УДК: 622.243

Каиров Серикбол гр. МГМ 13-1

Руководитель – Садуакасов Д. С., к.т.н.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БУРЕНИЯ СКВАЖИН С ПРОМЫВКОЙ ЗАБОЯ АЭРИРОВАННЫМ ГЛИНИСТЫМ РАСТВОРОМ

В статье рассматриваются вопросы теории промывки скважин аэрированным способом

Мақалада уңғыманың шаюының кағидасының сұрақтары аэрировандық қиюмен қарастырылған

The article deals with the theory of washing wells aerated way

Нормограмма для определения степени аэрации промывочной жидкости

Необходимые соотношения воздуха и промывочной жидкости (степени аэрации) предрешают эффективность бурения скважины с промывкой забоя аэрированной жидкостью.

Для определения степени аэрации Ф. Х. Поэттман и У.Е. Бергман предложил номограммы, построенные для трех забойных температур: 37,8; 64,4; 93,3 градусов цельсия. Исследованиями установлено, что как геометрические градиенты, так и забойные температуры изменяются в значительно больших пределах поэтому номограмы, построенные для указанных забойных температур, имеют ограниченное применение.

Очевидно, было бы целезобразно построить номограмму для определения степени аэрации промывочной жидкости при нормальных давлениях и температуре воздуха, а затем для каждого отдельного случая уточнять велечину степении аэрации в зависимости от геотермического градиента для данного месторождения.

На основании изложенного построена номограмма на базе трансцендентного уравнения

Z0=0,1yH+P0-Pct/ln Pct (1.1)

Эта номограмма позволяет определить степень аэрации промывочной жидкости , плотность которой колеблется в пределах 1,00-1,30г/см3.

Спенень аэрации промывочной жидкости по номограмме определяется следующим образом. Задаваясь плотностью исходной промывочной жидкости y, глубиной скважины Н и гидростатическим давлением столба аэрированной жидкости на забой скважины рст, на вертикальной оси номограммыопределяем степень аэрации Z0. Зная степень аэрации, определяем расход воздуха с учетом температурного влияния в скважине

Qов=Z0Q / Bt (1.2)

Где Bt, представляет собой температурный коэффициент, определяемый из формулы

Bt=1+0,0035H/G (1.3)

Где, G – средняя геотермическая ступень.

Ниже приводятся примеры для практического использования предлагаемой номограммы при определении степени аэрации промывочной жидкости.

Пример 1.1. Глубина скважины 1250м, расход промывочного раствора 20л/с (72 м3/ч), плотность раствора 1.20 г/см3. Определить степень аэрации раствора и расход вохдуха. Если средняя геотермическая ступень равна 29 м/С и допустимое гидростатическое давление столба аэрированного раствора на забой равно 800 Н/см2.

В 3 четверти номограммы на горизонтальной оси Н находим точку, соответствующую глубине скважины 1250м, и которой опускаем перпендикулярную линиюдо пересечения с линией давления 800 Н/см2 в точке а. Из этой точки проводим горизонтальную линию до пересичения с осбю Z0, на которой находим степень аэрации промывочного раствора при нормальных условиях, равную 16.

Согласно формуле (1.3) определяем величину температурного коэффициента.

Bt=1+0,0035*1250/29,0=1,15.

По формуле (1.2) находим расход воздуха, необходимый для аэрации промывочного раствора

Qов=16*72/1.15=1000м3/ч.

Данная номограмма позволяет решать также и обратную задачу т.е. зная расходы воздуха Qов и промовычной жидкости Q, плотность последней y, глубину скважины Н и среднюю геотермическую ступень G, можно определить величину гидростатического давления столба аэрированной жидкости на забой скважины.

Пример 1.2. Глубина скважины 1400м, расход воздуха 1000м3/ч, расход промывочной 18л/с (64,8 м3/ч), плотность последней 1,00г/см3. Определить величину гидростатического давления на забой скважины Pст, если средняя геотермическая ступень равна 59 м/С.

Найдем сначала величину температурного коэффициента согласно формуле (1.3)

Bt=1+0,0035*1400/59=1,08.

Из формулы (1.2) находим степень аэрации

Z0=BtQов/Q = 1,08*1000/64,8=16,7.

В 1 четверти номограммы на горизонтальной оси Н находим точку, соответствующую глубине скважины 1400м, и на вертикальной оси Z0 откладываем 16,7. Из этих точек проводим линию, параллельные к осям Н и Z0, до их пересичения в точкке b.

Через полученную точку проводим линию, параллельную линиям давления, которая характеризует гидростатическое давление столба аэрированной жидкости на забой скважины

Pст = 700 Н/см2

Гидродинамическое давление аэрированной промывочной жидкости на забой скважины.

При бурении нефтяных скважин с применеием аэрированной промывочной жидкости большой интерес представляет метод определения забойного давления в процессе циркуляции этой жидкости.

По данному вопросу проведены некоторые теоретические и экспериментальные работы. Однако практическое применение уравнений, приведенных в этих работах, вызывает значительные затруднения, не позволяющие использовать их в инженерных расчетах. Поэтому авторы указанных работ сделали попытки упростить или номографировать эти уравнения.

Как, например, для определения забойного давления при водовоздушной очистке песчаных пробок построения номограмма, расчитанная только для одного конкретного случая, когда плотность жидкой фазы равна 1 г/см3, а диаметры эксплуатационной колонны и подъемных труб равны соответственно 168 и 73 мм.

Эмпирическая зависимость, представленная вместо формулы, несколько искажает действительную картину явления. Градиент давления в скважине, определенный по этой зависимости, изменяется по прямолинейному закону. В то время как в действительности движение аэрированной жидкости в скважине из-за расширения содержащегося в ней воздуха подчиняется логорифмической зависимости.

В данном параграфе выводиться общая формула для практической расчетов забойного давления при циркуляции аэрированной промывочной жидкости в скважине.

При изотермическом процессе расширение воздуха движение аэрированной жидкости в скважине характеризуется уравнением

Pзаб + Z0P0 ln*Pзаб/Pш = 0,1 y H + Pпз + Pск + Род + Рш. (1.4)

где Рзаб – гидродинамическое давление аэированной жидкости на забой скважины.

Z0 – степень аэрации промывочной жидкости, равная отношению величин Qов и Q; Q, Qов-соответственно расходы промывочной жидкости и воздуха (при нормальных условиях); P0- атмосферное давление; Рш – штуцерное давление в выкидной линии; V-плотность исходной промывочной жидкости; H – глубину скважины; Pпз – потери давления аэрированной жидкости в затрубном пространстве, вызванные гидравлическими сопротивлениями; Рск – потери давления, возникающие в затрубном пространстве, из-за изменения скорости движения аэрированной жидкости; Pод – потери давления в скважине, вызванные в результате относительного движения пузырьков воздуха в жидкости.

В связи с тем, что потери давления, вызванные гидравлическими сопротивлениями в затрубном пространстве, бывают небольшими по сравнению с гидростатическими давлением и при бурении скважины с применением аэрированной жидкости и если штуцер на выкидной линии отсутствует, то уравнение (1.4) можно представить в следующем виде:

Рзаб = Зст + Рпз + Рск + Род (1.5)

Где

Рст = 0,1yH + Р0 – Z0P0 ln Pст; (1.6)

Рпз = 0.1*лямбда см*H*y/D-dy * u2ср /2g (1.7)

Где, Рст-гидростатическое давление столба аэрированной жидкости в скважине

D – диаметрскважины; uср – средняя скорость движение аэрированной жидкости в затрубном пространстве

С- коэффициент сопротивления пузырьков воздуха при относительном движении в жидкости

g – ускорение свободного падение

Гидростатическое давление столба аэрированной жидкости на забой скважины Рст определяется по номограмме, построенной на базе трансцендентного уравнения. Для пользования номограммой необходимо знать степень аэрации промывочной жидкости Z0 , плотность исходной жидкости v и глубину скважины Н.

Изменение забойного давления в процессе бурения скважины с применеием аэрированной промывочной жидкости

Обычно при расчете гидродинамического давления на забой скважины не учитывается содержание в восходящем потоке аэрированной жидкости шлама и водогазпритоков в скважину из пластов , которые значительно изменяют величину давления.

При бурении скважины с применением аэрированной жидкости гидродинамическое давление более точно можно определить , исходя из условий баланса давления в колонне бурового инструмента и затрубном пространстве.

Аналогичным методом пользуются для опредения забойного давления при проявлениях скважин Т. Б. Обрейн и У.К. Гоинс

Авторы рассматривают колонну бурового инструмента и затрубное пространство как сообсообщающиеся сосоуды.

В этом случае гидродинамическое давление на забой скважины равно сумме давлений в затрубном пространстве или же сумме давлений в колонне бурового инструмента (от стоянки до долота включительно).

Величина гидростатического давления столба аэрированный в колонне бурового инструмента может быть определена из равенств

Рст=0,1Yа.ср*Н, (1.8)

Где Yа.ср – средняя плотность аэрированной жидкости в колонне бурового инструмента;

Н – длина колонны бурового инструмента , соответствующая глубине скважины.

Среднюю плотность аэрированной жидкости в колонне бурового инструмента определяем по формуле.

Зная закономерность изменения давления в стояке Рм в зависимости от расходов промывочной жидкости и воздуха и степени потерь давления в колонне бурового инструмента, можно установить изменения забойного давления в процессе бурения скважины с применением аэрированной жидкости.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что коэффициент гидравлических сопротивлений (лямбда см), при движении аэрированных жидкостей (воды и глинистого раствора) в трубах круглого и кольцевого сечений уменьшается с увеличением объема воздуха в смеси, что оказывает влияние на величину гидродинамического давления аэрированной жидкости на забой скважины.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мехтиев Э. Х. Бурение скважин с очисткой забоя аэрированными жидкостями. –Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1980. - 74 с.

2. Винарский М. С., Гончаренко Н. М. Применение аэрированных жидкостей при бурений скважин в поглощающих горизонтах. М., Недра, 1969.

3. Гейман М. А., Мусинов В. И. Турбинное бурение на аэрированной промывочной жидкости. М., Недра, 1965

4. Межлумов А.О. Использование аэрированных жидкостей при проводке скважин. М., Недра, 1976

5. Мехтиев Э. Х. О механической регулировке давления на забое скважины в процессе бурений. – Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1964, №11, с. 21-22

6. Шеберстов Е. В., Леонов Е. Г. Расчет давления в скважине при бурении с применением аэрированных жидкостей.- Нефтяное хозяйство, 1968, №12, с.14-17.