Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

гидроаэродинамические процессы сквавжин

Одной из важнейших специальных дисциплин, определяющих профиль горного инженера по специальности "бурение нефтяных и газовых скважин", является дисциплина "Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин".

Геологические условия современного бурения на нефть и газ, сравнительно большая глубина скважин, наличие в разрезе проницаемых пластов с аномально высокими и аномально низкими пластовыми давлениями диктуют необходимость постоянного совершенствования технологии и техники бурения скважин.

К сожалению, даже при использовании современных достижений в области конструирования и технологии сооружения скважин, зачастую не удается избежать осложнений, препятствующих скоростному и эффективному бурению.

Наиболее часто возникают такие осложнения, как поглощения бурового промывочного и тампонажного растворов, нефте-, водо- и газопроявления, осыпи и обвалы стенок скважины, затяжки и посадки бурового инструмента при спускоподъемных операциях.

Мировой опыт последних лет показывает, что практически все скважины в той или иной степени осложнены технологической несовместимостью отдельных интервалов бурения. Именно поэтому в большинстве случаев используют многоколонные конструкции скважин и разнообразные по технологическим свойствам буровые растворы.

Современный горный инженер должен уметь успешно бурить скважину в осложненных горно-технологических условиях, отдавая себе отчет в том, что при соблюдении технологических требований и условий технического проекта все осложнения преодолимы известными приемами и методами.

Как видим, к осложнениям при бурении скважин относят нарушения непрерывности технологического процесса сооружения скважины при соблюдении технического проекта и правил безаварийного ведения буровых работ, вызванные горно-геологическими условиями проходимых пород.

Однако, несмотря на то что осложнения считаются в сущности ожидаемой ситуацией и для их преодоления предусмотрены технологические приемы, иногда они переходят в категорию аварий.

Аварией считают нарушение непрерывности технологического процесса сооружения скважины, требующее для его ликвидации проведения специальных работ, не предусмотренных техническим проектом.

Затяжки и посадки бурового инструмента могут привести к его неосвобождаемому прихвату; пластовые флюидопроявления и поглощения бурового раствора могут перерасти в открытый аварийный фонтан и т.д.

Обычно такие ситуации возникают из-за халатного отношения к осложнениям производителей буровых работ или из-за их низкой

квалификации. В ряде случаев, особенно при бурении первых разведочных скважин, аварийные ситуации возникают из-за недостаточной изученности вскрываемого скважиной разреза горных пород.

Другая группа аварий связана с браком и плохим качеством изготовления бурового инструмента: непредвиденная поломка в скважине долота или бурильной трубы, поломка забойного двигателя, смятие или обрыв обсадной колонны, обрыв геофизического снаряда или кабеля. Но и в этой группе аварий часто повинны непосредственные производители буровых работ, которые невнимательны к спускаемому в скважину буровому инструменту, несвоевременно проводят контрольно-профилактические мероприятия с бурильными трубами и допускают их чрезмерный износ, превышают технологические и режимные ограничения (осевые нагрузки на бурильный инструмент, давление внутри колонны и др.).

В третьей группе аварий: падении различных предметов в открытую скважину, оставлении шарошек долота из-за передержки его на забое, падении инструмента в скважину из-за захвата элеватора одним штропом или недокрепления резьб - полностью повинны непосредственные производители буровых работ.

В процессе изучения дисциплины "Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин" студенты должны получить знания по гидроаэромеханике применительно к условиям бурения, необходимые для расчета и выбора режимных параметров при промывке и возникающих при этом давлений в скважине, от которых во многом зависит степень осложненности процесса бурения и эффективность приемов для преодоления осложнений.

Они должны научиться распознавать признаки зарождающихся поглощений и флюидопроявлений, осыпей и обвалов, возникновения желобных выработок. Они должны иметь конкретные представления о физической сущности различных осложнений и аварий при бурении скважин, о методах и устройствах для их ликвидации.

Изучение курса "Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин" базируется на знаниях, полученных по естественнонаучным и общеинженерным дисциплинам (физика, математика, химия, теоретическая механика), а также по специальным дисциплинам (бурение нефтяных и газовых скважин, буровые промывочные и тампонажные растворы, геология и геофизические исследования скважин).

Приобретенные по данной дисциплине знания используются в дальнейшем при изучении других специальных дисциплин и при дипломном проектировании.

Настоящий учебник составлен в соответствии с Государственным образовательным стандартом и примерной программой дисциплины "Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин", разработанной Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по высшему нефтегазовому образованию.

По дисциплине "Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин" учебники и учебные пособия отсутствуют, так что такого рода учебник написан впервые.

Глава ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ 1 ПРОЦЕССЫ В БУРЯЩИХСЯ

СКВАЖИНАХ

Современная технология бурения скважин предполагает систематическое использование циркулирующих промывочных агентов для транспортирования разрушенной горной породы на дневную поверхность, обеспечения необходимого противодавления на проходимые скважиной горные породы, подачи энергии к долоту и забойному двигателю, ликвидации пластовых флюидопроявлений, а также для задавливания открыто фонтанирующих скважин и т.д.

Чтобы правильно выбрать технологические характеристики гидравлического оборудования и определить для каждого конкретного случая необходимые параметры циркуляционного потока в скважине для безаварийной ее проводки или ликвидации аварии, необходимо рассмотреть основы теории и расчетные зависимости применительно к гидродинамическим процессам в бурящихся скважинах.

Достижения в этой области знаний базируются на реологических уравнениях И. Ньютона, Ф.Ф. Шведова и Е. Бин-гама, В. Оствальда, на формулах для оценки распределения давлений в потоках флюидов, полученных Ж. Пуазейлем, Г. Стоксом, Е. Буссинеском, М.П. Воларовичем и A.M. Гут-киным, A. Фредриксоном и Р. Бердом. Существенные результаты получены в результате использования теории пограничного слоя, разработанной Л. Прандтлем, а также расширения понятий физической сущности потоков посредством разграничения режимов течения через понятие критического безразмерного комплекса, характеризующего отношение сил инерции к силам вязкостного трения, предложенное О. Рей-нольдсом, а в дальнейшем развитое Б. Хедстремом (критические числа Рейнольдса и Сен-Венана).

Значительно обогащены отдельные разделы гидродинамики буровых процессов исследованиями гидродинамических сопротивлений в турбобурах (П.П. Шумилов), коэффициентов гидравлических сопротивлений в трубах (А.Д. Альтшуль), местных сопротивлений потоку (Х. Геррик).