АНГЛИЙСКАЯ СИСТЕМА.

Общее давление = 4.680 psi + 900 psi

На глубине 9,000 ft = 5.580 psi

СИСТЕМА СИ.

Общее давление = 323 Bars + 62.1 Bars

На глубине 2744m = 385.1 Bars

Необходимое забойное давление может быть достигнуто путем увеличения удельного веса бурового раствора.

Удельный вес бурового раствора, необходимый для создания требуемого давления, называется эквивалентным весом бурового раствора и определяется по следующей формуле:

Эквивалентный вес = удельный вес бурового раствора + Давление на устье

бурового раствора Константа x глубина

Используя приведенный выше пример, рассчитаем эквивалентный вес бурового раствора (EМW):

АНГЛИЙСКАЯ СИСТЕМА

EМW = 10.0 + 900 psi .

9000 ft x 0.052

EМW = 10.0 + 1.9

EМW = 11.9 lb/gal

СИСТЕМА СИ

EMW = 1.2 + 62.1 Bars .

2744 x 0.0981 Bars/м

EMW = 1.2 + 0.23

EMW = 1.43 kg/l

Это означает что, если мы заменим буровой раствор с начальным удельным весом 10.0 lb/gal (1.2 kg/l) буровым раствором с удельным весом 11.9 lb/gal, забойное давление будет таким же, как при создании давления 900 psi (62.1 Bars) в верхней части столба бурового раствора.

ЗАДАЧА №2.

Глубина скважины = 12,000 ft (3659 м), удельный вес бурового раствора = 13.0 lb/gal (1.56 kg/l). Трубные плашки закрыты, и раствор закачивается в скважину. Давление на устье = 1000 psi (68.9 Bars).

1. Определите гидростатическое давление на глубине 12,000 ft (3659 м).

Ответ: ________ psi ________ Bars

2. Определите гидростатическое давление на глубине 8,000 ft (2439 м).

Ответ: ________ psi ________ Bars

3. Определите гидростатическое давление на глубине 3,280 ft (1000 м).

Ответ: ________ psi ________ Bars

4. Определите удельный вес бурового раствора, необходимый для достижения соответствующего гидростатического давления.

Ответ: ________ lb/gal ________ kg/l

4. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ПЛОТНОСТЬ ЦИРКУЛЯЦИИ БУРОВОГО РАСТВОРА (ECD)

Эквивалентная плотность бурового раствора равна удельному весу бурового раствора находящегося в скважине, плюс потери давления на трение в кольцевом пространстве в зависимости от глубины скважины.

Математически, все вышесказанное, можно выразить следующей формулой:

Английская система ECD = MW + (APL : 0.052 :TVD)

Система СИ ECD = MW + (APL : 0.0981 :TVD)

Где: ECD– эквивалентная плотность циркуляции бурового раствора

(английская система в lb/gal; система СИ в kg/l)

APL– потери давления в кольцевом пространстве(английская система psi,

cистема СИ, bar.)

TVD– истинная вертикальная глубина

Например:

MW = 13.0 lb/gal (1.56 kg/l)

APL = 300 psi (20.7 Bars)

TVD = 15,000 ft (4573 м)

АНГЛИЙСКАЯ СИСТЕМА:

ECD = 13.0 + (300 : 0.052 : 15,000) = 13.0 + 0.38 = 13.38 lb/gal

СИСТЕМА СИ:

ECD = 1.56 + ( 20.7 : 0.0981 :4573) = 1.56 + 0.05 = 1.61

ЗАДАЧА №3

Глубина скважины = 10,000 ft (3048 м); удельный вес бурового раствора = 10.0 lb/gal (1.2 kg/l); потери давления в кольцевом пространстве = 200 psi (13.8 Bars)

Определите эквивалентную плотность циркуляции бурового раствора.

Ответ: __________ ft/gal __________ kg/l

5. КОЛЕБАНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Колебания давления определяются как перепад давлений, которые вызваны движением бурильной колонны в стволе скважины. В процессе подъема бурильной колонны из скважины 10,000 ft (3048 м) с эквивалентным весом бурового раствора 0.12 kg/l колебания давления составят более 500 psi.

С целью компенсации эффекта свабирования, запас увеличения скорости при подъеме необходимо добавить к удельному весу бурового раствора.

Минимальный запас увеличения скорости при подъеме можно выразить следующей формулой:

MTM = Y.

100 (D_h – D_p)

Где: MTM - минимальный запас увеличения скорости при подъеме (kg/l)

Y - предельное напряжение сдвига (lb/100 ft²)

D_h - диаметр ствола скважины (in).

D_p - наружный диаметр бурильной трубы (in).

Например:

Глубина скважины = 10,000 ft (3049 м); диаметр ствола скважины = 8-¹/₂"; диаметр бурильной колонны = 5"; предельное напряжение сдвига бурового раствора = 25 lbs/100 ft².

MTM = 25 = 0.0714 kg/l = 0.59 lb/gal

100 × (8.50 - 5.0)

Следовательно, максимальный запас увеличения скорости при подъеме будет следующим: 2 x 0.0714 = 0.1428 kg/l = 1.19 lb/gal

Другими словами, удельный вес бурового раствора запасом увеличения скорости при подъеме превышает расчетное пластовое давление, что обеспечивает безопасный подъем бурильной колонны из скважины.

В случае повреждения соединительной муфты между блоком ПВО и водоотделяющей колонной, гидростатическое давление на пласт уменьшится. (Это возможно при бурении с утяжеленным буровым раствором).

В случае повреждения соединения водоотделяющей колонны, суммарная величина гидростатического давления морской воды и столба оставшегося бурового раствора должна превышать пластовое давление.

Например:

Глубина скважины = 10,000 ft (3049 м); глубина воды = 600 ft (183 м); расстояние от стола ротора буровой установки до морского дна = 650 ft (198 м); пластовое давление = 8,000 psi (552 Bars).

АНГЛИЙСКАЯ СИСТЕМА

Необходимый удельный вес бурового раствора:

MW = Р = 8,000 = 15.4 lb/gal

D × 0.052 10,000 × 0.052

Гидростатическое давление морской воды:

P = MW × D × 0.052 = 8.5 × 600 × 0.052 = 265 psi

Необходимое давление столба бурового раствора:

8,000 psi - 265 psi = 7,735 psi

Необходимый удельный вес бурового раствора в столбе:

MW = P = 7735 = 15.9 lb/gal

D × 0.052 9350 × 0.052

Запас водоотделяющей колонны:

= 15.9 - 15.4 = 0.5 lb/gal

СИСТЕМА СИ:

Необходимый удельный вес бурового раствора:

MW = P = 552 = 1.85 kg/l

D × 0.0981 3049 × 0.0981

Гидростатическое давление морской воды:

P = MW × D × 0.0981 = 1.02 × 183 × 0.0981 = 18.3 Bars

Необходимое давление столба бурового раствора:

552 Bars - 18.3 Bars = 534 Bars

Необходимый удельный вес бурового раствора в столбе:

MW = P = 534 = 1.91 kg/l

D × 0.0981 2851 × 0.0981

Запас водоотделяющей колонны:

= 1.91 - 1.85 = 0.06 kg/l

Необходимо заметить, что если бурение ведется с запасом водоотделяющей колонны, запас увеличения скорости при подъеме необходимо добавить, если необходимый запас увеличения скорости превышает необходимый запас водоотделяющей колонны. Тогда запас водоотделяющей колонны не добавляется.

При бурении глубоких высокотемпературных скважин и скважин высокого давления возможность эффекта колебания давлений становится более явной. Поэтому спускоподъемные операции бурильной колонны и особенно обсадной колонны необходимо производить очень осторожно.

При потере циркуляции необходимо четко контролировать давление нагнетания на устье скважины, чтобы избежать разрыва пласта.

ЗАДАЧА №4.

Глубина скважины = 12,000 ft (3659 м); глубина воды = 328 ft (100 м); расстояние от стола ротора буровой установки до морского дна = 375 ft (114 м); пластовое давление = 8,300 psi (572 Bars); предельное напряжение сдвига бурового раствора = 20 lb/100 ft².

Определите следующее:

1. Необходимый удельный вес бурового раствора:

Ответ: _________ lb/gal _________ kg/l

2. Необходимый запас водоотделяющей колонны:

Ответ: _________ lb/gal _________ kg/l

3. Необходимый запас увеличения скорости при подъеме:

Ответ: _________ lb/gal _________ kg/l

II. ПОТЕРЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ.

В процессе циркуляции бурового раствора в системе циркуляции происходят некоторые потери гидравлического давления. Поэтому буровики должны знать и понимать, как такие потери давления влияют на процесс управления скважиной. Потеря гидравлического давления происходит во всей закрытой системе циркуляции, а именно:

1. В наземном оборудовании.

2. Внутри бурильной колонны.

3. Внутри УБТ.

4. В промывочных насадках.

5. В кольцевом пространстве между УБТ и открытым стволом скважины.

6. В кольцевом пространстве между бурильной колонной и открытым стволом скважины.

7. Внутри штуцерной линии и линии глушения.

При изменении расхода бурового раствора или удельного веса бурового раствора величина суммарных потерь гидравлического давления будет изменяться. Естественно, что при переходе от режима бурения к режиму глушения скважины сумма потерь гидравлического давления будет изменяться. Основное отличие между режимом бурения и режимом глушения скважины заключается в потере гидравлического давления на штуцерной линии и линии глушения.

Для расчета величины потери давления используются следующие формулы:

а. P_t = P_s + P_dp + P_dc + P_j + P_dca + P_dpa

Эта формула используется для расчета в режиме бурения.

б. P_t = P_s + P_dp + P_dc + P_j + P_dca + P_dpa + P_c&k

Эта формула используется для расчета в режиме глушения скважины.

Где: P_t - суммарная потеря давления

P_s - потеря давления в наземном оборудовании

P_dp - потеря давления внутри бурильной колонны

P_dc - потеря давления внутри УБТ

P_j - потеря давления в промывочных насадках

P_dca - потеря давления в кольцевом пространстве между УБТ и открытым стволом скважины

P_dpa - потеря давления в кольцевом пространстве между бурильной колонной и открытым стволом скважины

P_c&k - потеря давления в штуцерной линии и линии глушения

1. P_s – ПОТЕРЯ ДАВЛЕНИЯ В НАЗЕМНОМ ОБОРУДОВАНИИ.

P_s - потеря давления в системе наземного оборудования, т.е. величина суммарных потерь давления во всех узлах и элементах системы наземного оборудования. Система наземного оборудования состоит из: трубной обвязки буровых насосов, выкидной линии к полу буровой установки, стояка, трубной обвязки стояка, нагнетательного шланга, соединяющего стояк с вертлюгом, ведущей бурильной трубы. Суммарная величина потерь давления в системе наземного оборудования зависит от плотности бурового раствора, производительности насоса и внутреннего диаметра всех узлов и элементов системы.

Математически эту зависимость можно выразить следующей формулой:

P_s = C^0.8 × Q^1.8

d^4.8

Где: C - плотность бурового раствора

Q - производительность бурового насоса

d - внутренний диаметр наземного оборудования

Из данного уравнения можно сделать вывод, что наземное оборудование системы циркуляции должно разрабатываться и подготавливаться к работе очень тщательно.

2. P_ds и P_dc - ПОТЕРЯ ДАВЛЕНИЯ В БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЕ.

P_ds и P_dc - потери давления в бурильной колонне, т.е. суммарная величина потерь давления в бурильных трубах и утяжеленных бурильных трубах. Если в компоновку бурильной колонны включены толстостенные УБТ, то, конечно, соответствующий расчет потери давления на данном интервале необходимо произвести. Как уже было сказано выше, при рассмотрении вопроса потери давления в наземном оборудовании, суммарная величина потерь давления в бурильной колонне зависит от плотности бурового раствора, производительности насоса и внутреннего диаметра (или диаметров) всей компоновки бурильной колонны. Математически эту зависимость можно выразить следующей формулой:

P_dp = С^0.8 x Q^1.8 x G

d^4.8

где: G– градиент, или:

P_dc = C^0.8 x Q^1.8

d^4.8

3. P_j - ПОТЕРЯ ДАВЛЕНИЯ В ПРОМЫВОЧНЫХ НАСАДКАХ ДОЛОТА.

Потеря давления в промывочных насадках долота основывается на изменении скорости бурового раствора. Эта величина, как уже отмечалось выше, зависит от плотности бурового раствора, производительности насоса и диаметра промывочной насадки (или насадок). Математически это можно выразить следующей формулой:

P_j = C x Q²

D_j⁴

где: D_j - диаметр промывочной насадки.

В случае, если промывочная насадка долота закупорится, то давление подачи в скважину бурового раствора увеличится. Это можно проследить на приведенном ниже примере.

Предположим, что:

P_t = 2,500 psi

P_j = 1,200 psi

Если промывочная насадка закупорена, а количество ходов поршня насоса поддерживается в постоянном режиме, то P_j и P_t увеличатся.

P_{увеличения} = P_j × A₁² - Р_{начальное}

A₂²

Где: A₂ = 2/3 A₁

P = 1200 × A₁² - 1200

4/9 A₁²

P = 1200 × (9/4) - 1200

P _{увеличения} = 1500

Новое P_j = 1500 + 1200 + 1300 = 4000 psi

Давление подачи бурового раствора в скважину увеличится до 4,500 psi.

Представим себе такую же ситуацию, но теперь без промывочной насадки. В таком случае P_j и P_t понизятся.

Из вышесказанного очевидно, что перепад давления очень тесно связан с диаметром промывочной насадки долота, поэтому бурильщик должен очень тщательно подбирать необходимый размер промывочной насадки.

4. P_dpa и P_dca – ПОТЕРЯ ДАВЛЕНИЯ В КОЛЬЦЕВОМ ПРОСТРАНСТВЕ МЕЖДУ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННОЙ И ОТКРЫТЫМ СТВОЛОМ СКВАЖИНЫ.

P_dpa и P_dca – потери давления, которые происходят в кольцевом пространстве между наружным диаметром компоновки бурильной трубы и внутренним диаметром открытого ствола скважины и обсадной колонны.

Величина потери давления в кольцевом пространстве непосредственно зависит от напряжения сдвига бурового раствора. Величину потери давления в кольцевом пространстве можно определить и другим образом, а именно: от величины давления на стояке отнять величину суммарных потерь давления в наземном оборудовании, бурильной колонне, долоте, штуцерной линии и линии глушения. Хотя этот метод и не идеальный, но благодаря точности расчетов величины потерь давления в интервале от наземного оборудования до долота, он считается довольно приемлемым методом определения потери давления в кольцевом пространстве.

5. P_c&k – ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ В ШТУЦЕРНОЙ ЛИНИИ И ЛИНИИ

ГЛУШЕНИЯ.

P_c&k – это суммарная величина потерь давления в штуцерной линии и линии глушения, на стояке, в гибком шланге для бурового раствора между стояком и буровым узлом и в системе трубопроводов бурового узла. Величина потери давления в штуцерной линии и линии глушения зависит от плотности бурового раствора, производительности насоса и внутреннего диаметра всех линий трубопроводов.

Математически это можно выразить следующей формулой:

P_c&k = С^0.8 x Q^1.8

D^4.8

III. РАССЧЕТЫ ОБЪЕМА.

Бурильщик должен уметь определить тип притока, объем притока, необходимое количество барита и объем сброса давления.

Чтобы определить вышеупомянутые позиции, потребуются некоторые конкретные данные, поэтому предусмотрительные буровики стараются всегда иметь их под рукой на рабочем месте.

Далее мы будем использовать такие данные при решении типовых задач. Необходимо заметить, что эти данные не всегда соответствуют конкретной буровой установке или используемому оборудованию.