Курсовая работа: Бурение на равновесии

Рисунок 4.1.1 - Зависимость механической скорости проходки vм от дифференциального давления на забое ?р (по данным бурения в Южной Луизиане)

Существенное влияние дифференциального давления на забое на эффективность работы долот установлено также в работах, выполненных в Краснодарском крае.

Путем сравнения результатов бурения скв. 158 и 154 Западно-Крестищенского газоконденсатного месторождения показано, что в результате уменьшения дифференциального давления на забое на 4,2 МПа в сравнимых геологотехнических условиях бурения удалось повысить механическую скорость проходки в 2 раза (от 0,9 до 1,8 м/ч). Интервал 525 м в скв. 158 в связи с этим был пройден в 2 раза быстрее, чем в скв. 154. Это мероприятие позволило сократить длительность всего цикла бурения на 19 сут.

Таблица 4.1.1 - Зависимость приращения механической скорости проходки vм от удельной нагрузки на долото

Фактические данные бурения скв. 1, 3 и 4 Северской площади в интервале 3100 -- 4300 м также подтвердили, что при прочих равных условиях механическая скорость проходки уменьшается с увеличением дифференциального давления на забое.

Таким образом, отрицательным последствием интенсификации промывки скважины может стать увеличение дифференциального давления на забое скважины и, как следствие этого, ухудшение условий взаимодействия долота с разрушенными породами на забое.

Дифференциальное давление на забое скважины определяется следующими геолого-технологическими параметрами:

- внутрипоровым давлением в горных породах и их проницаемостью;

- плотностью, вязкостью и фильтруемостью промывочного агента;

- гидродинамическими сопротивлениями потоку в кольцевом пространстве за бурильной колонной;

- избыточным давлением на устье в затрубном пространстве.

4.2 Оценка продуктивного пласта при бурении на депрессии (равновесии)

Часто задается вопрос о возможности получать данные из продуктивного пласта во время (или после) бурения на равновесии. Оказалось, что традиционные методы каротажа имеют ограниченную ценность, но заменяются при этом возможностью реально взглянуть на продуктивный пласт во время буровых работ. Ниже объясняется этот процесс.

Рисунок 4.2.1 - Давления в скважине при бурении на депрессии (равновесии) и репрессии

Процесс начинается с предварительного анализа данных, полученных из соседней скважины, и проектирования процедур испытания для максимизации информации о пласте, полученной в процессе бурения. Система «INSITE» компании «Халлибуртон» для сбора и управления данными обеспечивает сбор на одной платформе данных из всех источников, после чего с помощью уникальной системы анализа пласта анализируются данные по давлению и дебиту для определения продуктивности этого пласта. Один из компонентов этой системы первоначально используется для преобразования и корректировки данных по дебиту на поверхности по уровню забоя с учетом времени на закачивание и добычу. Затем давление на забое, соответствующее каждому пройденному интервалу, совместно с другими входными данными, используется в аналитической динамической модели пласта для расчета дебита из каждой продуктивного интервала. Для еще более точной характеристики продуктивного пласта можно также использовать числовую модель продуктивного пласта. Инженеры и геологи, изучающие пласт, совместно интерпретируют результаты прогноза и консультируют инженеров на площадке в отношении каких-либо дополнительных испытаний, необходимых для получения более подробной характеристики пласта или внесения изменений в планы буровых работ.

Такая методология «испытания в процессе бурения» предоставляет важную информацию о продуктивном пласте, которая во многих случаях существенно изменяет знания об этом пласте на месторождении. Пласты, эксплуатационные характеристики которых испытывать ранее не считалось экономически целесообразным, автоматически проверяются непосредственно в процессе бурения, что позволяет управлять работами с использованием огромного количества информации о пласте. Служба анализа продуктивного пласта компании «Халлибуртон» располагает приборами, которые быстро и точно анализировать такие данные путем сочетания нескольких передовых технологий и методологий. Имели место случаи, когда в интервалах, которые ранее не были «замечены» или не считались продуктивными при традиционных методах бурения, обнаруживались запасы, экономически оправдывавшие проведение работ по заканчиванию. Недавно, на одном интервале, который ранее считался непродуктивным, были обнаружены запасы, превышающие 0,4 триллиона кубических футов. Этот интервал был чувствителен к снижению коллекторских свойств, и поэтому при бурении на репрессии выдавал лишь «попутный газ». При бурении на депрессии и равновесии бригада сумела установить проницаемость интервала и, как следствие, снижения коллекторских свойств, вызванные несколькими периодами бурения на репрессии вследствие производственных ограничений. Возможности оценки продуктивности пласта, которыми располагает команда компании «Халлибуртон» по бурению на депрессии, максимизирует возможности дискретной оценки продуктивных интервалов и позволяет эксплуатировать этот пласт в полном объеме.

Две основных составляющих такого подхода потребовали уникального и передового для отрасли подхода. Во-первых, синхронизировать измеренные на поверхности темп закачки и текущий дебит на уровне забоя, чтобы можно было определить дебит для каждого вскрытого интервала. Во-вторых, необходимо было модифицировать самый характер динамических испытаний пластового давления, чтобы объяснить динамику постоянно изменяющейся высоты коллектора по мере продвижения бурового долота через продуктивный интервал. Это означало, что необходимо было решить задачу подвижных граничных условий; после получения такого решения оно было проверено в сравнении с более традиционными динамическими моделями для анализа давления (для простейшего случая постоянной длины ствола скважины), а также в сравнении с численными имитаторами (для увеличивающейся длины скважины). При этом получены результаты в пределах допуска 5%. В более широком смысле, результатом такого подхода может быть лучшая характеристика коллектора за меньшее время, чем принятое в отрасли нормативное время оценки с помощью кабельного каротажа, особенно совместно с некоторыми основными системами ИПБ.

В 2003 г. ярким примером успеха такого подхода стало первое применение бурения на депрессии (равновесии) в Таиланде. Как сообщалось в пресс-релизе Амерады Хесс от 6 июня 2003 г., было открыто гигантское месторождение природного газа, что привело к значительному увеличению источников природного газа для электростанции «Нам Понг» в Кон-Каене. Это открытие было весьма положительным результатом для таиландских властей, ведающих производством электроэнергии, поскольку обосновало жизнеспособность этой электростанции. В пресс-релизе компании «Халлибуртон» от 7 июля 2003 г. подчеркивалась роль, которую сыграла Служба анализа продуктивного пласта в достижении таких целей, как предупреждения снижения коллекторских свойств пласта, оценка продуктивности и оценка коллекторских свойств.

Рисунок 4.2.2 Модель операционной карты с имевшим место проявлением репрессии (обобщенные результаты)

Для руководителя работами может быть получена еще более ценная информация о продуктивном пласте. Во многих традиционных операциях бурения на депрессии без такого акцента на пласте продуктивный интервал вскрывается, в основном, на депрессии, но зачастую с интервалами вскрытия на репрессии. Результат действия такой временной репрессии часто упускается, и никогда количественно не оценивается. С помощью Службы анализа продуктивного пласта, с ее детальным сбором данных и аналитическими возможностями, теперь можно количественно оценить влияние бурения на репрессии, что дает в результате очень точную информацию о расходах, вызванных неспособностью добиться по-настоящему непрерывного режима бурения на депрессии. Рисунок 1 представляет собой модель, полученную из обобщенных результатов, полученных с помощью Службы анализа продуктивного пласта для бурения на депрессии. При вскрытии продуктивного интервала в условиях депрессии подключается Служба анализа продуктивного пласта, с получением в результате точной количественной характеристики продуктивного пласта. Как это иногда случается, незапланированные скачки давления создают в системе репрессию, хотя и на относительно короткий промежуток времени. После восстановления режима депрессии можно на высоком профессиональном уровне определить снижение коллекторских свойств. При степени повреждения № 1 установлено пятикратное понижение дебита. После значительных усилий по устранению повреждений путем увеличения репрессии, степень повреждения № 2 составляет, как видно, 2,5 раза. Самое главное наблюдение состоит в том, что в данном случае поврежденный пласт так и не восстановился до первоначальных уровней дебита за период наблюдения.

4.3 Методы и технологии бурения на равновесии

Существует три основных метода бурения на депрессии. Решение о том, какой метод использовать, принимается с учетом характеристик коллектора и целей проекта. Ниже обсуждаются эти три способа:

1) Закачка через стояк:

Это низконапорный вид бурения, применяемый в том случае, когда скважина неспособна выдавать нефть на поверхность (фонтанировать). Суть метода состоит в том, что какой-либо неокисленный газ (N2, CO2 или HC) вводится в стояк буровой установки, где он соединяется с буровым раствором. После того, как этот двухфазный раствор проходит через долото, газ расширяется, что облегчает столб жидкости и создает в кольцевом пространстве депрессию (равновесие). Большинство скважин на депрессии в мире бурятся именно таким способом.

2) Закачка в микрокольцевую зону или нагнетательную колонну:

Данный метод также является низконапорным методом. В этом случае путь нагнетания образуют концентрические обсадные колонны или колонна малого диаметра, спускаемые с внешней стороны обсадной колонны, куда можно нагнетать газ в кольцевое пространство «А» через нагнетательный канал. Это позволяет оператору понизить гидростатическое давление в кольцевом пространстве при отсутствии в бурильной трубе двухфазного бурового агента. Поэтому в этом случае возможны стандартные скважинные исследования в процессе бурения.

К недостаткам этого метода относятся стоимость дополнительных обсадных труб, увеличение размеров скважины и средняя наработка на отказ нагнетательных отверстий.

3) Бурение с промывкой буровым раствором:

Это высоконапорный способ бурения на депрессии; во многих отношениях это наиболее простой для реализации метод. Когда в скважине имеется достаточное давление для фонтанирования на поверхность, то система бурового раствора должна разрабатываться с расчетом только того, что совместное действие закачиваемого и добываемого флюидов обеспечивало очистку ствола скважины и поддержание в кольцевом пространстве режима депрессии.

При данной технологии, однако, могут возникать самые высокие устьевые давления из всех методов бурения на депрессии, что необходимо учитывать при расчете и выборе типоразмеров оборудования и составлении методик. Другой существенный недостаток данной технологии -- это материально-техническое обеспечение, необходимое для обработки добываемого флюида, что также необходимо учитывать при выборе оборудования и составлении методик работы.

Положительной стороной этого метода является то, что при нем легче всего поддерживать режим депрессии и контролировать давление на забое. Этот метод наименее трудоемок в плане оборудования и наиболее близок к методикам обычного бурения, поэтому обучение буровых бригад упрощается. Он также обеспечивает наибольшее приближение к режиму установившегося притока среди всех технологий бурения на депрессии, и потому способствует оценке продуктивного пласта в режиме реального времени или проведению испытаний в процессе бурения.

Технологии бурения на равновесии:

Наиболее распространенной технологией бурения на равновесии (депрессии) является подбор типа рабочего флюида, используемого для осуществления операции. Они включают бурение с промывкой буровым раствором, бурение с аэрацией бурового раствора, бурение с применением пены, бурение с орошением, и бурение с продувкой воздухом или газом.

Бурение при сбалансированном давлении скважина- пласт определяется следующим образом: «Когда гидростатический напор бурового раствора намеренно проектируется более низким, чем давление вскрываемого пласта, то данную операцию называют бурением на депрессии. Гидростатический напор может быть меньше пластового давления при естественных условиях, или же этого можно добиться принудительно. Такое состояние, будь то естественное или вызванное искусственным образом, может привести к притоку пластовых флюидов, направляемого на устье скважины и регулируемого устьевым оборудованием».

1. Бурение с промывкой буровым раствором: бурение проводится с промывкой буровым раствором, причем гидростатическое давление, оказываемое столбом бурового раствора, меньше пластового порового давления, так что в процессе работ обеспечивается приток пластового флюида на поверхность.

2. Бурение с аэрацией бурового раствора: бурение, при котором используется двухфазный буровой раствор, содержащий тот или иной газ (обычно воздух, азот или природный газ), смешанный с жидкой фазой (обычно вода, глинистый буровой раствор или буровой раствор на углеводородной основе). Газифицированные буровые растворы обычно не содержат ПАВ.

3. Бурение с применением пены: бурение, при котором используется двухфазный буровой раствор, содержащий тот или иной газ (обычно воздух, азот или природный газ), смешанный с жидкой фазой (обычно вода, глинистый буровой раствор или буровой раствор на углеводородной основе) и связанный с помощью ПАВ. Жидкость является дисперсионной средой.