Технологический процесс промывки скважин должен быть спроекти­рован и реализован так, чтобы достичь лучших технико-экономических по­казателей бурения. При этом главное внимание необходимо уделять вы­полнению основных технологических функций и ограничений, приведен­ных â òàáë. 7.3.

Часто стремление к качественному выполнению процесса промывки приводит к невыполнению ограничений. В этих случаях прежде всего ре­шаются оптимизационные задачи, цель которых — выбрать в каждом кон­кретном случае экономически наиболее выгодное сочетание технологиче­ских показателей процесса промывки, обеспечивающих минимальную стоимость скважины и достижение поставленной цели при сохранении вы­сокого качества объекта.

Одной из функций промывки считают разрушение забоя скважины. Это требование не является обязательным, так как основную роль в раз-

Таблица 7.3

Функции и ограничения процесса промывки скважин

ФУНКЦИИ ПРОЦЕССА ПРОМЫВКИ СКВАЖИН» width=501 height=2 src=»http://neftandgaz.ru/wp-content/uploads/2010/05/image107.gif»>Функция

Ограничение

 

ФУНКЦИИ ПРОЦЕССА ПРОМЫВКИ СКВАЖИН» width=502 height=2 src=»http://neftandgaz.ru/wp-content/uploads/2010/05/image040_1275221395.gif»>ФУНКЦИИ ПРОЦЕССА ПРОМЫВКИ СКВАЖИН» width=2 height=176 src=»http://neftandgaz.ru/wp-content/uploads/2010/05/image108.gif»>Разрушать забой

Очищать забой от шлама и транспортировать шлам на дневную поверхность Компенсировать избыточное  пластовое дав­ление флюидов Предупреждать овалы стенок скважины

Взвешивать компоненты раствора и шлам Сбрасывать шлам в отвал

Смазывать  и  охлаждать долото,   бурильный инструмент и оборудование

Не разрушать долото, бурильный инструмент

и оборудование

Не размывать ствол скважины

Не приводить к поглощениям раствора и не подвергать гидроразрыву пласты Не   ухудшать   проницаемость   продуктивных горизонтов

Не приводить к высоким потерям гидравли­ческой энергии

Не сбрасывать в отвал компоненты бурового раствора

Не вызывать осыпей и обвалов стенок сква­жины

рушении забоя играет долото. Однако и промывку нельзя считать второ­степенной операцией при разрушении забоя, особенно при бурении рых­лых пород, когда их размыв на забое за счет гидромониторного эффекта высокоскоростной струей бурового раствора, вытекающего из насадок до­лота, вносит не меньший вклад в скорость проходки скважины, чем меха­ническое разрушение забоя вращающими элементами долота.

С целью интенсификации размыва забоя циркулирующим буровым раствором ведутся работы по применению высокоабразивных растворов (абразивно-струйное бурение).

Стремясь максимально использовать кинетическую энергию выте­кающей из насадок долота струи бурового раствора для разрушения забоя, часто увеличивают до предела либо гидравлическую мощность, срабаты­ваемую на долоте, либо силу гидравлического удара струи о забой. И в том, и в другом случаях пытаются реализовать необходимую подачу буровых насосов с одновременным доведением до верхнего предела давления нагне­тания бурового раствора. В результате этого одновременно с интенсифика­цией размыва забоя часто отмечаются отрицательные явления: резкое уве­личение энергетических затрат на циркуляцию, размыв ствола в интерва­лах неустойчивого разреза потоком в кольцевом пространстве, ухудшение условий механического разрушения забоя долотом в результате повышения дифференциального давления, поглощение бурового раствора в связи с возрастанием гидродинамического давления на пласты и др.

Основной функцией промывки скважин является очистка забоя от разрушенной долотом породы и вынос шлама из скважины. Чем быстрее удаляются осколки породы с забоя потоком бурового раствора, тем эф­фектнее работает долото. Требование удалять шлам с забоя — обязатель­ное, так как в противном случае невозможно обеспечить углубление ствола скважины.

Для улучшения очистки забоя на практике увеличивают подачу рас­твора к забою через насадки долота. Этот метод в каждом конкретном слу­чае требует технико-экономического обоснования, так как при повышении скорости циркуляции интенсифицируется размыв стенок ствола, в резуль­тате чего увеличивается количество шлама в буровом растворе, растет ка-вернозность ствола. Эти отрицательные явления приводят к снижению эффективности работы оборудования для очистки буровых растворов, уве­личению затрат на ремонт насосов и вертлюгов, перерасходу материалов на приготовление и обработку буровых растворов, излишним энергетиче­ским затратам, ухудшению качества крепления скважин.

Обязательное требование к процессу промывки скважин — выполне­ние функций транспортирования шлама на дневную поверхность. Очевид­но, чем выше скорость циркуляции, плотность и вязкость бурового раство­ра, тем интенсивней осуществляется гидротранспорт шлама от забоя на дневную поверхность. Поэтому регулировать скорость выноса шлама из скважины можно, изменяя подачу насосов, плотность и вязкость бурового раствора. Но с увеличением вязкости и плотности раствора ухудшаются условия работы долота, возрастает гидростатическое и гидродинамическое давление на пласты, что может привести к поглощениям бурового раство­ра, другим осложнениям и даже авариям. Несколько безопасней интенси­фицировать гидротранспорт шлама на дневную поверхность, повышая ско­рость циркуляции в кольцевом пространстве. Однако и скорость циркуля­ции необходимо ограничить сверху, чтобы избежать размыва ствола, боль-

ших потерь напора, значительного повышения гидродинамического давле­ния в скважине над гидростатическим.

Для удовлетворительной очистки ствола скважины от шлама должно быть выбрано оптимальное соотношение между подачей буровых насосов, плотностью и показателями реологических свойств раствора.

Основной параметр, обеспечивающий компенсацию пластового давле­ния на границе со скважиной, — плотность бурового раствора, по мере увеличения которой безопасность проходки, как правило, повышается. В то же время с ростом плотности увеличивается дифференциальное давление на забое, повышается концентрация твердой фазы в буровом растворе, что может привести к заметному падению механической скорости проходки скважины и загрязнению продуктивных горизонтов.

Следовательно, плотность бурового раствора должна быть такой, что­бы совместно с другими технологическими факторами и приемами можно было обеспечить достаточное противодавление на проходимые пласты, но в то же время она не должна заметно ухудшать условия работы долота и эксплуатационные характеристики продуктивных горизонтов.

Плотность также является одним из основных факторов, обеспечи­вающих устойчивость стенок скважины. С ее увеличением интенсивность осыпей и обвалов ствола, как правило, уменьшается, однако при этом ста­новится все более опасным другой вид осложнений — поглощения бурово­го раствора. Поэтому на практике для повышения устойчивости сте­нок скважины регулируют одновременно плотность, показатель фильтра­ции, соленость бурового раствора с целью уменьшения проникновения фильтрата бурового раствора в поры породы за счет фильтрации, ос­моса и др.

Осыпи — такой вид осложнений, которые обычно развиваются мед­ленно и не всегда заметно препятствуют процессу бурения. В связи с этим в некоторых случаях экономически целесообразно отказаться от сложных химических обработок и утяжеления бурового раствора в ущерб устойчи­вости ствола. При этом сохраняются высокие скорости проходки и не тра­тится много времени на вспомогательные работы.

Важное технологическое качество бурового раствора — удержание находящихся в нем частиц во взвешенном состоянии, особенно в переры­вах циркуляции. При росте реологических характеристик бурового раство­ра его удерживающая способность повышается. Однако при этом увеличи­ваются энергетические затраты и затраты времени на циркуляцию, возни­кают значительные колебания давления в скважине при спускоподъемных операциях, что может стать причиной возникновения различных ослож­нений.

При промывке должны быть обеспечены отделение и сброс шлама на вибрационных ситах, в гидроциклонах, отстойниках и т.д. В противном случае шлам будет поступать в скважину, засорять ее и ухудшать условия работы долота. Для удовлетворительного отделения шлама от бурового рас­твора следует стремиться к минимизации показателей реологических свойств бурового раствора, однако при этом не должна ухудшаться его удерживающая способность. Таким образом, успешность процесса про­мывки скважин зависит от показателей реологических свойств бурового раствора, в первую очередь напряжения сдвига и вязкости.

Буровой раствор должен обладать смазывающей способностью. Сма­зывая поверхность труб, опоры долота, гидравлическое оборудование, рас-

твор способствовал бы уменьшению энергетических затрат на бурение, сокращению аварий с бурильными колоннами, что особенно важно при роторном бурении. Поэтому желательно увеличивать содержание смазоч­ных добавок в буровом растворе. Однако при большом содержании этих добавок заметно снижается механическая скорость проходки, особенно при бурении долотами истирающего типа. Следовательно, содержание сма­зочных добавок в буровом растворе должно быть также оптимальным.

Охлаждение долота, бурильных труб, гидравлического оборудования способствует увеличению их долговечности и поэтому является также важ­ной функцией промывки. Известно, что охлаждение омываемых деталей тем лучше, чем больше скорость циркуляции, ниже вязкость бурового рас­твора и выше его теплоемкость и теплопроводность. Однако регулирование этих показателей с целью улучшения условий охлаждения бурового инст­румента и оборудования ограничено необходимостью выполнения преды­дущих, иногда более важных, функций промывки скважин.

Обратите внимание: