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

а в верхней части ствола - бесконечно мощного стока теплоты. Температурный режим восходящего потока бурового раствора характеризуется термограммой 3.

Породоразрушающий инструмент в период долбления выполняет роль дополнительного локального источника теплоты, которая оценивается "скачком" температуры у забоя.

В результате сравнительно длительного взаимодействия бурящейся скважины и окружающего массива горных пород, температура горных пород в радиальном направлении от скважины будет изменяться. Причем интенсивность перераспределения температуры в массиве будет зависеть от тепло-физических свойств пород, от начального перепада температуры между скважиной и массивом пород, а геометрические размеры ореола теплового влияния скважин Лт определяются длительностью процесса "возмущения" температурного поля. При прочих равных условиях зона теплового влияния скважины (кривая 4 и радиус теплового влияния W.) будет больше в породах, сравнительно хорошо проводящих теплоту (кривые 4" и 4" по сравнению с кривыми 4 и 4V).

После прекращения процесса долбления и остановки циркуляции бурового раствора температура во всей системе стремится к начальному уровню, который характеризуется геотермограммой 1. Длительность и интенсивность процесса восстановления начальной температуры в скважине зависят от длительности и интенсивности предшествующего "возмущения" температурного поля, а также от теплофизических свойств веществ рассматриваемой системы.

Как правило, очередное долбление и циркуляция бурового раствора начинаются задолго до того, как восстановится естественная температура в скважине. "Возмущения" температурного поля накладываются друг на друга и значительно усложняют общую картину каждого последующего долбления.

Другие технологические операции в бурении, такие как подъем-спуск колонны бурильных труб, наращивание бурильной колонны, промежуточные промывки и проработки ствола, цементирование обсадных колонн, ожидание затвердевания цемента, натяжение колонны и оборудование устья, с точки зрения формирования температурного режима в скважине представляют собой чередование периодов тепловых "возмущений" системы циркуляциями и периодов восстановления естественного поля температур.

Часто картина теплообмена в этих технологических операциях усложняется наличием дополнительного рассеянного

источника теплоты переменной мощности в кольцевом пространстве скважины, участием в процессах веществ с различными теплофизическими свойствами, постоянным обновлением циркулирующего агента и т.д.

Следовательно, при бурении скважины в ее стволе и прилегающем массиве горных пород наблюдается нестационарный процесс теплообмена, осложненный спецификой тепло-обменной системы и наличием внутренних дополнительных источников теплоты.

Исследование процесса теплопередачи при бурении скважины сводится к изучению пространственно-временного изменения температуры по стволу и в прилегающих к нему горных породах, т.е. к нахождению температурного поля системы скважина - массив горных пород.

При этом необходимо учитывать главную особенность процесса бурения - периодическую смену и повторяемость технологических операций: после подъема-спуска бурильной колонны с долотом, как правило, проводят промывку скважины; промывка сменяется подъемом и т.д. В эти сменяющие друг друга массовые операции (количество долблений и спусков-подъемов при бурении глубокой скважины достигает 200 и более) периодически вторгаются операции по креплению ствола, по исследованию разреза и глубинным измерениям, по испытанию перспективных горизонтов, а также различного рода вспомогательные операции.

Особенности формирования температурного режима в бурящихся скважинах Заполярья

Особенностью геологического строения некоторых нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири является наличие в верхней части разреза осадочного чехла мощной толщи многолетнемерзлых пород. К настоящему времени составлены общие представления о строении, распространении и особенностях этого комплекса пород, хотя такие важные вопросы, как методы выделения их в разрезе скважин, определения естественной температуры и другие, еще далеки от однозначного решения.

Отмечают несколько типов мерзлоты. Однако основным и наиболее четко выраженным в центральной части Западной Сибири является уренгойский тип. Он характеризуется единой мощной толщей монолитного промерзания с дневной поверхности до глубины 400-550 м. Значение отрицательной температурной аномалии ("температурный карман") в наибо-

лее промерзшей части разреза составляет 3 - 5 °С. Ниже мерзлой зоны зачастую на глубину 150 - 200 м распространяется участок с нулевым градиентом температуры.

В пределах Тазовского, Медвежьего и Комсомольского месторождений выделен так называемый тазовский тип вечной мерзлоты. Так же как и уренгойский тип, он характеризуется монолитностью, но в верхней части разреза присутствует талик мощностью до 150 м. "Температурный карман" для этого типа мерзлоты, как правило, не превышает 1,5 - 2,5 °С, достигая в редких случаях 4 - 5 °С.

В литолого-стратиграфическом отношении на территории Медвежьего и Уренгойского поднятий промерзанием охвачены супесчано-глинистые и песчано-глинистые четвертичные отложения, глинисто-песчанистый разрез олигоцена, глинистые и песчано-глинистые отложения эоцена - нижнего олигоцена. На севере месторождений нижняя граница опускается в песчано-глинистхе отложения палеоцена.

Исследованиями различных авторов установлено, что мощность вечной мерзлоты и поведение ее нижней границы во многом определяется тектоническим планом.

На Медвежьем месторождении, которое использовалось авторами в качестве полигона исследований, нижняя граница вечной мерзлоты фиксируется на глубинах от 250 - 260 до 397-400 м. Минимальные отметки ее установлены в сводовой части Медвежьего поднятия, а максимальное погружение - на Ныдинском поднятии.

Осредненная геотермограмма, построенная по результатам измерений температуры в четырех длительно простаивающих скважинах, характеризуется наличием безградиентного участка и отрицательными значениями температур до глубины 360 м (рис. 6.3). В наиболее охлажденной верхней части разреза (ниже зоны сезонных колебаний температуры) значение температуры не опускается ниже минус 4 °С, а с глубиной температура несколько увеличивается, приближаясь к нулевой изотерме, которая приблизительно совпадает с подошвой мерзлых пород.

С целью оценки колебаний температуры при бурении и креплении, возможности и перспектив регулирования температурного режима были проведены специальные исследования в нескольких бурящихся скважинах месторождения Медвежье.

Конструкция скважин и технология бурения в этом районе следующая: 325-мм кондуктором скважина закреплена до глубины 430 м, 21 9-мм промежуточной колонной - до глуби-