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

зрения недопущения разрушения ММП. Используя в качестве промывочных агентов пены, воздух, эмульсии и растворы на нефтяной основе, буровики Канады добились значительных успехов в профилактике кавернообразования, осыпей и обвалов при проходке ММП.

Такого рода промывочные жидкости незначительно отфильтровывают жидкость в поры породы, нейтральны по отношению ко льду, обладают пониженной теплоемкостью.

Однако даже при использовании таких систем, требующих значительного усложнения техники и технологии промывки скважин, процесс кавернообразования наблюдается при положительных температурах в циркуляционном потоке, особенно при разбуривании песчаников, сцементированных льдом. Поэтому, наряду с применением систем, не растворяющих лед, для предотвращения разрушения прискважинной зоны ММП необходимо регулировать в определенных пределах температуру используемого при бурении промывочного агента.

Установлено, что температура циркулирующего в скважине промывочного агента в зоне ММП не должна превышать температуру фазового перехода (плавления) льда. Практически она должна быть не выше +0,5 °С. Пожалуй, единственная возможность поддерживать на низком уровне температуру циркулирующего раствора - это охлаждать его в поверхностной системе.

Задача охлаждения промывочной жидкости на дневной поверхности при отрицательной окружающей температуре не столь сложная. Но при положительной температуре на поверхности задача резко усложняется и требует для своего решения тщательного расчета поверхности теплообменников, холодопроизводительности системы охлаждения, других характеристик.

Для того, чтобы запроектировать эффективные меры профилактики осложнений при сооружении скважин, необходимо в каждом конкретном случае решить ряд задач:

1 . Выбрать тип и компонентный состав бурового промывочного агента в соответствии с геолого-техническими условиями бурения, при использовании которого было бы сведено к минимуму отрицательное воздействие его на ММП.

2. Определить границы колебаний температуры в сооружаемой скважине в зависимости от температуры промывочного агента на дневной поверхности.

3. Оценить степень деградации окружающих скважину ММП под воздействием бурового промывочного агента, в

первую очередь такую характеристику, как радиус протаива-ния ММП вокруг скважины.

4. Выбрать метод и систему регулирования температуры в скважине, позволяющую свести к минимуму растепления околоствольной зоны ММП.

5. Выбрать прочностные характеристики крепи скважины с учетом нагрузок, обусловленных как течением растепленных пород, так и их обратным промерзанием в результате восстановления отрицательной температуры в скважине.

6.4. ТИП И КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ БУРОВОГО ПРОМЫВОЧНОГО АГЕНТА

Из всего многообразия промывочных агентов, используемых при бурении скважин, наилучшими с позиций предотвращения деградации ММП (в соответствии с общими требованиями, предъявляемыми к ним при проходке ММП) являются осушенный воздух и пена.

Сжатый воздух не замерзает при бурении в мерзлых породах, не отфильтровывает жидкость в поры мерзлоты, обладает низкой удельной теплоемкостью и поэтому считается наиболее предпочтительным промывочным агентом при бурении в ММП.

Необходимые для очистки скважины массовые расходы воздуха обычно в 1 5-25 раз, а теплоемкость в 4 раза меньше, чем для промывочной жидкости. Энтальпия воздуха при одной и той же начальной температуре в 60- 1 00 раз меньше энтальпии промывочной жидкости. Это существенно уменьшает опасность осложнений, связанных с протаиванием мерзлых пород. Воздух значительно эффективнее солевого раствора, который, хотя и не замерзает в скважине, легко может нарушить естественное агрегатное состояние мерзли пород.

Сжатхй воздух, снижая опасность и остроту осложнений, связанных с протаиванием пород, не устраняет эти осложнения полностью. На выходе из компрессора он имеет повышенную температуру (70 - 80 °С), в результате чего отмечались случаи протаивания мерзлоты и возникали осложнения.

Имеются специфические осложнения, связанные с выпадением конденсата из воздуха: слипание частиц шлама, образование сальников, намерзание конденсата в соединениях, уменьшение проходных сечений, прихваты и др.

Результаты расчетов показывают, что даже при глубинах до 100 - 200 м температура в скважине резко изменяется, и

тем больше, чем сильнее начальная температура воздуха отличается от температуры пород в большую или меньшую сторону. Причина в том, что воздух несет малый запас холода или теплоты и быстро приобретает с глубиной температуру, близкую к температуре пород. Этот процесс протекает тем быстрее, чем меньше расход воздуха и интенсивнее теплообмен. При малом расходе воздуха, высоких скоростях его движения температура в скважине уже на глубине 50 - 70 м становится равной температуре пород независимо от начальной температуры воздуха.

Наиболее неблагоприятны условия бурения по мерзлым породам при высоких начальных температурах воздуха и больших его расходах. При этом по всему стволу может сохраняться положительная температура, что ведет к осложнениям. При малых расходах высокая температура воздуха с глубиной перестает играть отрицательную роль.

Во всех случаях бурения с продувкой температура воздуха резко возрастает у забоя скважины под действием теплоты, отбираемой от породоразрушающего инструмента. При начальной температуре воздуха, близкой к температуре пород, ее распределение по скважине определяется теплотой, генерируемой на забое.

Поступающий в скважину от компрессора теплый сжатый воздух при движении по скважине охлаждается, что вызывает выпадение конденсата в бурильных трубах и кольцевом пространстве. Предварительно охлажденный и осушенный сжатый воздух может лишь поглощать влагу в призабойной зоне и кольцевом канале, где он контактирует с породами, содержащими влагу в жидкой или твердой фазе. При этом полностью устраняются выпадение конденсата и все связанные с ним осложнения. Нагревающийся при движении по скважине охлажденный воздух осушает ее.

Для нормализации температуры в скважине при бурении с продувкой в мерзлых породах необходимо использовать эффективную систему принудительного охлаждения и осушения сжатого воздуха.

Из существующих способов охлаждения сжатого воздуха наиболее простой и дешевый - теплообмен с естественным хладоносителем. На Крайнем Севере и Северо-Востоке в зимний период имеются идеальные условия для охлаждения сжатого воздуха до отрицательных температур за счет теплообмена с атмосферным воздухом в поверхностных теплообменниках. Возможно применение и других естественных хла-доносителей - многолетнемерзлых пород и льда.