Прогресивні технології спорудження свердловин
У процесі розширення в свердловині формується каверна діаметром, що перевищує діаметр пілот-стовбура. Зазвичай потужність насосного обладнання не дозволяє створити в стовбурі діаметром 400 мм і більше швидкості висхідного потоку, необхідні для винесення шламу або частинок піску. Тому при розширенні формована каверна майже не очищається від вибуренной породи, що призводить до її обвалення в інтервал відстійника і нижні перетину фільтра. Після формування розширення у верхній частині продуктивного інтервалу подальше розширення або поглиблення ствола під відстійник істотно ускладнюється.
Існуючі традиційні схеми розширення передбачають руйнування кільцевого забою від верхньої межі продуктивного інтервалу і нижньою при прямій циркуляції промивної рідини. При такому поєднанні напрямків переміщення інструменту і руху потоку промивної рідини шлам повинен виноситися через розширену каверну. Характерно, що за умови підтримки необхідних швидкостей висхідного потоку в розширеній зоні зі збільшенням початкового діаметра стовбура в два рази витрата промивальної рідини потрібно збільшувати приблизно на порядок. Підтримати задані режими промивання при розширенні можна за рахунок збільшення потужності насосного обладнання . Однак такий шлях неекономічний внаслідок використання високопродуктивного насосного обладнання на обмежених режимах протягом основного часу буріння свердловин.
Автором запропонована технологія, що забезпечує якісне очищення стовбура від шламу при розширенні. Суть технології зводиться до того, що напрямок переміщення розширювача при роботі повинен співпадати з напрямом руху потоку очисного агента в кільцевому просторі свердловини. При прямій промивці розширювач необхідно переміщати, руйнуючи забій від нижньої до верхньої межі продуктивного інтервалу, а при зворотному циркуляції - навпаки (рис. 4.50).
У свердловину 1 спускають розширювач 2 з розсувними поро - доразрушающімі органами 3. Свердловину 1 промивають при зворотному або прямий циркуляції, в залежності від типу застосовуваного насосного і гирлового обладнання, типу розширювача 2 і ін. При зворотному промиванні або продування свердловини 1 розширювач 2 фіксують у верхньої межі інтервалу розширення 4, яка зазвичай збігається з покрівлею продуктивного пласта. Розширювач 2 забурюються, після чого інструмент подають в
Мал. 4.50. Розширення свердловини при прямій (я) і зворотного (б) промиванні
Напрямку, що збігається з напрямком руху очисного агента в кільцевому просторі 5 свердловини 1.
При прямій промивці або продування свердловини 1 розширювач 2 фіксують біля нижньої межі інтервалу розширення 6, яка зазвичай збігається з підошвою продуктивного пласта. Здійснюють забурку розширювача 2, після чого інструмент подають до гирла свердловини 1, т. Е. В напрямку, що збігається з рухом очисного агента в кільцевому просторі 5 свердловини 1.
Спосіб може здійснюватися також в такий спосіб. У свердловину спускають розширювач з розсувними породоразру - вирішальним органами. Виходячи з конструктивних особливостей розширювача, які передбачають фіксацію лопатей породоразрушающих органів в робочому положенні або при подачі інструменту до гирла свердловини, або від нього, вибирають спосіб промивки або продувки свердловини.
При даній конструкції розширювача, яка передбачає фіксацію лопатей породоразрушающих органів в робочому положенні при подачі інструменту від гирла, розширювач закріплюють у верхній межі інтервалу розширення. Свердловину промивають або продувають при зворотному циркуляції очисного агента. Забурюються розширювач, після чого при подачі інструменту від гирла свердловину розширюють в заданому інтервалі. У процесі розширення в свердловині підтримують зворотну циркуляцію, при якій напрямок руху очисного агента в кільцевому просторі 5 збігається з напрямком подачі інструменту.
Застосування методу на практиці показало його ефективність майже для всіх умов проведення робіт. Принцип вибору напрямків переміщення інструменту в поєднанні з технологією промивання ліг в основу техніко-технологічних вимог на розробку нових конструкцій розширювачів.
У деяких випадках (наприклад, при наявності в продуктивному інтервалі щільних порід, для розбурювання яких необхідно докласти певну осьову навантаження) доцільне застосування розсувних розширювачів, призначених для збільшення діаметра свердловини від верхньої до нижньої межі продуктивного інтервалу. Для забезпечення очищення стовбура свердловини в цьому випадку доцільно забезпечити в розробляється каверні спадний потік промивної рідини. Зазвичай спадний потік в кільцевому просторі свердловини підтримується при зворотному циркуляції. Для створення зворотної циркуляції необхідно мати відповідне добичі, промивальне та інше обладнання, яке серійно не випускається. Тому створення зворотної циркуляції, особливо в глибоких свердловинах, являє собою досить складне технічне завдання.
Автором спільно з С. Б. Втюрін запропоновано використовувати при розширенні комбіновану схему промивання. Комбінована промивка полягає в тому, що з бурильних труб промивна рідина через спеціальний розподільник, встановлений вище інтервалу розширення, надходить в кільцевий простір, де рухається в низхідному потоці. Винесення шламу в запропонованій схемі не відбувається через інтервал розширення, що в значній мірі підвищує ефективність очищення забою і запобігає кольматацію пласта. Промивна рідина (рис. 4.51) захоплює за собою частки шламу з вибою низхідним потоком в пілот-свердловину нижче інтервалу розширення, а потім через спеціальний наконечник і промивальну трубу в висхідному потоці піднімається до пропускних
Мал. 4.51. Схема комбінованої циркуляції рідини при розширенні водоносного горизонту:
1 - отвори для висхідного потоку рідини; 2 - турбулізатори; 3 - отвори для низхідного потоку рідини; 4 - верхня межа інтервалу розширення пласта; 5 - розсувні породоразрушающие лопаті; 6 - свердловина
Мал. 4.52. Турбулізатор:
1 - лопать; 2 - корпус
Отворів в промивної трубі і далі по кільцевому зазору свердловини до гирла, де потрапляє у відстійник. Для забезпечення спадного напрямки руху промивної рідини на виході з розподільника вище нього в кільцевому просторі свердловини встановлюються турбулізатори, які при обертанні колони створюють додатковий підпір і сприяють руху здебільшого виходить з розподільника потоку вниз. Створення підпору на потік здійснюється обертанням лопаток турбулізатора, які будуть виконувати роль гідродинамічного пакера, поставленого вище зони розширення на зразок гвинтового насоса.
Турбулізатор (рис. 4.52) має чотири лопаті, які приварюються до корпусу під кутом на вході до лопатки 90 ° і на виході 45 ° до горизонтальної осі. Значення вихідних кутів обумовлені тим, що при кутах р <90 ° (лопатки загнуті назад) має місце максимальний статичний напір, який грає головну роль при транспортуванні рідини. Якщо р <90 °, при цьому умови спостерігається стійка робота машини при будь-яких режимах роботи і ctg р> 0. Товщину лопаток турбулізатора вибирали конструктивно не менше 4 мм.
Виходячи з динамічних властивостей струменя, що діє на лопатку, визначаємо силу, з якою лопатка турбулізатора діє на висхідний потік промивної рідини. Схема сил, що діють на лопатку турбулізатора, показана на рис. 4.53.
На лопатку діють наступні сили: Fm - гідродинамічна сила (сила набігання струменя); Fj - відцентрова сила; Fip - сила тертя рідини об стінку лопаті; R - сила реакції лопаті; Fx - шукана сила протитиску висхідному потоку. Сума всіх сил на вісь X Fm - Fj - R cos a = 0, звідки
R = (Fw - Fj) / cos a. (4.44)
Сума всіх сил на вісь F-ф - Fx - R cos a = 0, звідки
R = (Ftp - Fx) / cos a. (4.45)
Прирівнюючи рівняння (4.44) і (4.45), отримуємо
F X = Ftp + Fj - Fm. (4.46)
Якщо знехтувати FTp як малою величиною, то Fx = Fj - Fгд. Оцінимо орієнтовно одержуваний результат, якщо
Де р - щільність рідини; S - перетин струменя; про - швидкість висхідного потоку;
Де M - маса набігає рідини; ю - кутова швидкість обертання; R - відстань від осі обертання до кромки лопаті,
M = р S о, ю = п і / 30; 5 = 2п R B ф;
Ф - коефіцієнт сорому перетину лопатою; B - ширина лопаті, м;
_ 2П Rb - Zbf. ф_ 2nrb '
Z - число лопатей (z = 4); F - товщина лопатей, м. 258
Для практичної оцінки доцільності застосування схеми комбінованої промивання при розширенні важливо оцінити можливі реальні значення сили гідродинамічного підпору, що розвивається турбулізаторами.
Коефіцієнт стиснення потоку лопатою турбулізатора ф = = 0,95 при R = 0,055; B = 0,078 і F = 0,004.
Відцентрова сила при S = 0,026 м2, т = 17,16 кг і ю = = 10,5 м / с F4 = 17,6-10,52-0,055 = 104,1 кг = 1,04 кН.
Гідродинамічна сила Fm = 120 Н при діаметрі свердловини D 0 = 0,243 м і діаметрі труб D = 0,146 м. Підставляючи значення F4 і Fгд в рівняння (4.46), отримуємо Fx - 104 - 12 = 920 Н. Тиск, що розвивається турбулізаторами, на підставі значень сили гідродинамічного підпору, рт = Fx / S. Підставами значення Fx, D і D, тоді рт = 368 / 0,12 = 3066 Па. З урахуванням того, що Турбулізатор має чотири лопатки, реальний тиск, що розвивається турбулізаторами, рт = 4x3066 = 12 267 Па.
Отже, тиск, що розвивається одним турбулізаторами і створює протитиск на висхідну частину потоку промивної рідини, рт = 0,012 МПа.
З метою підвищення ККД інструменту необхідно максимально зменшити витрату висхідного потоку вище розподільного вузла Qro а витрата низхідного потоку Qк збільшити. При цьому повинні виконуватися наступні умови:
[Рк = AQ к2
[ Qn ^ 0; Q К / Q П = V (ЬР К) / Ap ^,
Де рк, Qk, Я - відповідно втрати напору, витрата і коефіцієнт опору на ділянці комбінованої циркуляції; Рп, Qn, Ь - то ж, але на ділянці прямої циркуляції; Q - подача насоса.
Витрата промивної рідини, розподіляються від розподільного вузла по двох напрямах, буде ділитися в співвідношеннях, пропорційних гідравлічному опору по даній траєкторії. Розрахунки показують, що втрати напору на ділянці комбінованої циркуляції при розширеному інтервалі складають від 0,03 до 0,1 МПа. Тому збільшувати тиск турбулизаторов більше, ніж втрати напору на ділянці комбінованої циркуляції, немає сенсу.
Для рівномірного розподілу потоку на дві частини досить встановити від трьох до десяти турбулизаторов вище розподільного вузла. Якщо встановити близько 5-20 турбулизаторов, то близько 2 / 3-3 / 4 потоку можна направити за схемою комбінованої циркуляції. Порівняльний аналіз показує, що схема комбінованої циркуляції доцільна у використанні типових конструкцій свердловин навіть у випадку, коли в інтервалі розширення близько 22-25% загальної витрати рухається в низхідному потоці, а решта 75-78% - за схемою прямої промивки. В цьому випадку в центральній водопідйомною трубі встановлюються (при комбінованій промиванні) швидкості висхідного потоку більші, ніж при традиційній прямий циркуляції в процесі розширення свердловини до 0,5 м і більше.
Автором була запропонована технологія розширення свердловин в пухких породах. Швидкості розширення при переході в слабо - зцементовані породи зростають, що призводить до різкого збільшення обсягу шламу, що надходить в очисний агент, і концентрації суміші, що транспортується до гирла свердловини. При певних концентраціях суміші, великих критичних значень, в процесі розширення спостерігається пробка - і сальнікооб - разование, що приводить до різкого зниження надійності роботи інструменту (прихват інструменту, обрив труб). Крім того, при Сальников - і пробкообразованіі різко збільшуються репресія на продуктивний пласт, обсяг поглинається промивної рідини.
Запропонована технологія зводиться до наступного. Визначають критичну концентрацію шламу в очисному агента, що застосовується для розкриття продуктивного пласта і розширення стовбура свердловини в заданому інтервалі. Під критичної розуміють таку концентрацію шламу, при якій не спостерігається пробка - і сальнікообразованіе в свердловині. Експериментальні дослідження на спеціальному стенді і свердловині дозволили визначити критичні концентрації питомої ваги 22002800 кг / м3 (що відповідає типовим піщаним продуктивним пластів) для різних очисних агентів. Результати експериментів представлені нижче. В'язкість очисного агента
(Але СПВ-5), з ........................... 15 20 25 30 35 40 50
Максимально допустима об'ємна концентрація
Шламу СКР, частки одиниць ........... 0,2 0,27 0,34 0,4 0,46 0,52 0,6
Допустиму концентрацію шламу в очисному агента підтримують або регулюванням витрати очисного агента, або зміною осьового навантаження і частоти обертання, або їх одне
тимчасовим регулюванням в різному поєднанні. Найбільш простим шляхом допустиму концентрацію шламу в очисному агента підтримують збільшенням витрати очисного агента при промиванні свердловини з витратою
Де Dp - розрахунковий діаметр розширення; Dc - діаметр пілот - свердловини; V - механічна швидкість буріння.
Однак потужність насосного обладнання не завжди дозволяє збільшити витрату очисного агента в процесі розширення до 0кр. Особливо це характерно для свердловин, що розширюються до великих діаметрів.
Іншим шляхом, що дозволяє зменшити концентрацію шламу в очисному агента до допустимих значень, вважається зниження механічної швидкості розширення. Максимально допустима швидкість поглиблення розширювача при фіксованому витраті
Скра
0,785 (Dp2 - Dc2)
Де а - витрата очисного агента.
Механічна швидкість розширення - функція осьового навантаження на інструмент і частоти його обертання:
Де ю - частота обертання інструменту; Ріс - осьова навантаження на інструмент; S - площа забою; п - показник ступеня (п = = 2 ^ 3).
Допустиму концентрацію шламу в очисному агента при різкому зростанні механічної швидкості проходки, обумовленому зустріччю слабосцементірованних, м'яких порід, підтримують шляхом регулювання осьового навантаження на інструмент і частоти його обертання, при яких механічна швидкість проходки не перевищує Vjp.
Обмеження механічної швидкості проходки при розширенні інтервалу слабосцементірованних порід економічно доцільно при часто обмеженої потужності насосного обладнання і нерентабельність установки більш потужних насосів тільки на період розширення свердловини; малої частки витрат на розширення в загальному балансі на спорудження свердловини; високих значеннях vxp.
Механічну швидкість проходки розширювача можна підтримувати в допустимих межах зміною осьового навантаження на інструмент або частоти його обертання, а також спільним регулюванням частоти обертання і осьового навантаження на інструмент. Постійний контроль за швидкістю поглиблення при розширенні і фіксованому витраті промивної рідини дозволяє запобігти пробки - і сальнікообразованіе, прихвати і затягування інструменту, зменшити поглинання і кольматацію пласта.
При спорудженні гравійного фільтра необхідно підтримувати репресію на пласт, при якій забезпечується стійкість стінок свердловини і виключається надходження в обсипання сторонніх домішок. З іншого боку, при намивання гравію в рідинах-носіях, ...
У процесі спорудження високодебітних свердловин різного призначення підвищуються вимоги до ізоляції пластів. Проникні пласти складені зазвичай тріщинуватими або уламковими породами, пісками, цементування яких традиційними методами важко. В процесі буріння ствол ...
У процесі спорудження, випробування або ремонту свердловин часто необхідно оперативно визначити дебіт свердловини, оцінити гідродинамічний стан околоскважінном зони пласта, обсипання і фільтра. Традиційно такі дані можна отримати при відкачці, яка ...