4.5.5 Различные методы управления скважиной, когда долото у забоя скважины

Методы управления скважиной различаются только по моменту, в который:

 Принимается решение о возобновлении циркуляции.

 Принимается решение о нагнетании бурового раствора требуемой плотности.

Обычно широко используются два метода: метод бурильщика и метод утяжеления за один цикл (или метод ожидания и утяжеления).

 Метод бурильщика:

После возобновления циркуляции он включает в себя два основных этапа :

• вымывание газа буровым раствором исходной плотности _бр,

• нагнетание утяжеленного бурового раствора _{ут бр} .

Этот метод может осуществляться без какого-либо расчета давления (если не учитывать простой расчёт начального давления циркуляции).

 Метод ожидания и утяжеления:

Включает фазу ожидания при закрытой скважине (приготовление утяжеленного бурового раствора) до возобновления циркуляции, которая содержит только один этап -: нагнетание утяжеленного бурового раствора _{ут бр} .

На этапе ожидания можно использовать два метода стравливания, которые будут подробнее рассмотрены в параграфе “Осложнения”.

4.5.5.1 Метод бурильщика

Это классический и самый простой метод, наиболее широко распространенный; он обеспечивает быстрое возобновление циркуляции и состоит в вытеснении пластового флюида из кольцевого пространства с помощью циркуляции бурового раствора исходной плотности _бр с последующей заменой его раствором требуемой плотности _{ут бр}.

Предположим, что:

 поступающий флюид представлен газом,

 производительность насоса Q_глуш является пониженной

 потери давления р_кп и р_{штуц лин} ничтожны и считаются равными нулю,

 работа идет с таким запасом безопасности р_репрес, чтобы р_заб = р_пласт + р_репрес,

 р_бр представляет потери давления в барах, полученные в скважине (внутри бурильных труб и кольцевого пространства) при циркуляции бурового раствора с плотностью _бр и при пониженной производительности насоса Q_глуш.

а) Возобновление циркуляции

Принцип и процедура

Принцип уже излагался в параграфе 4.5. Напомним лишь, что контролируемой величиной на этом этапе будет служит давление на устье кольцевого пространства.

Если бурильная колонна не оснащена “герметичным” обратным клапаном и наблюдение за давлениями позволяет оценить р_бк1 и р_кп1, процедура сводится к следующему:

 медленный и постепенный запуск насоса бурильщиком, который информирует оператора на дросселе,

 оператору на дросселе следует ждать, пока давление на устье в кольцевом пространстве достигнет р_кп1 + р_репрес,

 поддерживать р_кп1 + р_репрес на дросселе с постепенным его открытием до достижения насосом расхода Q_глуш,

 с выходом насоса на режим Q_глуш следить за показаниями р_нач1 манометра на стояке и сравнивать их с заранее рассчитанным теоретическим давлением (р_нач1 = р_бр + р_бк1 + р_репрес),

После проверки всех параметров показание манометра может превышать расчетную величину с незначительным отклонением (несколько бар).

Возобновление циркуляции является, несомненно, наиболее сложным этапом управления скважиной. Он должен осуществляться медленно, постепенно и при условии полной координации между бурильщиком и оператором на дросселе.

б) Удаление газа из скважины

Поскольку возобновление циркуляции продолжается всего несколько минут, обычно считается, что рассматриваемый этап удаления газа из скважины соответствует циркуляции при установившемся режиме работы насоса.

Принцип и процедура:

Как мы уже видели, во всех случаях, когда гидростатическое давление в кольцевом пространстве переменно, контролируемой величиной на этом этапе будет служить давление нагнетания.

Так как этап возобновление циркуляции дает нам величину р_нач1, которая позволяет обеспечить р_заб = р_пласт + р_репрес, операции, которые необходимо провести, будут очень простыми:

 Бурильщик должен поддерживать расход Q_глуш постоянным.

 Оператор на дросселе должен дросселировать поток для сохранения постоянного давления р_нач1 до полного удаления газа.

Вывод: Вымывание газа осуществляется с постоянным расходом и при постоянном давлении нагнетания р_нач1, равном р_бк + р_бк1 + р_репрес .

Рис. 4.13

Давление в кольцевом пространстве р_кп в процессе вымывания газа

При вымывании пластового флюида давление в кольцевом пространстве, создаваемое на дросселе, компенсирует изменения гидростатического давления в кольцевом пространстве для сохранения постоянного р_заб . Таким образом, решение принимают путем проверки изменения р_{гдрст кп} .

В любой момент давление в газе равняется забойному давлению минус гидростатическое давление за счет столба бурового раствора между забоем и газом. Поскольку забойное давление поддерживается постоянным, и гидростатическое давление бурового раствора под пачкой газа увеличивается по мере подъема газа, давление в последнем будет постепенно уменьшаться.

По закону Бойля-Мариотта (PV = константа), объем его должен увеличиться.

Последствия увеличения объема:

 уровень бурового раствора в емкостях на поверхности и расход в кольцевом пространстве увеличатся,

 гидростатическое давление в кольцевом пространстве уменьшится,

 р_кп увеличится.

Следует отметить, что эти явления незначительны, когда газ находится у забоя, но важность их возрастает, когда он близок к поверхности...

1-й вывод: Поскольку гидростатическое давление в кольцевом пространстве склонно к уменьшению, оператор на дросселе должен обеспечить на устье в кольцевом пространстве растущее давление р_кп на дросселе в процессе подъема газа.

При уменьшении гидростатического давления в кольцевом пространстве нужно обеспечить на дросселе более высокое давление!

На практике говорится: в процессе подъема газа давление в кольцевом пространстве повышается

Рис. 4.14

Максимальное устьевое давление в кольцевом пространстве получится, когда гидростатическое давление в нем будет минимальным, то есть когда высота газа в скважине будет максимальной.

При условии, что кольцевое пространство имеет правильную форму, максимальная высота газа получится, когда газ находится под ПВО

2-й вывод: Максимальное “поверхностное” давление в кольцевом пространстве получается, когда газ находится под ПВО.

Поскольку величина р_{уст кп макс} рассчитывается при закрытой скважине (см. параграф, касающийся параметров, связанных с прочностью обсадной колонны), супервайзер должен быть уверенным на протяжении управления скважиной и, особенно, когда газ приближается к ПВО, в надежности своих расчетов и истинности показания манометра..

Величина р_{уст кп макс}, определенная только с буровым раствором исходный плотности в кольцевом пространстве, позволяет также рассчитать объем притока пластового флюида, когда газ будет у поверхности, что является ценной информацией для работы с приемными емкостями.

в) Нагнетание бурового раствора с требуемой плотностью _{ут бр}

Эта операция, также осуществляемая с постоянным расходом Q_глуш за один полный цикл, делится на два разных этапа:

 закачивание бурового раствора _{ут бр} в бурильную колонну,

 подъем бурового раствора _{ут бр} в кольцевом пространстве.

Она может осуществляться после закрытия скважины и остановки насоса (газ удален) или в продолжение исходной циркуляции вплоть до возврата уровня емкостей к исходному значению.

Закачивание бурового раствора _{ут бр} в бурильную колонну

Базовый принцип: (см. параграф 4.5.3)

 при неизменном гидростатическом давлении в кольцевом пространстве контролируемой величиной обычно служит давление на устье в кольцевом пространстве,

 при однородном флюиде известной плотности, закачиваемом на постоянным режиме в бурильную колонну, контролируемой величиной в течение этого этапа может также служить давление нагнетания (на стояке), определяемое по специальному графику.

Процедуры:

В конце операции удаления газа манометры должны показать р_нач1 в бурильных трубах на устье и р_бк1 + р_репрес в кольцевом пространстве на устье (если р_заб = р_пласт + р_репрес), так как кольцевое пространство заполнено буровым раствором _бр.

Если утяжеленный буровой раствор _{ут бр} закачивается после удаления газа и если желательно исходить из показания манометра кольцевого пространства, что адекватно смыслу явлений, работа будет простой:

 Бурильщик должен сохранять расход Q_глуш постоянным

 оператор на дросселе должен убедиться в том, что значение давления по манометру кольцевого пространства остается постоянным и равным р_бк1 + р_репрес до тех пор, пока буровой раствор _{ут бр} не достигнет долота.

Действительно, мы находимся на “автоматическом” этапе, так как постоянный расход создает при постоянной степени открытия дросселя постоянную величину р_кп; при нормальных условиях никаких манипуляций на дросселе не понадобится: постоянное р_кп при постоянном гидростатическом давлении в кольцевом пространстве создает постоянное забойное давление!

Если утяжеленный буровой раствор _{ут бр} закачивается после закрытия скважины с использованием того же манометра кольцевого пространства, необходимо действовать следующим образом:

 медленный и постепенный запуск насоса бурильщиком,

 оператор на дросселе должен сохранять давление на устье в кольцевом пространстве р_бк1 + р_репрес при дросселировании до достижения насосом расхода Q_глуш, считывать давление нагнетания р_нач1 и сравнивать его с прежним давлением р_нач1 = р_бр + р_бк1 + р_репрес,

 поддерживать постоянными Q_глуш и р_бк1 + р_репрес до достижения буровым раствором с плотностью _{ут бр} долота, убедившись при этом, что давление нагнетания снижается либо в количественном отношении, либо согласно специальной диаграмме.

(Эта диаграмма, факультативная в методе бурильщика, но обязательная в методе ожидания и утяжеления, требует расчета р_кон, формула которого р_кон = р_{у бр} = р_бр  _{ут бр} / _бр).

Вывод: Закачивание утяжеленного бурового раствора в бурильные трубы осуществляется при постоянном расходе и постоянном давлении в кольцевом пространстве, равном р_бк1 + р_репрес. Это предполагает кольцевое пространство чистым и заполненным буровым раствором _{ут бр}. Не следует забывать о необходимости продолжать наблюдение за уровнем в емкостях.

Рис. 4.15. Нагнетание раствора с плотностью _{ут бр} в бурильные трубы

Подъем бурового раствора с плотностью _{ут бр} в кольцевом пространстве

Принцип:

Как и в случае с удалением газа, гидростатическое давление в кольцевом пространстве меняется; следовательно, контролируемой величиной на протяжении этого этапа будет служить давление нагнетания.

Процедуры:

В конце нагнетания раствора с плотностью _{ут бр} в бурильные трубы, если р_заб = р_пласт + р_репрес, манометры должны указать р_бк1 + р_репрес на устье в кольцевом пространстве (так как кольцевое пространство заполнено буровым раствором плотностью _бр) и р_кон или р_{у бр} в бурильных трубах на устье.

Это давление нагнетания будет подробно рассмотрено в случае метода ожидания и утяжеления и представляет собой не что иное как потери давления, т.к. утяжеленный раствор находящийся в бурильной колонне, уравновешивает забойное давление. Если закрыть скважину в этот момент, манометр на стояке покажет 0.

 Бурильщик должен сохранять Q_глуш постоянным.

 Оператор на дросселе должен сохранять р_кон постоянным до выхода на поверхность утяжеленного бурового раствора.

Вывод: Подъем утяжеленного бурового раствора в кольцевом пространстве осуществляется при постоянном расходе и при постоянном давлении нагнетания, равном р_кон , показания которого сняты, когда буровой раствор плотностью _{ут бр} достигает долота.

Рис. 4.16. Подъем бурового раствора плотностью _{ут бр} в кольцевом пространстве

Давление в кольцевом пространстве р_кп в процессе подъема бурового раствора плотностью _{ут бр} в кольцевом пространстве

Утяжеленный буровой раствор, поднимаясь в кольцевом пространстве, повышает гидростатическое давление. Следовательно, чтобы сохранить постоянное р_заб, необходимо обеспечить понижение давления на дросселе по мере приближения бурового раствора плотностью _{ут бр} к поверхности.

Следует отметить, что поскольку буровой раствор плотностью _{ут бр} после подхода к поверхности создает р_{гдрст кп} = р_пласт + р_репрес, нам более не нужно избыточное давление, и, следовательно, р_кп = 0 и дроссель широко открыт!

в) Обобщение метода бурильщика

Возобновление циркуляции:

 Медленный и постепенный запуск насоса бурильщиком до расхода Q_глуш, при этом оператор на дросселе поддерживает р_{кп 1}+ р_репрес.

 При достижении насосом режима Q_глуш снять показания манометра для давления нагнетания р_нач1 и сравнивать его с заранее рассчитанным теоретическим давлением р_нач1 = р_бр + р_бк1 + р_репрес.

Вымывание газа:

 Бурильщик поддерживает постоянный расход Q_глуш, а оператор на дросселе постоянное значение р_{нач 1} до полного удаления газа.

Нагнетание бурового раствора плотностью _{ут бр} в бурильную колонну:

 Бурильщик поддерживает постоянную величину Q_глуш, а оператор на дросселе постонное значение р_бк1+ р_репрес в кольцевом пространстве до достижения утяжеленным буровым раствором _{ут бр} долота, а затем постоянное значение р_кон в бурильных трубах на устье до выхода на поверхность утяжеленного бурового раствора плотностью _{ут бр}.

Возможные операции закрытия и остановки:

Бурильщик уменьшает расход Q_глуш, а оператор на дросселе прикрывает дроссель вплоть до его полного закрытия для сохранения постоянного давления в кольцевом пространстве.

Закрытие после удаления газа: давление в бурильных трубах = давление в кольцевом пространстве = р_бк1+ р_репрес

Закрытие в момент достижения утяжеленным буровым раствором поверхности: давление в бурильных трубах = давление в кольцевом пространстве = 0

д) Случай проявления несжимаемого пластового флюида

Все вышеизложенное остается справедливым, исключая изменения объема пластового флюида, и, следовательно, изменения р_{гдрст кп}, то есть р_кп, остающегося постоянным с начала удаления пластового флюида.