презентация 2 в PowerPoint

Занятие 5: ОБСАДНОЕ БУРЕНИЕ
Промывка
ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ
ПРОМЫВКА
 Сравнение систем
 Кольц. режим и ЭПЦ
 Гидравлический подъем
 Очистка ствола
 Активация расширителя
 Выбор бур. р-ра
МЕХАНИЧ. ВОЗДЕЙСТВИЕ
 Момент и трение
 Защита обсад. колонны
• Изгиб
• Усталостный износ
• Механич. износ
 Вибрация
Работа канатной лебедкой
НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ
 Выбор двигателя
 Параметры наклонно-направленного бурения
ИЗМЕНЕНИЕ ПОДХОДА:
ПРИМЕНЕНИЕ СТАНДАРТНЫХ МЕТОДИК БУРЕНИЯ
В ОБСАДНОМ БУРЕНИИ
 Стандартные методики бурения развивались и
совершенствовались в течение длительного времени
 Было бы естественно применить самые эффективные
методики стандартного способа бурения в обсадном
бурении.
Необходима адаптация эффективных стандартных
методик бурения с учетом уникальных условий обсадного
бурения.
Данное занятие посвящено детальной проработке этих
вопросов.
Программное обеспеч-е для проектиров-я
обсад. бур-я скважин является основным
инструментом инженерных расчетов.
Функции гидравлической системы
 Вынос выбуренной породы из скважины.
 Противодействие притоку пласт. жидкости в скважину.
 Способствование устойчивости стенок скважины.
 Смазка долота и бурильной колонны.
 Обеспеч-е привода ГЗД (при их использовании).
В то же время необходимо избегать:
 Эрозии стенок ствола скважины.
 Гидравлического разрыва пласта.
 Повреждения продуктивной призабойной зоны.
Сравнение обсадных труб с БТ и УБТ
7” обс. трубы
ПРИМЕР
Диаметр интервала = 8,75”
Текущий забой = 8000 футов
9-5/8” спущена на 500 футов
Расход = 450 галлонов/мин
Сопла долота = 14, 14, 14, 14
Раствор 11,8 фунтов/галлон
Пластич. вязкость = 14
ДНС = 11
8000 футов колонны 7” 23#
В СРАВНЕНИИ С
540 футов 6.25 x 2.812 УБТ
7460 футов БТ 4”
БТ и УБТ
Скорость потока в затрубе обс.
колонны высокая, но
7” колонна
постоянная
0
Обс.
колонна
БТ и УБТ
1000
Глубина, футов
2000
Re = 2584
3000
4000
Re = 3947
5000
Все интервалы
в турбулентном
режиме потока
6000
7000
Re = 3268
8000
100
200
300
400
500
Скорость в затрубе, фут/мин
БТ и УБТ
Инвертированная эпюра давления
(450 GPM)
7” колонна
1438 psi 2181 psi
0
БТ и УБТ
1000
Глубина, футов
2000
3000
Обс.
колонна
БТ и УБТ
4000
5000
6000
7000
DPbit=487 psi
ЭПЦ = 13.5 фунт/галлон 8000
ЭПЦ = 12.0 фунт/галлон
0
500
1000
1500
2000
Давление, psi
2500
Новая программа промывки для обсад. бур-я
(Уменьшить расход до 300 галлонов/мин, уд. вес р-ра 10.8 фунтов/галлон
промывочные отв-я долота уменьшить до 11-11-11-11)
1042 psi
0
Обс.
колонна
БТ и УБТ
1000
2000
Глубина, футов
2181 psi
300 галлонов/мин
3000
Обс.
колонна
БТ и УБТ
4000
450 галлонов/мин
Re = 1919
5000
6000
7000
8000
100
ЭПЦ = 11.9 фунт/галлон
7” колонна
200
300
400 0
Скор. в затр., фт/мин
1000
2000
Давление, psi
3000
МОЩНОСТЬ НАСОСА
HHP = P * Q / 1714
HHP = Гидравлическая мощность в л.с.
P = давление насоса, psi
Q = производительность, галлонов/мин
Стандартное бур-е
Производит. = 450 галлонов/мин
Перепад давл-я = 2,181 psi
HHP = 572 л.с.
Обсадное бурение
Производит. = 300 галлонов/мин
Перепад давл-я = 1,042 psi
HHP = 182 л.с.
Диз. топливо => 145,000 БТЕ/галлон
Принимая к.п.д. = 40%
Стоимость дизтоплива => $4.00/галлон
Экономия:
390 л.с.
$1300/сутки
Отмеченная экономия топлива на установках ТЕСКО для обсадного
бурения составляет 40%.
Минимальная эквивал. плотность
циркуляции (ЭПЦ)
ЭПЦ
 Повыш. скорость циркуляции обеспечивает снижение
загрузки затруба выбуренной породой.
 При повыш. скор. циркул-ции увелич. трение в затрубе.
Оптимальный
уровень
Скорость циркуляции
Пониженная скорость циркуляции
является оптимальной
ЭПЦ, фунтов/галлон
11,5
Бурение обс. колонной 7”
Бурение с УБТ 6 1/8” и БТ 4”
Глубина = 3200 футов, УВ = 8.9
мех. скор. при ст. бур-ии = 200 фт/час
мех. скор. при ст. бур-ии = 400 фт/час
11
мех. скор. при ст. бур-ии = 200 фт/час
мех. скор. при обс. бур-ии = 200 фт/час
10,5
мех. скор. при обс. бур-ии = 400 фт/час
10
9,5
9
100
300
500
Скорость циркуляции, галлон/мин
Диапазон для стандартного бурения
Диапазон для обсадного бурения
Вынос бурового шлама
Скорость выноса бур. шлама
Скорость потока в затрубе, футов/мин
1

50
25
16.7
12.5
10
Типичный диапазон для обс. бур-я
0,8
0,6
0,4
Нижний предел
определяется содержанием
песка в воде
0,2
0
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
Скорость в обращенном кольцевом режиме,
мин/фут
From Applied Drilling Engineering pp175
Вредна ли выс. скор. циркуляции в затрубе?
• Эрозия стенок ствола скважины может быть
связана с турбулентностью потока.
• Турбулентность обычно начинается с числа
Рейнолдса 2100 – 2500.
Re = 928 * r * Vel * de / m
r = плотность бур. р-ра, фунтов/галлон
Vel = скорость жидкости, футов/сек
m = вязкость жидкости, сантипуаз
de = эквивалентный гидравлический диаметр
Dhole2 - ODpipe2
Лучшая оценка: de =
Приблизительная оценка:
Dhole2 + ODpipe2 –
de =
Ln(Dhole / Odpipe)
0.816 * (Dhole - Odpipe)
Более высокая переходная скорость
в узких кольцевых пространствах
Номер Рейнолдса
5000
4000
3000
Турбулентный
2000
7" колонна
4-1/2" БТ
1000
0
0
100
200
300
400
Скорость в кольц. простр-ве (затрубе), фут/мин
Интервал 8,75 “, плотность р-ра 10 фунтов/галлон,
Пласт. вязкость = 10, ДНС = 5
Является ли проблемой высокая скорость в
кольц. пространстве?
Observations:
 Скорость восходящего потока в затрубе при обсадном бурении
зачастую выше чем за бурильной колонной в станд. бурении.
 При обсадном бурении режим потока нередко бывает
турбулентным.
 Вредное влияние турбулентного потока при обсадном бурении не
замечено (даже при промывке водой с расходом 475 фут/мин
В некоторых публикациях отмечено, что повреждения стенок
скважины, когда-то приписывавшиеся турбулентному потоку, были
фактически вызваны вибрацией бурильной колонны.
•Планирование скорости циркуляции на основе ЭПЦ и очистки
ствола устранять проблемы с эрозией стенок ствола.
Коэффициент трения Фэннинга
Эксцентричная обс. колонна в
скважине приводит к снижению ЭПЦ
30% reduction
Обобщенное число Рейнолдса (x10-3)
Гидравл. подъем
 Поток в затрубе поднимает обс.
колонну, снижая нагрузку на долото
 Это также происходит при использ.
бур. кол., но в значит. меньш. степени
 Явл-ся хор. указат. кач-ва очистки
ствола
сила трения
 Точнее указ-ет в вертик. скважинах
Гидравлический подъем
поток жидкости
Усилие
в торце
Давление
в затрубе
=
жидкостное трение
+
Затруб БТ умнож. на площ. торца
+
БТ от шлама умнож. на площ. торца
Расчет гидравлического подъема
Сила трения
+
Усилие в торце
+
Усилие бур. шлама
HL = p/4 * [Dh*Dc*Dpa +
0.052*Dc2* (re - rm ) ]
HL = гидравлический подъем, фунтов
Dh = диаметр ствола, дюймов
Dc = наружный диаметр ОК, дюймов
Dpa = потери давления в затрубе, psi
rm = плотность чистого р-ра, фунтов/галлон
re = эффективная плотность р-ра включая
выбуренную породу, фунтов/галлон
VAQUILLAS A1 198 откачка наблюдалась на 2074 футов
70000
60000
50000
32 000 фунтов откачка
40000
Нагрузка на крюке
30000
1500
1000
Долив в трубы
Давление насоса
500
0
об/мин
галлонов/мин
300
200
Примечание: Талевый блок был неподвижен
100
0
5
10
15
20
25
30
Время, сек
35
40
45
50
Гидравлический подъем позволяет
отслеживать состояние скважины
 Образование сальника на обс. колонне
 Уплотнение стенок ствола скважины
Образовавшая сальник глина, вынесенная
на вибросито после расхаживания колонны.
Методика отслеживания
гидравлического подъема
 Записать величину нагрузки на крюке при поднятом над забоем
долоте, выключенных насосах и медленном вращении обс.
колонны.
 Включить буровые насосы и поднять скорость циркуляции до
соответствия скорости проходки и записать величину нагрузки на
крюке.
 Разница величин нагрузки на крюке при включенных и
выключенных насосах является гидравлическим подъемом.
 Полностью убрать нагрузку на долото.
 Начать углубление скважины.
 Во время проходки пластов с большой мех. скоростью, при
снижении скорости проходки в процессе выбуривания длины
трубы, нужно приподнять колонну и еще раз обнулить нагрузку на
долото для полного устранения эффекта загрузки бур. шлама.
Гидравлич. подъем, фунтов
Обратная проработка может
способствовать очистке ствола
30000
СПО
Откачка
25000
СПО
Прогноз
20000
15000
10000
Обр. проработка при
каждом наращивании
5000
0
1200
2200
3200
4200
Глубина по стволу, футов
ANB Cattle Co
5200
6200
Типовой гидравлич. подъем на скв. Lobo
Гидравл. подъем, фунтов
(без обратной проработки)
30 000
По замеру
Прогноз
25 000
20 000
15 000
10 000
5 000
* Прогноз перед бур-ем, постоянно 320 галлонов/мин
0
500
2500
4500
6500
Глубина по стволу, футов
Walter Despain
8500
Гидравлич. подъем предупреждает о поглощении
30000
25000
20000
15000
10000
Замер откачки
Calculated Pump-off
5000
0
400
300
200
галлонов/ми
н
ЭПЦ по откачке,
фунт/галлон
20
15
10
5
500
1500
Vaquillas A1 198
2500
3500
4500
5500
Глубина, футов
6500
7500
8500
В процессе выбуривания длины трубы
давление в затрубе может измениться
1450
Давление
1400
1350
1300
1250
WOB на долото
Нагрузка
Нагрузка
на долото St Pt
WOB St Pt
Момент
Torque
15 000
10 000
5 000
0
400
об/мин
RPM
ROPскорость
мех.
300
200
100
0
3
BMT 179
6
Пример 1585 футов
9
Время, мин
12
15
Изменение давления в затрубе при бурении
1500
Давление
1400
Нулевая нагрузка
на долото
1300
1200
Нагр. на долото
14 000
12 000
WSP
10 000
8 000
Момент
6 000
Истинная нагрузка
на долото
4 000
2 000
0
350
300
250
Более
твердая
порода
Мягкая порода
Полож-е блока
Мех. скорость
200
150
100
50
0
2
7
BMT 179 данные по выс. скорости
12
Время, мин
17
22
27
Пример 2518 футов
Гидравлич. подъем влияет на эффективность
начала работы долота после наращивания
1. Начать вращение колонны (разрушает структуру р-ра).
2. Поднять давление бур. насосов.
3. После стабилизации давл-я уменьшить до нуля
нагрузку на долото.
4. Опустить долото на забой.
5. Отрегулировать скорость вращения и нагрузку.
Необходимо выполнять каждый раз при изменении
скорости циркуляции.
Что произойдет при изменении скорости промывки
при работе долота на забое?
1. Однократное изменение нагрузки на долото из-за
изменения длины колонны.
2. Устойчивое изменение гидравлического подъема.
Необходимо приподнять долото над забоем для
изменения скорости промывки и снижения
нагрузки на долото до нулевого уровня.
Гидравл. подъем, фунтов
Вместо уменьшения скорости циркуляции лучше
использовать р-р с меньшим удельным весом
Раствор A – 9.25 фунтов/галлон, 18 сп, 12фунт/100 футов2
Раствор B – 8.9 фунтов/галлон, 12 сп, 5фунт/100 футов2
20,000
Раствор A - 300 галлон/мин
Раствор A - 250 галлон/мин
15,000
Р-р B - 300 галлон/мин
10,000
5,000
0
1000
3000
5000
Глубина по стволу, футов
Выбор бур. р-ра для обсадного бурения
 В стандартных вариантах бур. р-ров применяются химреагенты и
серийно изготавливаемые материалы, способствующие снижению
водоотдачи.
 Реологические св-ва подбираются для обеспечения эффективного
выноса выбуренной породы при низких скоростях обратного потока.
 Буровой шлам и эффект коркообразования при обсадном бурении
обеспечивают превосходное снижение водоотдачи.
 Заказчик зачастую желает применить самый лучший буровой раствор в
начале использования обсадного бурения.
 Растворы со слегка пониж. плотностью показывают очень высокую
эффективность при обсадном бурении.
Выбор пилотного долота
для обсадного бурения
 Лучший вариант долота для станд. бур-я
может не быть оптимальным для обс. бур-я.
 Пилотное долото имеет меньший диаметр.
 Меньшая скорость циркуляции.
 Диам. насадок может зависеть от использ-го
материала для борьбы с поглощениями.
 Обычно использ. долото PDC с меньш.
числом лопастей для более эффект. промывки
и возмож. работы с огранич. диам. насадок.
 Долото может иметь менее агрессивное
вооружение чем расширитель.
 Долота с матричным корпусом наименее
подвержены эрозии
 Скор. промыв. может быть слишком велика
для диаметра долота.
 Долота со сталь. корпусом больше
подвержены эрозии.
Эрозия
Давление выдвижения лап расширителя
Расширитель тип 5
P1
Усилие
пружины
d1
d2
P2
Внутр. насадка
d3
P3
Насадка долота
Pa
Выдвижение лап
Диаметр
Давление
4-1/2”
5-1/2”
7”
9-5/8”
10-3/4”
13-3/8”
220 psi
110 psi
180 psi
120 psi
140 psi
125 psi
 Необх. уровень давл-я выдвиж. лап зависит от
площади поршня, площ. штока, констр-ции пружины.
 Необх. уровень давл-я выдвиж. лап не зависит от
свойств бур. р-ра и скорости циркуляции.
 Создаваемое давл-е выдвижения лап зависит от
скорости циркуляции, уд. веса р-ра, насадок долота и
внутр. насадки.
Давление активации расширителя не
может быть точно определено
гидравлическими испытаниями на устье
из-за кавитации при низком обратном
давлении.
Гидравлическое балансирование
ГЗД
Расширитель
Затруб
Телеметрия
Упр. ротор.
компоновка
Долото
Балансирование промывки (затруб)
 Достаточна ли скор. цирк-ции для очистки скважины?
150 футов/мин мех. скорость
 Достаточно ли невысок уровень цирк-ции для
предотвращения гидроразрыва пласта? (2
фунта/галлон при испыт. на ГРП, 9.2 фунт/галлон р-р)
 Каков уровень гидравлического подъема?
180 галлон/мин
400 галлон/мин
Балансирование промывки (Телеметрия и
управл. роторная компоновка - УРК)
 При обсадном бурении обычно необходима меньшая
скорость цирк-ции чем при стандартном бурении при
одинаковом диаметре систем для НН бурения.
 What flow kits are available in the
 Необходим ли перепад давления для УРК?
180 галлонов/мин
400 галлонов/мин
300 галлонов/мин
600 галлонов/мин
Балансирование промывки (ГЗД)
 Какие существуют варианты для низкорасходных ГЗД?
- 7/8 приводных секций
- Сколько об/галлон? Влияет ли это на верхний
диапазон расхода?
180 галлонов/мин
300 галлонов/мин
300 галлонов/мин
400 галлонов/мин
600 галлонов/мин
550 галлонов/мин
Балансирование промывки (Расширитель)
 Обеспечивает ли скорость циркуляции достаточный
уровень дифференц. давл-я для открытия расширителя?
 Это является проблемой только при очень низких уровнях
циркуляции.
180 галлонов/мин
300 галлонов/мин
300 галлонов/мин
210 галлонов/мин
400 галлонов/мин
600 галлонов/мин
550 галлонов/мин
Балансирование промывки (Долото)
 Уровень гидравлич. мощности? (>2.0)
 Какие минимально возможные диаметры насадок?
(какой план по использ. материала для борьбы с
поглощениями?)
 При каком мин. перепаде давл-я работает УРК?
180 галлонов/мин
600 галлонов/мин
300 галлонов/мин
300 галлонов/мин
550 галлонов/мин
210 галлонов/мин
310 галлонов/мин
400 галлонов/мин
(4 x 12)
Балансирование промывки (Объединение
всех частей)
180 галлонов/мин
400 галлонов/мин
300 галлонов/мин
600 галлонов/мин
300 галлонов/мин
550 галлонов/мин
210 галлонов/мин
310 галлонов/мин (4 x 12)
Мин. 310 галлонов/мин
Макс. 400 галлонов/мин
Рабочий диапазон скорости циркуляции
для обсадного бурения
Обобщение информации по промывке

Повышенная абсол. вязкость обычно не является проблемой.

С повышенной ЭПЦ можно справиться.

Снижение водоотдачи благодаря мех. затиранию стенок
скважины и коркообразованию.

Гидравлич. подъем обеспеч. отслеживание состояния ствола.

Необходимо макс. использовать р-р с низк. удельным весом.

При вращении колонны давление повышается незначительно.

Коэффициент расхода при истечении для насадок долота
должен быть 1,03.

При обсадном бурении требуется меньший гидравлич. расход,
что позволяет экономить топливо.

Давление при циркуляции может быть с достаточной
точностью рассчитано с помощью стандартных моделей
потока.