Использование реологических данных

Буровые растворы

 

Принципы выбора бурового раствора для горизонтальных и вертикальных скважин одинаковы. Однако при выборе промывочной жидкости для горизонтальных скважин не­которые факторы требуют к себе более пристального внимания и более детальной прора­ботки. Такими факторами являются:

 

· Гидравлическая программа

· Смазочные свойства раствора

· Реологические свойства

· Толщина фильтрационной корки и опасность возникновения прихватов, вызван­ных дифференциальным давлением

· Регулирование содержания твердой фазы в буровом растворе

· Загрязнение продуктивного пласта

· Устойчивость стенок скважины

· Вынос шлама и размыв стенок скважины

·

Одним из наиболее надежных методов выбора бурового раствора для горизонталь­ных скважин является использование такого раствора, который успешно работал при бу­рении соседних вертикальных или наклонных скважин. Такой раствор служит хорошей основой для выбора. Однако для горизонтальных скважин потребуется его модифицирова­ние.

Труднее всего обеспечить вынос шлама на участке скважины с зенитным углом 45-60⁰ при большом диаметре ствола. В этих участках часто бывает трудно обеспечить турбу­лентный режим течения промывочной жидкости и это может обусловить необходимость применения бурового раствора с повышенными реологическими свойствами.

Компьютерные программы для расчета крутящего момента и сил натяжения могут быть средством диагностики. Можно использовать для оценки степени очистки ствола скважины от шлама. Крутящий момент и осевые силы сопротивления можно уменьшить путем применения бурового раствора с хорошими смазочными свойствами и одновремен­ного регулирования фильтратоотдачи и коркообразования. Хорошая очистка ствола от шлама также обуславливает уменьшение крутящего момента и осевых сил сопротивления. Этому способствует вращение бурильной колонны и периодические промывки при подъ­еме инструмента.

В горизонтальных скважинах продуктивный пласт дольше подвергается воздейст­вию бурового раствора. Следовательно, необходимо уделять больше внимания сохране­нию коллекторских свойств пласта, регулированию содержания и состава твердой фазы в буровом растворе, регулированию водоотдачи раствора.

Все вышеперечисленные факторы взаимосвязаны и требуют комплексного подхода. Применение качественного бурового раствора, надлежащая гидравлическая программа, эффективная методика очистки скважины от шлама, тщательное проектирование - вот не­которые основные моменты, обеспечивающие успешное бурение горизонтальных сква­жин.

 

Гидравлическая программа

 

Составление гидравлической, программы бурения - это всегда поиск компромисса в выборе параметров с целью оптимизации процесса и удовлетворения определенных кри­териев. Такими критериями могут быть гидравлическая мощность, реализуемая ^ насадках долота, работа забойного двигателя, работа системы измерений в процессе бурения, сила удара струи бурового раствора, выходящей из насадок долота, минимальный размыв сте­нок скважины и т.п.

Оптимизировать все гидравлические параметры по каждому критерию невозможно, поскольку все параметры взаимосвязаны. Наиболее важными критериями являются обес­печение максимальной скорости проходки и совершенной очистки скважины. Необходимо установить, что вероятнее всего создаст наибольшие трудности: высокая твердость разбу­риваемых пород, снижающая скорость проходки, или вынос шлама. От этой дилеммы за­висит выбор решения, оптимизировать ли гидравлику долота с целью эффективной транс­портировки шлама или силу удара струи жидкости о поверхность забоя. После того, как решение принято, нужно определить наибольший зенитный угол (на участие набора зе­нитного угла) и механическую скорость проходки для участка с этим зенитным углом. Это определит наихудшие условия для выноса шлама. Затем нужно выбрать забойный двига­тель и систему измерения забойных параметров на основе ограничений по величине рас­хода промывочной жидкости и давления, характерных для этих инструментов. Совер­шенно очевидно, что имеется несколько диапазонов расхода жидкости и давления, при ко­торых возможно эффективное бурение скважины.

 

Традиционные гидравлические программы не учитывают следующие моменты:

 

· Тот факт, что реальные буровые растворы не подчиняются точно различным гид­равлическим моделям (бингама, степенной и т.п.)

· Влияние температуры и давления на реологические свойства раствора

· Искривление скважины

· Неровности ствола (во всех моделях стволы скважины рассматриваются как гладкий цилиндрический канал)

· Вращение бурильной колонны и способность ее вызывать спиральное течение рас­твора

· Эксцентричное положение бурильной колонны в скважине

·

Учет перечисленных факторов представляет серьезную задачу для горизонтального бурения. В значительной мере гидравлическая программа для горизонтальной скважины будет определять успешность ее бурения. Решению этих задач посвящены обширные ис­следования и некоторые фирмы разработали компьютерные программы на основе резуль­татов их исследований. Однако большинство разработок несовершенны, поскольку они построены для вертикальных скважин.

ГИДРАВЛИКА ДОЛОТА

Рисунок1-1. Гидравлика долота

Использование реологических данных

Буровой раствор выполняет три наиболее важные функции:

· Очищает ствол скважины от разрушений породы

· Удерживает во взвешенном состоянии утяжелитель

· Передает гидравлическую мощность долоту

Реологические свойства промывочной жидкости могут повлиять на выполнение этих функций. Ниже рассматриваются случаи, в которых реологические свойства играют особо важную роль.

 

Гидравлические расчеты

 

Гидравлические расчеты выполняются обычно для того, чтобы:

· Определить гидравлические потери в кольцевом пространстве и эквивалентную плотность бурового раствора при циркуляции

· Выбрать оптимальный размер долотных насадок

· Оценить способность раствора выносить из скважины выбуренную породу

Важно подчеркнуть, что любой расчет хорош лишь настолько, насколько хороши исходные данные. Это особенно важно, поскольку реологические свойства бурового рас­твора в условиях температуры и давления на поверхности, можно измерить непосредст­венно на буровой. Однако расчеты по этим свойствам обычно дают завышенные гидрав­лические потери и, следовательно, результат даст некоторый запас давления.

Вязкость в разной степени влияет на гидравлические потери, в зависимости от того, является ли поток ламинарным или турбулентным. Режим течения определяется величи­ной критерия Рейнольдса -Re. Эта безразмерная величина является мерой отношения сил инерции к силам вязкости. Для ньютоновских жидкостей критерий Рейнольдса можно оп­ределить из выражения:

vDp

Re = -----,где:

M

v = скорость жидкости, м/с D = Диаметр трубы, р = Плотность жидкости, кг/м²

m, = Вязкость, Н сек/м²

(Выражения для неньютоновских жидкостей - иные из-за различия в вязкости. Однако та­кие выражения для определения Re при течении неньютоновских жидкостей существует и принципы остаются теми же самыми). Переход от ламинарного течения к турбулентному начинается при Re = 2100 и продолжается в переходной зоне до тех пор, пока поток не станет полностью турбулентным.

При ламинарном режиме течения потери давления сильно зависят от вязкостных свойств жидкости. При высоких значениях критерия Рейнольдса инерционные силы пре­обладают, и потери давления зависят больше от скорости течения. Типичные режимы те­чения в различных участках циркуляционного тракта таковы:

 

· Наземная обвязка - турбулентный

· Бурильные трубы - турбулентный или переходный

· Утяжеленные бурильные трубы – турбулентный

· Долотные насадки - турбулентный

· Кольцевое пространство, - ламинарный или переходный

·

В зависимости от величины критерия Рейнольдса вязкость в различной степени влияет на величину гидравлических сопротивлений. Приведенная ниже таблица состав­лена для ньютоновского жидкостей, но она справедлива и для неньютоновских жидкостей.

 

12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: