкости. В регу- лируемом дросселе фирмы «Камерон» изменение проходного сечения достигается путем сжатия азотом резинового элемента в радиальном направлении.

(вплоть до полного перекрытия) резиновым элементом. Недостатками данных дрос- селей являются низкая износостойкость и ненадежность перекрытия проходного се- чения в результате сжатия резинового элемента, а также невозможность пропуска крупного шлама в кольцевом сечении (дроссель фирмы «Камерон»).

Существуют другие конструкции дросселей. Так, фирмой «Свако Джиоло- граф» разработано несколько моделей дросселей, рассчитанных на различные дав- ления. Принцип действия этих дросселей заключается в изменении проходного се- чения за счет поворота относительно друг друга до 180° двух цилиндрических пла- стин с отверстиями в форме полумесяца, изготовленных из карбида вольфрама. При этом образуется проходное сечение необходимого размера, вплоть до полного пере- крытия. Недостатком данного дросселя является низкая износостойкость, а также конструкцией дросселя не предусмотрено автоматической очистки при возможной закупорке шламом.

Фирмой «Хайдрил» разработаны конструкции дросселей, принцип действия которых основан на эффекте соударения потоков промывочной жидкости, организо- ванных высокостойким соплом особой конструкции, направляющим поток через противоположно расположенные отверстия различного диаметра. Образованные та- ким образом струи потока промывочной жидкости, соударяясь между собой внутри сопла, рассеивают разрушительную энергию потока внутри сопла. Недостатками данного дросселя являются невозможность автоматической очистки дросселя при закупорке отверстий сопла, ненадежность работы сопла при выносе высокопрочного шлама, а также дороговизна и сложность изготовления сопла.

Известен регулируемый дроссель, включающий полый корпус в виде тройни- ка, дросселирование потока в котором осуществляется путем изменения площади кольцевой щели между твердосплавной иглой и цилиндрическим седлом при руч- ном вращении маховика [28].

ного прекращения циркуляции промывочной жидкости, что сопровождается значи- тельными колебаниями давления в герметизированной скважине. Кроме того, дан- ная конструкция не позволяет оперативно, и тем более дистанционно изменять се- чение кольцевой щели и регулировать величину давления на устье.

Существует регулируемый штуцер с гидравлическим дистанционным управ- лением типа Н2 фирмы "Камерон", включающий полый корпус в виде тройника, дросселирование потока в котором осуществляется изменением величины кольце- вой щели между иглой и седлом [12]. К недостаткам данного дросселя относится то, что рабочая камера и кольцевая щель забиваются крупными частицами шлама, со- измеримыми с размерами кольцевой щели. В результате этого при нарастании дав- ления в рабочей камере возрастает усилие прижатия иглы к седлу, что может при- вести к нарушению их рабочих поверхностей. Оперативный переход с дистанцион- ного режима управления на ручной режим невозможен без выполнения дополни- тельных операций (вывинчивание стопора, отвинчивания муфты, перегон до упора ходовой гайки и т.д.). Кроме того, этот дроссель не позволяет автоматически под- держивать заданное давление в скважине при переменных расходах промывочной жидкости.

В отечественной практике широкое применение получил дроссель противо- выбросового оборудования с ручным и гидравлическим управлением, содержащий полый корпус, выполненный в виде гидроцилиндра с поршнем и крышкой, обра- зующими рабочую камеру и камеры гидроуправления, игла с указателем ее положе- ния, седла, носители иглы и седла, маховик и уплотнительные элементы [5].

Анализ современных конструкций дросселирующих устройств показал, что большинство дросселей предназначено для ликвидации флюидопроявлений, когда прекращается механическое бурение скважины. В процессе бурения скважин при

герметизированном устье и интенсивном выносе шлама забиваются рабочие камеры всех указанных выше дросселей. Под действием колебаний давления шлам консо- лидируется и уплотняется, что в конечном итоге приводит к полному перекрытию проходного сечения. Перекрытие проходного сечения дросселя ведет к повышению величины затрубного давления в скважине, а следовательно, к прерыванию процесса бурения на время и продувки дросселя, что не исключается даже при установке дуб- лирующего дросселя на байпасной линии. Кроме того, в известных устройствах с ручным и дистанционным управлением не предусмотрено поддержание постоянной величины давления на устье, при изменении расхода промывочной жидкости.

Как было уже отмечено, наиболее рациональным способом вскрытия газонос- ных пластов является технология бурения с регулируемым давлением на забой, включающая использование вращающегося превентора и специального дросселя. При этом повышение технологического эффекта может быть достигнуто за счет обеспечения постоянной величины (расчетной) давления на устье при переменном расходе промывочной жидкости. С этой целью необходимо разработать дроссели- рующее устройство упрощенной конструкции для управления устьевым давлением, позволяющее повысить надежность контроля давления в скважине при дистанцион- ном управлении в условиях интенсивного выноса шлама и автоматически поддер- живать заданное давление в герметизированной скважине в процессе бурения.