Гидравлическая программа промывки скважины

ВЫСШЕЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

 

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА ИМ. И.М.ГУБКИНА

 

 

 

Кафедра бурения нефтяных и газовых скважин

 

 

 

 

Курсовая работа

на тему:

“Гидравлическая программа промывки скважины.”

 

 

 

 

Выполнил:       Проверил:

Студен гр.        проф.

ЭУ-09-3                Балаба В.И.

Веретельник И.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2012

 

 

 

Оглавление

^{Введение 3}

^{Теоретическая часть. 5}

^{1.БУРОВЫЕ ПРОМЫВОЧНЫЕ РАСТВОРЫ 5}

^{2.ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПРОГРАММА ПРОМЫВКИ СКВАЖИНЫ. ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСИТЕМОЙ ПРОМЫВКИ СКВАЖИНЫ 7}

^{3. ФУНКЦИИ ПРОЦЕССА ПРОМЫВКИ СКВАЖИН. 10}

^{Практическая часть. 16}

^{1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ПРОГРАММЫ ПРОМЫВКИ СКВАЖИНЫ ДЛЯ РОТОРНОГО СПОСОБА БУРЕНИЯ 16}

^{4. ПРИМЕРЫ. 24}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Технологический процесс промывки скважин является одним из наиболее важных процессов  в бурении. Он включает ряд технологических операций: приготовление, очистку, регулирование свойств и циркуляцию бурового раствора.

Успешная, безаварийная проводка скважин определяется прежде всего степенью совершенства процесса промывки и оборудования для его осуществления. Было бы ошибочным считать, что это вспомогательный процесс в бурении и что его функции сводятся к выносу разрушенной долотом породы на дневную поверхность. Процесс промывки скважин включает разрушение породы и очистку забоя от обломков породы, охлаждение и смазку бурильного инструмента, транспортирование шлама на дневную поверхность и сброс его в отвал, временное стабилизирование и крепление ствола скважины, герметизацию проницаемых зон, балансирование давления на границе скважина — пласт и т.д.

Анализ технико-экономических  показателей в бурении подтверждает, что даже при использовании высокоэффективного бурового оборудования и инструмента (долот, турбобуров н т. д.) они не всегда высокие. Только хорошие технологические свойства буровых растворов и совершенная технология промывки в сочетании с современными долотами и оборудованием позволяют достичь наивысших технико-экономических показателей при проходке скважин.

В практике бурения технологический процесс  промывки скважин постоянно совершенствуется. Современные буровые установки  оснащены высокоэффективным оборудованием  для приготовления бурового раствора, многоступенчатой очистки его от шлама и газа; мощными буровыми насосами, способными развивать давление до 40 МПа. В сочетании с эффективными материалами для буровых растворов — глинопорошками, порошкообразным баритом, порошкообразными термо- и солестойкими реагентами — это оборудование позволяет бурить быстро, экономично и безопасно. Естественно, что дальнейший прогресс в бурении невозможен при отсталой технологии промывки скважин. Во многих районах мира можно увеличить скорости бурения скважин на 25—50 % только за счет применения прогрессивной технологии промывки. Никакие долота и забойные двигатели не в состоянии эффективно работать, если применяется отсталая технология промывки скважин.

Использованию этого мощного резерва в отечественном  бурении будет способствовать обобщение лучшего мирового опыта. Поэтому авторы надеются, что настоящая работа поможет производственным и проектным организациям в дальнейшем совершенствовании отечественного бурения, в значительном улучшении технико-экономических показателей проходки скважин.

       Опыт показывает, что технико-экономические  показатели проходки скважин  зависят не только от применяемого  оборудования, типа долот, режима бурения (удельная нагрузка) и частоты вращения долот, но и от способа и режима промывки, технологических свойств бурового раствора. Эта зависимость настолько существенна, что в современных условиях бурения

выбору параметров промывки и показателей свойств  раствора уделяют первостепенное внимание.

В этой курсовой работе будут  подробно  рассмотрена  гидравлическая программа промывки скважины, все ее составляющие  и  поведены технологические расчеты  при разработке гидравлической программы  промывки скважины для роторного  способа бурения.

 

 

 

 

Теоретическая часть.

1.БУРОВЫЕ ПРОМЫВОЧНЫЕ РАСТВОРЫ

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

На рисунке 1 приведены основные свойства

 

Классификация основных свойств бурового раствора

Рис.1

 

 

На рисунке 2 представлена Классификационная  схема технологического оборудования для промывки скважины

 

Классификационная схема технологического оборудования для промывки скважины

Рис.2

 

Буровые растворы выполняют функции, которые определяют не только успешность и скорость бурения, но и ввод скважины в эксплуатацию с максимальной продуктивностью. Основные из этих функций — обеспечение быстрого углубления, сохранение в устойчивом состоянии ствола скважины и коллекторских свойств продуктивных пластов.На рисунке 3 приведена классификация буровых растворов, учитывающая природу и состав дисперсионной среды и дисперсной фазы, а так же характер их действия. Тип бурового раствора, его компонентный состав и границы возможного применения устанавливают, исходя из геологических условий: физико-химических свойств пород и содержащихся в них флюидов, пластовых и горных давлений, забойной температуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация буровых растворов.

Рис.3

2.ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПРОГРАММА ПРОМЫВКИ СКВАЖИНЫ. ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСИТЕМОЙ ПРОМЫВКИ СКВАЖИНЫ

 

Повышение эффективности процесса бурения  глубоких и сверхглубоких скважин в значительной степени зависит от обоснованного проектирования гидравлической программы их промывки. Под проектированием гидравлической программы промывки скважины понимается совокупность и последовательность гидравлических расчетов циркуляционной системы, направленных на повышение эффективности бурового процесса.

Приводимая  методика предназначена для выбора рациональных режимов промывки ствола скважины  при бурении, обеспечивающих: устойчивость стенок скважины, совершенную очистку забоя и транспортировку выбуренной породы, реализацию гидромониторного эффекта, повышение механической скорости бурения за счет снижения забойного, гидродинамического давления, рациональное использование гидравлической мощности насосной установки.

Методика  позволяет определить подачу буровых  насосов, диаметр втулок насосов, диаметр  и число насадок гидромониторных  долот. Зависимости просты и доступны для расчета с помощью малой вычислительной техники.

Методической  основой алгоритма гидравлической программы является постулат об определяющем влиянии подачи буровых насосов  на эффективность гидротранспорта шлама в кольцевом пространстве скважины и связанное с этим процессом приращение эквивалентной плотности промывочной жидкости. Выбор уравнения для расчета эквивалентной плотности связан с предварительным определением режима течения промывочной жидкости в кольцевом пространстве скважины и вычислением скорости осаждения шламовых частиц при различных режимах осаждения.

 

Гидравлическая  программа промывки скважин должна обеспечивать достижение наивысших технико-экономических показателей, Она считается эффективной, если:

• гидравлическая мощность расходуется в основном на долоте, обеспечивая как его очистку н предупреждение повторного истирания шлама, так и максимальный гидромониторный эффект;
• обеспечен максимально полный вынос выбуренной породы к очистным устройствам;
• компенсировано пластовое давление покоящимся буровым раствором, а избыток давления на пласт за счет гидравлических потерь при циркуляции раствора (повышение эквивалентной плотности) минимальный и не вызывает поглощений или гидроразрыва пласта.

Гидравлическая  программа изменяется варьированием  геометрии циркуляционной системы, расхода бурового раствора и его свойств, характеризующихся плотностью и структурно-реологическими показателями. При заданных конструкции скважин и пластовых давлениях возможность оптимизации гидравлической программы может быть реализована путем регулирования расхода и структурно-реологических показателей бурового раствора.

В отличие  от отечественной практики за рубежом  стремятся осуществлять промывку скважины при низких скоростях циркуляции, обеспечивая в затрубном пространстве структурный режим течения, эпюра скоростей которого достаточно спрямлена. При таком режиме процесс выноса шлама менее энергоемкий и приводит к меньшей эрозии стенок скважины,

В этих условиях важнейшим фактором, определяющим эффективность выноса шлама, являются реологические свойства раствора, особенно соотношение его пластической вязкости с динамическим сопротивлением сдвигу в процессе течения.

Задачи  гидравлической программы промывки скважин:

Гидравлическая  программа промывки скважин должна обеспечивать достижение наивысших технико-экономических показателей.

Задача 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.

 

Одна из главных функций циркулирующего бурового раствора — очистка забоя и ствола скважины от обломков породы. От эффективности выполнения этой функции в значительной мере зависит скорость проходки скважины. Однако в ряде случаев гораздо больше на скорость бурения влияет другой фактор циркуляции — гидромониторный эффект размыва забоя: с увеличением скорости истечения бурового раствора из насадок долота скорость бурения увеличивается.

Скорость и режим циркуляции бурового раствора определяют интенсивность размыва забоя потоком, значение дифференциального давления на забое, качество очистки забоя и ствола от разрушенной породы, степень размыва скважины, энергетические затраты на циркуляцию, т.е. то, что прямо влияет на скорость бурения скважин.

С повышением производительности промывки будет интенсифицироваться размыв породы на забое, улучшаться удаление шлама с забоя, при этом скорость бурения должна увеличиваться. Однако возникают и отрицательные моменты: повышается дифференциальное давление на забое за счет увеличения потерь напора в кольцевом пространстве и давления падающей на забой струи бурового раствора, интенсифицируется процесс размыва стенок ствола скважины восходящим потоком, растут энергетические затраты на циркуляцию, могут возникнуть поглощения бурового раствора.

Таким образом, при выборе гидравлической программы промывки скважины для  каждого конкретного случая должно быть принято компромиссное решение, позволяющее достичь высоких скоростей бурения при минимальных затратах на процесс бурения. При этом скорость и направление истечения бурового раствора из насадок долота, режим циркуляции под долотом в кольцевом пространстве скважины, дифференциальное гидродинамическое давление на забое — основные показатели промывки, влияющие на эффективность процесса бурения.

3. ФУНКЦИИ ПРОЦЕССА ПРОМЫВКИ СКВАЖИН.

Технологический процесс промывки скважин должен быть спроектирован и реализован так, чтобы достичь лучших технико-экономических показателей бурения. При этом главное внимание необходимо уделять выполнению основных технологических функций и ограничений, приведенных в табл. 1. Часто стремление к качественному выполнению процесса промывки приводит к невыполнению ограничений. В этих случаях прежде всего решаются оптимизационные задачи, цель которых — выбрать в каждом конкретном случае экономически наиболее выгодное сочетание технологических показателей процесса промывки, обеспечивающих минимальную стоимость скважины и достижение поставленной цели при сохранении высокого качества объекта.

Рассмотрим  более детально значимость функций  и ограничений процесса промывки скважин. Одной из важнейшей функций промывки считают разрушение забоя скважины. Это требование не является обязательным, так как основную роль в разрушении забоя играет долото. Однако и промывку нельзя считать второстепенной операцией при разрушении забоя, особенно при бурении рыхлых пород, когда их размыв на забое за счет гидромониторного эффекта высокоскоростной струей бурового раствора, вытекающего из насадок долота, вносит не меньший вклад в скорость проходки скважины, чем механическое разрушение забоя вращающимися режущими элементами долота.