4.6.8 Подход к управлению давлением ргдрз в случае слабой зоны у башмака

Введение:

Между случаем прочных пород и правильного расположения башмака в соответствии с программой бурения и крепления скважины (что дает высокое [р]_{кп гдрз} и может исключить любые осложнения с гидроразрывом) и случаем, когда р_кп1 выше [р]_{кп гдрз}, указывающем на предполагаемое превышение р_гдрз, возможно множество промежуточных случаев, в которых супервайзер располагает очень небольшим запасом безопасности относительно гидроразрыва (пластовое давление выше проектного, установка башмака выше проектной глубины, слишком большой приток пластового флюида, прирост объема раствора в емкости, зона поглощений и т.д.)

Для этих сложных случаев постоянное управление гидроразрывом часто оказывается затрудненным и даже невозможным. При решении этой проблемы часто принимают незначительный запас безопасности, убеждаясь, что при возобновлении циркуляции разрыва не происходит.

В процессе знакомства с конкретной системой, два элемента могут потребовать от нас другого подхода:

 Запас безопасности ([р]_{кп гдрз} - р_кп1), полученный при закрытии скважины, соответствует присутствию газа в открытом стволе, а мы уже видели, что этот этап наиболее опасен, так как позже, когда газ в обсадной колонне, давление в зоне башмака понизится, что более удобно и безопасно (см. параграф “Управление давлением гидроразрыва”).

 Исследование компании Шелл (см. тот же параграф) показало распределение пузырей газа на значительной высоте кольцевого пространства, что в значительной мере уменьшает вышеуказанный опасный этап.

Таким образом, логично не навязывать себе на протяжении управления скважиной нулевой запас безопасности, который наносит нам ущерб с точки зрения управления пластом. В то же время изучение реального состояния скважины позволяет нам утверждать, что наиболее опасный этап для слабой зоны чрезвычайно короток и что очень быстро мы переходим к этапам, где проблема безопасности облегчается.

С учетом этих соображений, можно определить другие дополнительные методы, чтобы обойти ограничения нулевого запаса безопасности.

Принимаемая позиция сводится к следующему: попытаться определить для каждого этапа работы насоса допустимый предел на устье, чтобы дать супервайзеру “буферную” величину, которая укажет ему (при уже известных нам ограничениях по реальным значениям [р]_{кп гдрз}), что он достиг давления гидроразрыва в интервале слабой зоны.

Возникает важное примечание:

Предлагаемое ниже исследование, хотя и дает дополнительные возможности с точки зрения безопасности, так как позволяет выяснить максимальную величину, которую нельзя превышать на поверхности в любой момент, а не только при возобновлении циркуляции, не должно рассматриваться в качестве основной аргументации, потому что правило управления притоком пластового флюида следующее: работать при р_заб = р_пласт + р_репрес = константа, исходя из точных величин (р_кп1 + р_репрес при запуске, р_нач1 , затем р_кон и т.д.)

Принцип управления давлением гидроразрыва:

Напомним:

Если скважина заполнена одним и тем же флюидом мы можем сказать, что для достижения р_гдрз:

 При закрытой скважине нужно считывать [р]_{кп гдрз} как в кольцевом пространстве, так и в бурильных трубах.

 При циркуляции с использованием дросселя нужно считывать в кольцевом пространстве [р]_{кп гдрз}, а в бурильных трубах потери давления плюс [р]_{кп гдрз} (см. рисунки ниже).

Как управлять давлением р_гдрз?

Рис. 4.28

Чтобы находиться ниже давления гидроразрыва, можно использовать два простых вывода:

 1-й классический и хорошо известный: всякий раз, как обсадные трубы заполняются однородным и точно известным флюидом, не превышать [р]_{кп гдрз} в кольцевом пространстве.

 2-й: всякий раз, как открытый ствол и бурильная колонна заполняются однородным и точно известным флюидом, не превышать в бурильных трубах на устье:

- при закрытой скважине: [р]_{кп гдрз}

- при циркуляции с использованием дросселя: давление нагнетания (которое мы назовем [р]_{кп гдрз1}) составляет [р]_{кп гдрз1} = р + [р]_{кп гдрз} .

Методика ограничения при управлении "на входе" (т.е. в бурильных трубах) и "на выходе" (т.е. в кольцевом пространстве) аналогична.

Хотя на буровой применение этой методики может оказаться сложным, ею легче пользоваться в случае метода бурильщика, но затруднительнее в методе ожидания и утяжеления.

Рассмотрим ее подробнее для первого случая и резюмируем возможный подход для метода ожидания и утяжеления на примере двух типовых схем.

Адаптация к методу бурильщика

 Этапы использования манометра кольцевого пространства, когда не следует превышать [р]_{кп гдрз}:

- подъем пластового флюида в открытом стволе:

Момент появления всего газа в обсадной колонне наступит ранее предусмотренного; следует считать, что соблюдение числа ходов насоса в открытом стволе является очень ограничительной и пессимистической гипотезой.

- нагнетание утяжеленного бурового раствора в бурильные трубы и его подъем в открытом стволе

 Этапы использования манометра на стояке, когда нельзя превышать [р]_{кп гдрз1} = р+[р]_{кп гдрз}

- подъем пластового флюида в обсадной колонне,

- подъем утяжеленного бурового раствора в обсадной колонне.

Обобщение управления гидроразрывом в процессе работ по методу бурильщика:

 подъем пластового флюида в открытом стволе:

Цель: не превышать [р]_{кп гдрз} в кольцевом пространстве на устье

 подъем пластового флюида в обсадной колонне

Цель : не превышать [р]_{кп гдрз1} = р + [р]_{кп гдрз} в бурильных трубах на устье

Поскольку супервайзер должен поддерживать р_нач1 = р_бр + р _бк1 + р_репрес, избыточное давление, которое в слабой зоне можно допустить в любой момент, когда газ находится в обсадной колонне, представляет разницу между этими двумя давлениями, то есть: [р]_{кп гдрз} - (р _бк1 + р_репрес)

Эта величина представляет практический интерес, так как с момента закрытия супервайзер может оценить ее, не заботясь о будущем расходе или о точной глубине башмака.

Следует отметить, что на этом этапе р_заб и р_гдрз управляются одним манометром и постоянными величинами.

 нагнетание бурового раствора плотностью _{ут бр} в бурильные трубы и подъем его в открытом стволе:

Цель: не превышать [р]_{кп гдрз} на устье в кольцевом пространстве

Рис. 4.29

Рис. 4.30

Рис. 4.31

 подъем утяжеленного бурового раствора плотностью _{ут бр} в обсадной колонне:

Цель : не превышать [р]_{кп гдрз1} = р_{у бр} + новое [р]_{кп гдрз} в бурильных трубах на устье.

Поскольку формула общая и зависит она только от однородности потерь давления и [р]_{кп гдрз} для одного бурового раствора, если у нас будет сначала [р]_{кп гдрз1} = р_бр + [р]_{кп гдрз} для раствора плотностью _бр , то по аналогии мы получим: [р]_{кп гдрз1} = р_{у бр} + новое [р]_{кп гдрз} для раствора плотностью _{ут бр}.

Так как супервайзер должен поддерживать р_кон = р_{у бр} , избыточное давление, допустимое для слабой зоны в любой момент, когда буровой раствор плотностью _{ут бр} поднимается в обсадной колонне, представляет собой разность между этими двумя давлениями, то есть новое [р]_{кп гдрз}.

Адаптация к методу стравливанию с использованием манометра на бурильных трубах

 подъем пластового флюида в открытом стволе

Хотя скорость подъема пластового флюида рассчитать трудно, чисто теоретически мы можем указать, что управление осуществляется с помощью манометра кольцевого пространства, где нельзя превышать [р]_{кп гдрз} .

 подъем пластового флюида в обсадной колонне

При условии отсутствия нового притока газа управление осуществляется с манометром на бурильных трубах, где нельзя превышать [р]_{кп гдрз}.

На этом этапе управление р_заб и р_гдрз ведут по одному манометру!

Рис. 4.32

Рис. 4.33

Адаптация к методу ожидания и утяжеления:

В качестве примера нижеприведенные графики показывают изменение запасов безопасности относительно гидроразрыва в двух типовых случаях:

 Газ в обсадной колонне до достижения утяжеленным буровым раствором долота.

 Газ в обсадной колонне после достижения утяжеленным буровым раствором долота.

Примечание: Предполагаемое поступление газа в обсадную колонну очень трудно оценить (см. параграф “Управление давлением гидроразрыва”) и мы для ясности составили рисунки (так как это касается наиболее опасного случая) для условий, когда газ полностью находится в обсадной колонне после закачки определенного теоретического объема раствора, определяемого числом ходов насоса в интервале от долота до башмака.

Рис. 4.34