Занятие 5: ОБСАДНОЕ БУРЕНИЕ Промывка. ПРОМЫВКА Сравнение систем Кольц. режим и ЭПЦ Гидравлический подъем Очистка ствола Активация расширителя Выбор бур. - презентация

1 Занятие 5: ОБСАДНОЕ БУРЕНИЕ Промывка

2 ПРОМЫВКА Сравнение систем Кольц. режим и ЭПЦ Гидравлический подъем Очистка ствола Активация расширителя Выбор бур. р-ра ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МЕХАНИЧ. ВОЗДЕЙСТВИЕ Момент и трение Защита обсад. колонны Изгиб Усталостный износ Механич. износ Вибрация Работа канатной лебедкой НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ Выбор двигателя Параметры наклонно-направленного бурения

3 Стандартные методики бурения развивались и совершенствовались в течение длительного времени Было бы естественно применить самые эффективные методики стандартного способа бурения в обсадном бурении. Необходима адаптация эффективных стандартных методик бурения с учетом уникальных условий обсадного бурения. Данное занятие посвящено детальной проработке этих вопросов. ИЗМЕНЕНИЕ ПОДХОДА: ПРИМЕНЕНИЕ СТАНДАРТНЫХ МЕТОДИК БУРЕНИЯ В ОБСАДНОМ БУРЕНИИ

4 Программное обеспеч-е для проекторов-я обсад. бур-я скважин является основным инструментом инженерных расчетов.

5 Функции гидравлической системы Вынос выбуренной породы из скважины. Противодействие притоку пласт. жидкости в скважину. Способствование устойчивости стенок скважины. Смазка долота и бурильной колонны. Обеспеч-е привода ГЗД (при их использовании). В то же время необходимо избегать: Эрозии стенок ствола скважины. Гидравлического разрыва пласта. Повреждения продуктивной призабойной зоны.

6 Сравнение обсадных труб с БТ и УБТ ПРИМЕР Диаметр интервала = 8,75 Текущий забой = 8000 футов 9-5/8 спущена на 500 футов Расход = 450 галлонов/мин Сопла долота = 14, 14, 14, 14 Раствор 11,8 фунтов/галлон Пластич. вязкость = 14 ДНС = футов колонны 7 23# В СРАВНЕНИИ С 540 футов 6.25 x УБТ 7460 футов БТ 4 7 обс. трубы БТ и УБТ

7 Скорость потока в затрубе обс. колонны высокая, но постоянная 7 колоннаБТ и УБТ Re = 2584 Re = 3268 Re = 3947 Все интервалы в турбулентном режиме потока

8 Инвертированная эпюра давления (450 GPM) 7 колоннаБТ и УБТ 1438 psi 2181 psi P bit =487 psi ЭПЦ = 13.5 фунт/галлон ЭПЦ = 12.0 фунт/галлон

9 Новая программа промывки для обсад. бур-я (Уменьшимеить расход до 300 галлонов/мин, уд. вес р-ра 10.8 фунтов/галлон промывочные отв-я долота уменьшимеить до ) 7 колонна ЭПЦ = 11.9 фунт/галлон 1042 psi 2181 psi 300 галлонов/мин 450 галлонов/мин Re = 1919

10 МОЩНОСТЬ НАСОСА Стандартное бур-е Производит. = 450 галлонов/мин Перепад давл-я = 2,181 psi HHP = 572 л.с. HHP = P * Q / 1714 HHP = Гидравлическая мощность в л.с. P = давление насоса, psi Q = производительность, галлонов/мин Обсадное бурение Производит. = 300 галлонов/мин Перепад давл-я = 1,042 psi HHP = 182 л.с. Диз. топливо => 145,000 БТЕ/галлон Принимая к.п.д. = 40% Стоимость дизтоплива => $4.00/галлон Экономия: 390 л.с. $1300/сутки Отмеченная экономия топлива на установках ТЕСКО для обсадного бурения составляет 40%.

11 Скорость циркуляции ЭПЦ Трение Загруз. за труба бур. шламом Минимальная эквивал. плотность циркуляции (ЭПЦ) Оптимальный уровень Повыш. скорость циркуляции обеспечивает снижение загрузки за труба выбуренной породой. При повыш. скор. циркуляции увеличь. трение в затрубе.

12 Бурение обс. колонной 7 Бурение с УБТ 6 1/8 и БТ 4 Глубина = 3200 футов, УВ = 8.9 Диапазон для стандартного бурения Диапазон для обсадного бурения Пониженная скорость циркуляции является оптимальной

13 Вынос бурового шлама From Applied Drilling Engineering pp Нижний предел определяется содержанием песка в воде Типовые р-ры и бур. шлам Скорость потока в затрубе, футов/мин Типичный диапазон для обс. бур-я

14 Вредна ли выс. скор. циркуляции в затрубе? Эрозия стенок ствола скважины может быть связана с турбулентностью потока. Турбулентность обычно начинается с числа Рейнолдса 2100 – Re = 928 * * Vel * de / = плотность бур. р-ра, фунтов/галлон Vel = скорость жидкости, футов/сек = вязкость жидкости, сантипуаз de = эквивалентный гидравлический диаметр D hole 2 - OD pipe 2 Лучшая оценка: de = D hole 2 + OD pipe 2 – Ln(D hole / Od pipe ) Приблизительная оценка: de = * (D hole - Od pipe )

15 Более высокая переходная скорость в узких кольцеевых пространствах Интервал 8,75, плотность р-ра 10 фунтов/галлон, Пласт. вязкость = 10, ДНС = 5 Турбулентный

16 Является ли проблемой высокая скорость в кольце. пространстве? Observations: Скорость восходящего потока в затрубе при обсадном бурении зачастую выше чем за бурильной колонной в станд. бурении. При обсадном бурении режим потока нередко бывает турбулентным. Вредное влияние турбулентного потока при обсадном бурении не замечено (даже при промывке водой с расходом 475 фут/мин В некоторых публикациях отмечено, что повреждения стенок скважины, когда-то приписывавшиеся турбулентному потоку, были фактически вызваны вибрацией бурильной колонны. Планирование скорости циркуляции на основе ЭПЦ и очистки ствола устранять проблемы с эрозией стенок ствола.

17 Эксцентричная обс. колонна в скважине приводит к снижению ЭПЦ 30% reduction Обобщенное число Рейнолдса (x10 -3 ) Коэффициент трения Фэннинга

18 Давление в затрубе сила трения Усилие в торце поток жидкости Гидравл. подъем Поток в затрубе поднимает обс. колонну, снижая нагрузку на долото Это также происходит при использ. бур. кол., но в значит. меньшиме. степени Явл-ся хор. указат. кач-ва очистки ствола Точнее указ-ет в вертик. скважинах Гидравлический подъем = жидкостное трение + Затруб БТ умножьь. на плащ. торца + БТ от шлама умножьь. на плащ. торца

19 Сила трения + Усилие в торце HL = /4 * [D h *D c *Dpa *D c 2 * ( e - m ) ] Усилие бур. шлама HL = гидравлический подъем, фунтов D h = диаметр ствола, дюймов D c = наружный диаметр ОК, дюймов Dpa = потери давления в затрубе, psi m = плотность чистого р-ра, фунтов/галлон e = эффективная плотность р-ра включая выбуренную породу, фунтов/галлон Расчет гидравлического подъема

20 VAQUILLAS A1 198 откачка наблюдалась на 2074 футов Время, сек Долив в трубы фунтов откачка Примечание: Талевый блок был неподвижен

21 Образование сальника на обс. колонне Уплотнение стенок ствола скважины Образовавшая сальник глина, вынесенная на вибросито после расхаживания колонны. Гидравлический подъем позволяет отслеживать состояние скважины

22 Методика отслеживания гидравлического подъема Записать величину нагрузки на крюке при поднятом над забоем долоте, выключенных насосах и медленном вращении обс. колонны. Включить буровые насосы и поднять скорость циркуляции до соответствия скорости проходки и записать величину нагрузки на крюке. Разница величин нагрузки на крюке при включенных и выключенных насосах является гидравлическим подъемом. Полностью убрать нагрузку на долото. Начать углубление скважины. Во время проходки пластов с большой мех. скоростью, при снижении скорости проходки в процессе выбуривания длины трубы, нужно приподнять колонну и еще раз обнулить нагрузку на долото для полного устранения эффекта загрузки бур. шлама.

23 Обратная проработка может способствовать очистке ствола Глубина по стволу, футов Гидравлич. подъем, фунтов Откачка Прогноз Обр. проработка при каждом наращивании ANB Cattle Co СПО

24 Типовой гидравлич. подъем на скв. Lobo (без обратной проработки) * Прогноз перед бур-ем, постоянно 320 галлонов/мин Walter Despain

25 Гидравлич. подъем предупреждает о поглощении Поглощение Vaquillas A1 198

26 Пример 1585 футов Время, мин BMT 179 В процессе выбуривания длины трубы давление в затрубе может измениться об/мин мех. скорость Нагрузка на долото Нагрузка на долото St Pt Момент

27 Пример 2518 футов Время, мин BMT 179 данные по выс. скорости Нулевая нагрузка на долото Изменение давления в затрубе при бурении Мягкая порода Более твердая порода

28 1. Начать вращение колонны (разрушает структуру р-ра). 2. Поднять давление бур. насосов. 3. После стабилизации давл-я уменьшимеить до нуля нагрузку на долото. 4. Опустить долото на забой. 5. Отрегулировать скорость вращения и нагрузку. Необходимо выполнять каждый раз при изменении скорости циркуляции. Гидравлич. подъем влияет на эффективность начала работы долота после наращивания

29 1. Однократное изменение нагрузки на долото из-за изменения длины колонны. 2. Устойчивое изменение гидравлического подъема. Необходимо приподнять долото над забоем для изменения скорости промывки и снижения нагрузки на долото до нулевого уровня. Что произойдет при изменении скорости промывки при работе долота на забое?

30 Вместо уменьшимеения скорости циркуляции лучше использовать р-р с меньшимеим удельным весом Раствор A – 9.25 фунтов/галлон, 18 сп, 12 фунт/100 футов 2 Раствор B – 8.9 фунтов/галлон, 12 сп, 5 фунт/100 футов 2

31 Выбор бур. р-ра для обсадного бурения В стандартных вариантах бур. р-ров применяются химреагенты и серийно изготавливаемые материалы, способствующие снижению водоотдачи. Реологические св-ва подбираются для обеспечения эффективного выноса выбуренной породы при низких скоростях обратного потока. Буровой шлам и эффект коркообразования при обсадном бурении обеспечивают превосходное снижение водоотдачи. Заказчик зачастую желает применить самый лучший буровой раствор в начале использования обсадного бурения. Растворы со слегка пониж. плотностью показывают очень высокую эффективность при обсадном бурении.

32 Выбор пилотного долота для обсадного бурения Лучший вариант долота для станд. бур-я может не быть оптимальным для обс. бур-я. Пилотное долото имеет меньшимеий диаметр. Меньшая скорость циркуляции. Диам. насадок может зависеть от использ-го материала для борьбы с поглощениями. Обычно использ. долото PDC с меньшиме. числом лопастей для более эффект. промывки и возмож. работы с огранич. диам. насадок. Долото может иметь менее агрессивное вооружение чем расширитель. Долота с матричным корпусом наименее подвержены эрозии Скор. промыв. может быть слишком велика для диаметра долота. Долота со сталь. корпусом больше подвержены эрозии. Эрозия

33 P1P1 PaPa P2P2 P3P3 d1d1 Внутр. насадка Насадка долота d3d3 d2d2 Расширитель тип 5 Давление выдвижения лап расширителя Усилие пружины Выдвижение лап Диаметр Давление 4-1/2 220 psi 5-1/2 110 psi psi 9-5/8 120 psi 10-3/4 140 psi 13-3/8 125 psi Необх. уровень давл-я выдвиж. лап зависит от плащади поршня, плащ. штока, констр-ции пружины. Необх. уровень давл-я выдвиж. лап не зависит от свойств бур. р-ра и скорости циркуляции. Создаваемое давл-е выдвижения лап зависит от скорости циркуляции, уд. веса р-ра, насадок долота и внутр. насадки.

34 Давление активации расширителя не может быть точно определено гидравлическими испытаниями на устье из-за кавитации при низком обратном давлении.

35 Гидравлическое балансирование ГЗД Расширитель Телеметрия Упр. ротор. компоновка Долото Затруб

36 Балансирование промывки (затруб) Достаточна ли скор. цирк-ции для очистки скважины? 150 футов/мин мех. скорость Достаточно ли невысок уровень цирк-ции для предотвращения гидроразрыва пласта? (2 фунта/галлон при испыт. на ГРП, 9.2 фунт/галлон р-р) Каков уровень гидравлического подъема? 180 галлон/мин 400 галлон/мин

37 Балансирование промывки (Телеметрия и управл. роторная компоновка - УРК) При обсадном бурении обычно необходима меньшимеая скорость цирк-ции чем при стандартном бурении при одинаковом диаметре систем для НН бурения. What flow kits are available in the Необходим ли перепад давления для УРК? 180 галлонов/мин 400 галлонов/мин 300 галлонов/мин 600 галлонов/мин

38 Балансирование промывки (ГЗД) Какие существуют варианты для низкорасходных ГЗД? - 7/8 приводных секций - Сколько об/галлон? Влияет ли это на верхний диапазон расхода? 180 галлонов/мин 400 галлонов/мин 300 галлонов/мин 600 галлонов/мин 300 галлонов/мин 550 галлонов/мин

39 Балансирование промывки (Расширитель) Обеспечивает ли скорость циркуляции достаточный уровень дифференц. давл-я для открытия расширителя? Это является проблемой только при очень низких уровнях циркуляции. 180 галлонов/мин 400 галлонов/мин 300 галлонов/мин 600 галлонов/мин 300 галлонов/мин 550 галлонов/мин 210 галлонов/мин

40 Балансирование промывки (Долото) Уровень гидравлич. мощности? (>2.0) Какие минимально возможные диаметры насадок? (какой план по использ. материала для борьбы с поглощениями?) При каком мин. перепаде давл-я работает УРК? 180 галлонов/мин 400 галлонов/мин 300 галлонов/мин 600 галлонов/мин 300 галлонов/мин 550 галлонов/мин 210 галлонов/мин 310 галлонов/мин (4 x 12)

41 Рабочий диапазон скорости циркуляции для обсадного бурения 180 галлонов/мин 400 галлонов/мин 300 галлонов/мин 600 галлонов/мин 300 галлонов/мин 550 галлонов/мин 210 галлонов/мин 310 галлонов/мин (4 x 12) Балансирование промывки (Объединение всех частей) Мин. 310 галлонов/мин Макс. 400 галлонов/мин

42 Повышенная абсол. вязкость обычно не является проблемой. С повышенной ЭПЦ можно справиться. Снижение водоотдачи благодаря мех. затиранию стенок скважины и коркообразованию. Гидравлич. подъем обеспеч. отслеживание состояния ствола. Необходимо макс. использовать р-р с низк. удельным весом. При вращении колонны давление повышается незначительно. Коэффициент расхода при истечении для насадок долота должен быть 1,03. При обсадном бурении требуется меньшимеий гидравлич. расход, что позволяет экономить топливо. Давление при циркуляции может быть с достаточной точностью рассчитано с помощью стандартных моделей потока. Обобщение информации по промывке