Основные принципы анализа давлений

Курс

Обучения рабочих бригад текущего, капитального ремонта скважин и бригад освоения

Контроль скважины. Управление скважиной при газонефтеводопроявлениях.

Тема 1. Введение

Настоящие учебные план и программа составлены в соответствии с Правилами безопасности в нефтяной и газовой промышленности, инструкций по предупреждению газонефтеводопроявлений, руководящих документов по противофонтанной безопасности.

Программа предназначена для обучения рабочих по курсу «Контроль скважины. Управление скважиной при газонефтеводопроявлениях с правом ведения работ при ремонте нефтяных и газовых скважин".

Программа включает в себя теоретическое обучение в объеме 48 часов и производственное обучение на учебном полигоне в объеме 12 часов.

Основной формой теоретической подготовки являются лекции. Для лучшего освоения теоретической части обучение должно сопровождаться демонстрацией наглядных пособий (чертежей, плакатов, схем) при помощи мультимедийного проектора в виде презентаций программы Power point, показом видеофильмов.

При проведении теоретического обучения обязательное применение тренажеров-имитаторов (при использовании компьютерного класса возможен показ программного обеспечения тренажеров-имитаторов). В билетах возможны изменения в зависимости от применяемого противовыбросового оборудования предприятием.

Возможна сдача экзамена персоналом на компьютере. После прохождения каждой темы проводится контрольный тест.

Практические занятия проводятся на учебном полигоне: в классе, оснащенном противовыбросовым оборудованием и на скважине, обвязанной противовыбросовым оборудованием

По окончании изучения курса проводится квалификационный экзамен. Для участия в экзаменационной комиссии должны приглашаться инспектора ГГТН России и представители противофонтанной военизированной службы.

После сдачи квалификационного экзамена выдается удостоверение установленного образца.

Открытые фонтаны всегда были и остаются в настоящее время самыми тяжелыми авариями при бурении и ремонте скважин. Как правило, открытые фонтаны сопровождаются многими последствиями. Такими как:

n потеря бурового и другого оборудования

n непроизводственные материалы и трудовые затраты;

n загрязнение окружающей среды ( разливы нефти или минерализованной воды, загазованность и др. ) ;

n перетоки внутри скважины, вызывающие истощение месторождения и загрязнение вышележащих горизонтов;

n случаи человеческих жертв.

Несмотря на совершенствование противовыбросового оборудования и технологию проводки, освоения и ремонта скважин количество открытых фонтанов и убытки от них сокращаются медленно. Чаще всего причиной этого является отсутствие должного контроля за поведением скважины, при которой невозможно определить начало ГНБП и своевременно принять меры по его ликвидации, а так же неграмотные работы по глушению проявления. Каждый открытый фонтан проходит стадии:

· Начала ГНВП, когда в ствол скважины только начинает поступать флюид из пласта.

· Подъем флюида по стволу скважины и выброс, если устье оказалось незагерметизированным.

Нормальная ликвидация проявления может быть только в том случае, если его обнаружение и герметизация произошли на первом этапе - начале поступления флюида из пласта т.е. произвести раннее обнаружение начала ГНВП.

ГНВП - это поступление пластового флюида ( газ, нефть, вода, или их смесь ) в ствол скважины, не предусмотренное технологией работ при ее строительстве, освоении и ремонте.

Выброс - кратковременное, интенсивное вытеснение из скважины порции бурового раствора энергией расширяющегося газа.

Открытый фонтан - неуправляемое истечение пластового флюида через устье скважины в результате отсутствия, разрушения, или негерметичности запорного оборудования, или грифонообразования.

Тренажер-имитатор по контролю за скважиной (модель DPWS-22, производства компании CS inc США)

Предназначен для обучения буровых бригад, бригад ремонта скважин и инженерного персонала нефтегазодобывающих предприятий, персонала противофонтанных частей.

Тренажер состоит из нескольких панелей, которые соединяются между собой.

1. Компьютер с клавиатурой, цветной монитор и мышь (для преподавателя);

2. Цветной монитор (для студента);

3. Панель бурильщика с насосами, штуцерным манифольдом и т.д. (панель бурильщика);

4. Панель лебедки (лебедка);

5. Панель поверхностного превентора;

6. Панель дистанционной дроссельной задвижки (дроссель);

7. Панель фонтанной арматуры (арматура);

8. Панель аккумулятора;

9. Панель давления вспомогательного манометра (для глушения).

Тренажер имитирует в реальном и ускоренном масштабах времени технологические процессы бурения и ремонта скважин:

S Бурение с помощью блока поверхностных противовыбросовых превенторов;

S Процедура бурения;

S Контроль при бурении скважин без лебедки;

S Ремонт скважины с помощью фонтанной арматуры;

S Ремонт с помощью превентора;

S Добывающая скважина;

S Ремонт скважины с помощью подъемника

Тренажер при имитации технологических процессов обеспечивает также и имитацию:

S возникновения и развития осложнений и аварийных ситуаций при выполнении ремонта и бурения скважин, в том числе нефтегазоводопроявлений и выбросов;

S технологические процессы ликвидации нефтеводогазопроявлений и выбросов (различными способами);

S показания приборов контроля технологических процессов ремонта и бурения скважин, характеризирующих состояние оборудования, инструмента, скважины.

Программное обеспечение тренажера содержит средства проектирования учебных заданий с любыми условиями выполнения бурения и ремонта скважин и нестандартными ситуациями. Преподаватель при моделировании учебных заданий устанавливает следующие условия скважины, которые отображаются на его мониторе в ходе работы учебного задания:

¨ характеристики нефтегазоносного пласта, флюида;

¨ параметры бурения и ремонта;

¨ поверхностное оборудование (превентор, манифольд, арматура, насосы);

¨ параметры бурильной трубы, насосно-компрессорной;

¨ параметры обсадной трубы;

¨ движение жидкости в скважине.

¨ раствор на входе и выходе и т.д.

Преподаватель кроме осложнений и аварийных ситуаций, запланированных им заранее в сценарии учебного задания, может «создать их на ходу», в процессе выполнения задания. Обеспечена возможность остановки имитации технологических процессов в любой момент и продолжения условия задания.

При имитации технологических процессов на экран монитора выводятся все числовые характеристики процесса, графики, а также анимационные картинки, отображающие в реальном времени работу оборудования, инструмента и состояния скважины.

Тренажер позволяет обучаемым увидеть (на экранах мониторов) скрытые от прямого наблюдения процессы, происходящие в скважине, наблюдать процессы возникновения и развития осложнений и аварийных ситуаций.

Тренажер позволяет приобрести и усовершенствовать практические навыки выполнения, контроля и оптимизации технологических процессов бурения и ремонта, распознавания и предотвращения аварийных ситуаций.

Тема 2. Основные понятия о давлениях в скважине.

Принятые определения

Давление, P – Мпа; кгс/см.². Давление определяется как сила, действующая на единицу площади. Давление в любой точке скважины одинаково во всех направлениях.

Гидростатическое давление, Pr - Мпа; кгс/см.кв.. . Гидростатическим давлением принято называть давление, определеяемое весом столба раствора выше рассматриваемого сечения, приходящегося на единицу площади.

где r - плотность флюида, г/см³;

H - глубина скважины, м.

В наклонных скважинах глубина скважины H определяется как вертикальная составляющая длины ствола.

Гидравлические потери (сопротивление) Pr.c, Мпа; кгс/см.². Гидравлические потери определяются как давление, которое необъодимо создать, чтобы прокачать данный флюид с данной скоростью через данную систему. Гидравлические потери возникают только при прокачивании флюидов и суммируются со всеми другими давлениями, действующими в интересующей нас точке.

Значение гидравлических потерь определяется по существующим методикам.

Избыточное давление, P_из -кгс/см.². Избыточное давление (противодавление) есть давление, действующее на закрытую или открытую (в динамике) систему, определяемое иными, чем гидростатическое давление, источниками. В нашем случае избыточным давлением в закрытой при ГНВП скважине будет давление в бурильных трубах Pиз.т. и колонне Pиз.к. Избыточным давлением в динамических условиях будут гидравлические потери в дросселе +Pr.c.

Избыточное давление добавляется к давлению, действующему в рассматриваемой точке в статических и динамических условиях. Это положение является основополагающим в понимании методики глушения скважины.

Избыточное давление в бурильных трубах. Pиз.т. - кгс/см.² Pиз.т. - это давление на стоянке при закрытой скважине без циркуляции. Pиз.т. равно разнице между пластовым давлением Pпл и гидростатическим давлением столба бурового раствора в бурильных трубах.

Избыточное давление в обсадной колонне, Pиз.к. - кгс/см.² Pиз.к. - это давление в затрубном (кольцевом) пространстве на устье закрытой скважины при отсутвии циркуляции. Pиз.к. равно разнице между пластовым давлением и общим гидростатическим давлением столба флюидов в затрубном пространстве.

Пластовое давление, P пл - кгс/см.². Пластовое давление есть давление флюида в рассматриваемом пласте. Пластовое давление равно гидростатическому давлению столба бурового раствора в бурильных трубах плюс Риз.т. при закрытой скважине. Нормальным пластовым давлением считается давление равное гидростатическому давлению столба воды на глубине залегания пласта. Пластовое давление выше давления столба воды называется аномально высоким пластовым давлением. Пластовое давление ниже давления столба воды называется аномально низким пластовым давлением.

Забойное давление, Рзаб - кгс/см.² Забойное давление есть общее давление на забое скважины (или под долотом) в любых условиях. Рзаб=Рr+Pr.ск+Риз.

Рзаб. в зависимости от условий может быть равно пластовому давлению, больше или меньше его:

- в нормальных условиях бурения Рзаб>Рпл;

- приГНВП , когда скважина закрыта , Рзаб₌Рпл.

Забойное давление в скважине во всех случаях зависит от величины гидростатического давления бурового раствора заполняющего скважину и дополнительных репрессий вызванных проводимыми на скважине работами ( или простоями ).

ЕТПБ требуют, чтобы гидростатическое давление ( Р г ) превышало пластовое ( Р пл ) в следующих размерах :

для скважин с глубиной до 1200м Р=10-15% Р пл, но не более 1,5 МПа

для скважин с глубиной до 2500м Р=5-10% Р пл, но не более 2,5 Мпа

для скважин с глубиной свыше 2500м Р=4-7% Рпл, но не более 3,5 Мпа

При известном пластовом давлении горизонта необходимая плотность промывочной жидкости, на которой должен вскрываться этот горизонт определяют:

Определение забойных давлений ( Р заб )

· Забойное давление при механическом бурении и промывке

Р_гск - гидравлическое сопротивление кольцевого пространства.

Ориентировочно, для неглубоких скважин оно составляет :

Р_гс - полное гидравлическое сопротивление без учета перепада давления на турбобуре.

При промывке скважины после спуска труб или длительных простоях без промывки забойное давление может снижаться за счет подъема по стволу газированных пачек бурового раствора и резкого увеличения их объема к устью.

3.Забойное давление при отсутствии циркуляции длительное время снижается за счет явлений седиментации, фильтрации, контракции, а так же температурных изменений бурового раствора на величину D Рст

При остановках до 10 часов

4.Забойное давление при подъеме бурильной колонны

где DР_дп. - гидродинамическое давление под долотом при движении колонны труб вверх ( эффект поршневания );

DР_ст- снижение забойного давления за счет явлений седиментации и др. В зоне, где нет движения бурового раствора

r g Dh - понижение забойного давления за счет недолива скважины при подъеме, где Dh - величина недолива.

q - статическое напряжение сдвига за 10 мин, Па ;

L - длина колонны бурильных труб находящихся в скважине

D - диаметр скважины, м

d_н - наружный диаметр бурильных труб, м

r- плотность бурового раствора, кг / м3

с - скорость распространения ударной волны по кольцевому пространству, м/с

Для обсаженного ствола, заполненного водой С = 1350 м/с; буровым раствором С = 1100 м/с.

V - достигнутая скорость движения труб за время распространения ударной волны от забоя до устья скважины, м

V_о - начальная скорость движения колонны бурильных труб, м

S_т - площадь кольца трубы, м2

S - площадь кольцевого пространства скважины, м²

DР_ст - при непрерывном подъеме = 0,02 rgН, Мпа

Dh - безопасная величина недолива. Согласно РД 39-0147009-544-87 определяют :

для скважин с глубиной до 1200м Dh = 0,03 Н

для скважин с глубиной до 2500м Dh =0,02 Н

для скважин с глубиной свыше 2500м Dh = 0,03 Н

5. Забойное давление при спуске бурильного инструмента:

где ± DР_дс - гидродинамическая сила при спуске.

При спуске каждой свечи бурильного инструмента под долото возникают знакопеременные гидродинамические давления. В начале спуска свечи с ростом скорости спуска нарастает и репрессия под долотом. После того, как скорость выровнялась - репрессия достигает максимума и остается постоянной до момента начала торможения. При резком торможении репрессия снижается до «О» и переходит в депрессию.

Величина репрессии + DР_дс - определяют по формуле ( X ).

Величина депрессии - DР_дс при скорости спуска меньшей Iм/с составляет 0,01qgL при скорости спуска большей I м/с.

DР_дс = ( 0,02 - 0,05 ) rgL

Для того, чтобы не возникало ГНВП при наличии вскрытого продуктивного горизонта необходимо, чтобы во всех случаях забойное давление превышало пластовое Рзаб > Рпл .

Допустимое давление, {Pr.p} - кгс/см.кв.

{Pr.p} - это давление, при котором не происходит разрушения скелетной решетки пласта или поглощения бурового раствора. Обычно {Рr.p}>Pпл.

Основные принципы анализа давлений

Давлениями, которые мы можем регулировать и контролировать при промывке скважины во время ликвидации проявления, являются:

-гидростатическое давление - Рr;

-гидростатические потери - Pr.c;

-избыточное давление - Pиз.

Общее давление в любой точке скважины будет складываться из этих трех давлений Pобщ=Рr+Рr.c+Pиз, поэтому представляет интерес рассмотреть вопрос, как рассчитать каждое из этих давлений, а также четко уяснить, как и где эти давления будут способствовать или отрицательно влиять на процесс ликвидации проявлений.