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

рс = i0h = 16 кгс/см2 = 1,6 МПа.

Гидростатическое давление без учета структурно-механических свойств раствора для данного случая

р0 + hgp = 40,5 МПа. (4.23)

Таким образом, отношение рс к сумме р0 + hgp составляет примерно 4 %, т.е. равно по порядку тому значению избыточного перепада давления, которое пытаются создать добавочным утяжелением бурового раствора с целью предотвращения поступления пластовых флюидов в скважину. Возрастание 9 с течением времени еще больше увеличит рс. Характерно, что еще большее увеличение p в данном случае не оправдано. Добавление утяжелителя обычно вызывает увеличение 9, а высокое избыточное давление может явиться причиной поглощений особенно в процессе циркуляции бурового раствора, когда ее пространственная структура в основном разрушена, а к гидравлическому давлению прибавляется гидродинамический напор.

Представляет интерес полученные выше закономерности применить к условию, когда буровой раствор занимает кольцевое пространство между коаксиальными цилиндрами диаметрами D и d(D > d) и высотой h, т.е. в затрубном пространстве. Тогда условие равновесия при доливе (первый случай) бурового раствора на некоторую критическую высоту Ahкрит выразится следующей формулой:

2 - d2

gpAhкрит = n(D + d)( + Ahкрит )9. (4.24)

Давление рс, которому может препятствовать (второй случай) столб структурированного раствора в кольцевом пространстве, если возникает приток на забой высоконапорной жидкости или газа, может быть определено по формуле

4n(D + d)h9 4h9

рс ----4h. (4.25)

™(D2 - d2) D - d

Наиболее интересен третий случай отфильтровывания дисперсионной среды структурированного бурового раствора у забоя из кольцевого пространства. При этом, как следует из

сказанного выше, давление у забоя на пластовые флюиде! может также уменьшиться на

О - d

Значение рс для приведенных выше условий и О - d = = 7,25 см равно около 5,6 МПа и составляет 13,8 % по отношению к давлению, создаваемому весом столба бурового раствора. Стремление уменьшить зазор, что характерно для современного бурения, приведет, как следует из формулы, к резкому росту значения рс. Так, при уменьшении зазора до 5,08 см увеличивается рс от 13,8 до 25,0 % (доля рс по отношению к давлению столба бурового раствора). Однако как в том, так и в другом случае эти значения намного превосходят значение обычно поддерживаемого положительного перепада давления, создаваемого избыточным утяжелением системы.

"Зависание" бурового раствора в кольцевом пространстве осуществляется, как это следует из сравнения формул (4.19) и (4.25), при значениях 6 значительно меньших, чем в трубе. Условие равновесия при "зависании" единицы длины столба бурового раствора в данных условиях имеет вид:

2 - d2

- л(о + d)6 = л(о + d)

О - d „

gp- 6

(4.26)

Для условий, рассматриваемых выше, буровой раствор может "зависать" при 6 = 2550 мгс/см2 (зазор 7,25 см) или 6 = 1 400 мгс/см2 (зазор 5,08 см). Следует отметить, что в процессе длительного "упрочнения" предельное статическое напряжение реальных буровых растворов вполне может достичь подобных значений и при локальном снижении давления у пласта вполне возможно поступление флюида в скважину. Вследствие того, что трубы, спущенные в скважину, и кольцевое пространство между ними и стенками скважины являются, по существу, сообщающимися сосудами, рассмотрим в общем виде условия равновесия в них бурового раствора. Для упрощения задачи примем, что сообщающиеся сосуды представляют собой U-образную трубку диаметром О; характеристики бурового раствора остались прежними. Пусть в начальный момент времени уровни бурового раствора в каждом из колен U-образной трубки находятся на одной горизонтальной плоскости. Если теперь в одно из колен, например правое, доливать буровой раствор, то уровень в

левом колене будет сохранять свое положение до тех пор, пока вес избыточного столба раствора высотой Al и диаметром D не превысит силу, обусловленную предельным статическим напряжением сдвига, необходимую для сдвига бурового раствора в обоих коленах. Если принять, что общая длина столба бурового раствора в момент сдвига равна l + A l, то условие равновесия может быть выражено равенством, аналогичным формуле (4.18),

pgAl = nD (( + Al) 9. (4.27)

Аналогично можно рассмотреть случай, когда сообщающиеся сосуды представляют собой центральное и кольцевое пространство двух вертикальных соосных цилиндров высотой l и диаметром D и d (D > d). Внешний цилиндр имеет дно. Если во внутренний цилиндр доливать буровой раствор на высоту Al, то, учитывая изложенное выше, условие равновесия можно записать в следующем виде:

pgAl = nd (l + Al) 9 + n (d - d))9. (4.28)

Следует отметить, что в формуле (4.28) не учитывается толщина стенок труб.

Изменение давления в результате притока пластовых флюидов или отфильтровывания дисперсионной среды из бурового раствора, которые могут происходить на любой глубине из затрубного пространства, легко определить, если учитывать приведенные выше формулы для сдвига структурированной системы в различных условиях. Это изменение будет равно меньшему значению из двух величин рс ирс. Здесь рс - давление для раствора, находящегося в кольцевом пространстве над рассматриваемым горизонтом, а р" - давление, необходимое для одновременного сдвига столба структурированной жидкости в колонне и кольцевом пространстве, расположенном ниже этого горизонта.

Трудности точного подсчета изменения давления в скважине определяются следующими основными факторами: 1) непостоянством значения предельного статического напряжения сдвига по стволу скважины и 2) неопределенностью формы поверхности сдвига. Скважина не имеет форму цилиндра. В каждом конкретном случае сдвиг системы будет осуществляться по плоскости, для перемещения на которой требуется минимальная сила. Кроме того, скважина не является верти-