Контроль давления Куманин Денис Старший инженер по подготовке

Контроль давления Куманин Денис Старший инженер по подготовке кадров

Контроль давления в скважине. Контроль давления • При бурении любой скважины одной из важнейших и первичных функций бурового раствора является контроль за давлением в скважине. • Потеря или пренебрежение контролем за давлением в скважине приводит к проявлениям или выбросам. • Контроль давления в скважине осуществляется постоянно и на всех этапах строительства скважин. Начиная от параметров буровых растворов, геологических и инженерных признаков проявления и заканчивая применением специального противовыбросового и дегазационного оборудования

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ Горное давление • Любая горная порода находится под воздействием веса вышележащих пород и пластовых флюидов (жидкостей и газов) находящихся в этих породах. • Общее напряжение в породе в виде давления, создаваемое вышележащими породами и пластовыми жидкостями или газами в них, называется геостатическим или горным давлением • Горное давление (Pг) равно общему давлению, возникающему под действием веса осадочных пород (Pп) и веса пластовых флюидов (Pж), которое передается на нижележащий пласт: • Pг = Pп + Pж.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ Горное давление (Pг) или (Ро-overburden pressure) • определяются по уравнению: Pг = К х Рв x TVD Где: • К = переводной коэффициент, разный для разных единиц измерения • Рв = Объемная плотность вышележащих осадочных пород и жидкости в них. • TVD = Глубина по вертикали

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ По системе API, горное давление рассчитывается по следующей формуле: • Рг (PO) (psi) = 0, 052 x Рв (фунт/гал) x TVD (в футах) • Где переводной коэффициент 0, 052. • Рв – объемная плотность горных пород и жидкости в них на определенной глубине, фунт / галон.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ • Зависимость давление от глубины обычно называют «градиентом давления» . Это величина равна частному от деления давления на глубину. Градиент горного давления можно подсчитать по следующей формуле (система API): • град. Рг (POG) (psi/ фут) = 0, 052 x РВ (фунт/гал) • Поскольку объемная плотность пород различна в зависимости от географии (местоположения) и глубины их залегания (чем глубже, тем больше объемная плотность), за объемную плотность обычно принимается 144 фунт/фут3 (19, 25 фунт/гал или SG 2, 3) и отсюда градиент горного давления равен 1 psi/фут (0, 23 кг/см 2/м).

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ • Например, средний градиент пластовых давлений для третичных отложений Мексиканского залива около 1, 0 psi/фут. Эта цифра основана на допущении, что 20% порового пространства заполнено водой плотностью 1, 07 SG, остальные 80% - это песок и глинистые породы плотностью 2, 6 SG.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ ПОРОВОЕ ДАВЛЕНИЕ • Поровое давление – давление, создаваемое столбом пластового флюида (вода, нефть или газ), находящегося в порах горных пород. • Давление которое должно компенсироваться плотностью бурового раствора • Градиент порового давления прямо пропорционален концентрации солей в пластовом флюиде. • Разница величины нормального порового давления в разных регионах Земли обусловлена степенью минерализации воды в породах в различных геологических районах. • Нормальное поровое давление в различных геологических районах будет разным.

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ ПОРОВОЕ ДАВЛЕНИЕ • Нормальное давление • Аномально высокое давление • Аномально низкое давление Нормальным градиентом пластового давления считается градиент давления пресной воды: • = 0. 1 атм/метр Для морской воды: • = 0. 105 атм/метр Или в системе API: • для пресной воды = 0. 433 psi /ft • Для морской воды =0. 465 psi /ft

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ • Гидростатическое давление столба жидкости в скважине: • Давление (атм) = 0. 1 х вес раствора (г/см 3) х Вертикальную глубину скважины (метр) • В системе API: • Давление (psi) = 0. 052 х MW (ppg) x TVD (ft)

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ • Эквивалентный вес бурового раствора создает давление на забой скважины равный: весу столба жидкости + давление циркуляции в затрубье + избыточное устьевое давление • P общее (кг/м 2) = Р гидростатики + Р гидродинамики + Р избыточное P общее • ЕСD (г/см 3) = ----------------------------- g х Вертикальная глубина скважины (метр)

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ • Градиент гидроразрыва пласта: В случае, когда давление в скважине превысит давление гидроразрыва пласта произойдет поглощение раствора в пласт и потеря контроля давления.

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ • В связи с опасностью поглощения бурового раствора в пласт необходимо проводить так называемый тест на утечку раствора. • После разбуривания очередного башмака обсадной колонны: • 1. Пробурить от 3 до 5 метров свежего ствола. • 2. Загермитизировать скважину и начать закачивать раствор на пониженных ходах насоса = 0. 5 – 1. 0 литр/сек • Медленная закачка исключит гидроразрыв пласта • Точка начала падения давления на диаграмме давления и будет точкой начала поглощения. • 3. Записать на этот момент давление на насосе.

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ • Расчет давления начала поглощения: • F (ppg) = MW (ppg) + (P насосоа (psi)) / (0. 052 x TVD (ft)) • Или в метрической системе: • ДГ(давление гидроразрыва) атм = Вес раствора (г/см 3) +(давление на насосе (атм)) / (0. 1 x Вертикальную глубину ( метр))

Происхождение аномально высокого давления • Аномально высокое давление – результат физического или химического воздействие внутри земли. • Высокие пластовые давления возникают в зонах, поровое давление в которых выше нормального гидростатического давления порового флюида. • Для возникновения аномального давления определенная зона должна быть изолирована.

Прогнозирование аномально высокого давления • Сульфатная вода. Прогнозирование аномально высокого давления. • . Газоносные песчаники. Повышенные давления могут возникать в неглубоко залегающих песках, если их заполняют находящиеся под давлением флюиды, поступая из нижележащих пород. • Биохимические процессы. Появление зон с аномально высоким давлением может быть вызвано химическими процессами. Простейший пример, – это образование метана или болотного газа. С увеличением глубины, переход гипса (Ca. SO 4 • 2 H 2 O) в ангидрит (Ca. SO 4), вызывает рост давления и температуры, вода вытесняется, и возникают зоны с аномально высоким давлением. Превращение находящегося в контакте с водой ангидрита в гипс, обусловленное физикохимическими связями, может привести почти к 40% -ному увеличению объема.

глинах. Прогнозирование аномально высокого • 2. Изменение формы выбуренного шлама. давления. • 3. Увеличение крутящего момента Прогнозирование аномально высокого давления. и затяжек. • 4. Резкое уменьшение dэкспоненты. • d = показатель в обобщенном уравнении бурения • D = диаметр долота (дюйм) • N = скорость вращения (об/мин) • R = механическая скорость бурения (фут/час) • W = нагрузка на долото (фунт) • 5. Уменьшение объемной плотности глин.

Прогнозирование аномально высокого давления. D-Экспонента. • Десятичный логарифм от совокупности параметров бурения (нагрузка на долото, обороты ротора, скорость проходки, диаметр долота и. т. ), рассчитываемый в процессе бурения и наносимый на график бурения скважины по глубине.

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ Аномально низкое давление • Аномально низкое давление встречаются в зонах, где поровое давление ниже нормального гидростатического давления. • В этих зонах при использовании во время бурения промывочных жидкостей с плотностью равной и выше SG=1. 0 могут произойти интенсивные поглощения.

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ Противовыбросовое оборудование. • Оборудование для герметизации скважины и контроля давления в скважине. • В состав этого оборудования входит сборка ПВО на устье скважины, линии и блоки глушения и дросселирования, • а также дегазаторы и сепараторы для контроля за плотностью раствора.

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ Станция геолого-технологического контроля • Станция ГТК позволяет, по косвенным признакам, определить начало потери контроля над давлением на ранней стадии.

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ Противовыбросовое оборудование. • Противовыбросовое оборудование: • 1. Универсальный превентор • 2. Одинарный плашечный • 3. Сдвоенный плашечный

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ Противовыбросовое оборудование. • Противовыбросовое оборудование: • 1. Универсальный превентор • 2. Одинарный плашечный • 3. Сдвоенный плашечный

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ Противовыбросовое оборудование. • Противовыбросовое оборудование: • 1. Универсальный превентор • 2. Одинарный плашечный • 3. Сдвоенный плашечный

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ Определение первых признаков потери контроля за давлением в скважине • 1. Резкое ускорение скорости механического бурения • 2. Резкое увеличение потока бурового раствора, выходящего из скважины без изменения скорости подачи раствора в скважину. • 3. Увеличение уровня раствора в приемных емкостях. • 4. Падение давления на стояке насоса. • 5. При остановленных насосах раствор продолжает движение по желобу. • 6. Увеличение содержания ионов хлора на выходе из скважины без какойлибо обработки раствора солью. • 7. Увеличение температуры выходящего раствора. • 8. Увеличение газопоказаний на выходе в буровом растворе и падение удельного веса раствора как следствие насыщения газом.

Контроль давления - Глушение скважин После того как было определено, что скважина проявила, принимается решение о герметизации скважины. Процедура герметизации скважины во время бурения: • 1. Остановить ротор (при роторном бурении) • 2. Приподнять квадрат до выхода над столом ротора первого замка бурильной трубы. • 3. Остановить буровой насос. • 4. Открыть задвижку на блок дросселирования. • 5. Закрыть превентор. • 6. Закрыть задвижку на выходе блока дросселирования. • 7. Записать давления на стояке и в затрубье (на блоке дросселирования)

Контроль давления - Глушение скважин • Контроль давления • В случае, если при бурении применялся обратный забойный клапан, давление в трубах можно определить по следующим двум методикам: • 1. Начать циркуляцию раствора на малых ходах. Заметить, когда давление на стояке после повышения – упадет и стабилизируется. (Давление открытия клапана) Это будет давление в трубах. • 2. Увеличить давление в трубах на 50 psi ( 3. 5 атм) и прокачивать до тех пор, когда затрубное давление увеличится на 50 psi (3. 5 атм). Отметить давление в трубах в этот момент-это и будет давление в трубах.

Контроль давления - Глушение скважин • После того, как было определено давление в загерметизированных трубах, необходимо определить величину утяжеления раствора для глушения скважины: • Система API – MW утяжеленного (ppg)= MW (ppg) до проявления + Р трубах (psi) / 0. 052 x TVD (ft) • Метрическая система – SG утяжеленного (г/см 3) = SG до утяжеления (г/см 3) + Р в трубах (атм) / 0. 1 х Вертикальная глубина скважины (метр)

Контроль давления - Глушение скважин Для более уточненного расчета необходимого удельного веса раствора при глушении скважины используют дополнительно в расчете запас по плотности для безопасного ведения работ. Этот запас рассчитывается по следующей формуле: • ДБ (давление безопасности) атм = YP (API) деленное на 100 х (D ствола скважины в дюймах – D бурильных труб в дюймах)

Контроль давления - Методы глушения скважин Методы глушения Существует несколько методов глушения скважин. Мы остановимся на двух наиболее применяемых и эффективных методах: • 1. Метод Бурильщика • 2. Ожидания и утяжеления.

• Постоянное давление на проявляющий пласт во время вымывания флюида достигается за счет поддержания постоянного расчетного давления на стояке, которое регулируется задвижкой на линии дросселирования. Контроль давления - Метод Бурильщика Метод Бурильшика • Метод Бурильщика, используемый для глушения скважин, осуществляется в два цикла циркуляции. • Поступивший в скважину пластовый флюид (пластовая вода, нефть или газ) вымывается во время первой циркуляции, при этом определенное давление создается на проявляющий пласт c целью предотвращения дальнейшего поступления флюида в скважину. • Постоянное давление на стояке регулируется дросселем на линии дросселирования при циркуляции раствора с постоянной подачей. • Давление на стояке рассчитывается как сумма давления на стояке при закрытой скважине плюс давление циркуляции на пониженных ходах насоса (замеренное ранее).

Контроль давления - Метод Бурильщика (продолжение) Это давление регулируется следующим образом: • После вымывания флюида из скважины задвижка на линии дросселирования закрывается. • При заглушенной скважине раствор в емкостях утяжеляется до плотности, достаточной для глушения. • После утяжеления раствор в скважине замещается на раствор с рассчитанной плотностью для глушения при одно-временном поддержании необходимого давления на проявляющий пласт. • Во время закачивания раствора для глушения в колонну бурильных труб постоянное давление поддерживается в затрубье путем регулирования задвижкой на линии дросселирования. • Давление в затрубье рассчитывается как сумма давления в затрубье при заглушенной скважине + 7 атм • ( 7 атм. – рекомендуемый запас давления)

Контроль давления - Метод Бурильщика • После того, как раствор, прокачиваемый внутри бурильных труб, достигнет долота, постоянное давление на Метод Бурильщика пласт будет регулироваться поддержанием постоянного давления на стояке. • Постоянное давление регулируется задвижкой на линии дросселирования при постоянной скорости прокачки. • Постоянное давление на стояке после достижения раствором долота является новым давлением прокачки. • Это давление более высокое ввиду того, что гидродинамические потери выше при прокачивании более тяжелого раствора. • Новое давление прокачки рассчитывается следующим образом: • где: • Pn = Новое давление прокачки (пониженные ходы) • Po = Давление прокачки (пониженные ходы) • Mud Wt. K = Плотность раствора глушения • Mud Wt. O = Плотность раствора в скважине

раствора для глушения гидростатическое давление сбалансирует пластовое и скважина будет заглушена. Контроль давления - Метод Бурильщика • Преимущества метода: Метод Бурильщика • Простота • После вымыва пластового флюида скважина может быть при необходимости заглушена на любой промежуток времени • Недостаток • Давление в башмаке обсадной колонны обычно выше, чем при использовании других методов глушения

Контроль давления - Метод Ожидания и Утяжеления Метод ожидания и утяжеления • При использовании данного метода для глушения скважины необходима только одна циркуляция. • Скважина остается закрытой до утяжеления раствора до плотности глушения. • После утяжеления раствора до плотности, необходимой для глушения скважины, раствор в скважине и пластовый флюид замещаются на раствор глушения в течение одной циркуляции при одновременном поддержании постоянного давления на проявляющий пласт. • Постоянное давление на пласт контролируется давлением на стояке, а регулируется задвижкой на линии дросселирования. • Начальное давление замещения равно сумме давления на пониженных ходах и давления на стояке при закрытой скважине. • По мере закачки раствора в бурильную колонну гидростатическое давление возрастает. • Для поддержания постоянного давления на забое давление на стояке нужно снижать, с помощью задвижки на линии дросселирования.

Контроль давления - Метод Ожидания и Утяжеления • Давление в башмаке обсадной колонны обычно ниже, чем при использовании других методов • Зависимость давления от Метод ожидания и утяжеления времени/объема прокачки определяется расчетным путем и поддерживается при глушении скважин. Недостатки: • Ошибка в регулировании давления может привести к тому, что в скважину поступит большее количество пластового флюида (недостаточное давление) или произойдет гидроразрыв (превышение давления). • Во время приготовления раствора для глушения происходит миграция флюида вверх по стволу скважины • Преимущества метода: • Для глушения скважины необходима только одна циркуляция • Сложен по сравнению с методом бурильщика