4. Бурение с орошением: бурение с использованием двухфазного бурового раствора, в котором газ (воздух, азот или другой) является дисперсионной средой.
5. Бурение с продувкой воздухом: бурение с использованием в качестве бурового агента чистого газа. Таким газом может быть воздух, азот, природный газ или любая комбинация газов.
4.4 Обвязка устья скважины при промывке скважины аэрированным буровым раствором
Рисунок 4.4.1 - Обвязка скважины при промывке аэрированным буровым раствором: 1 -устье; 2- желоба; 3 - выкид; 4,5 - задвижки; 6 - деаэратор циклонный; 7 -блок очистки; 8 - емкости для реагентов; 9 - дегазатор вакуумный; 10 - прием буровых насосов; 11 - нагнетательная линия; 12 - буровые насосы; 13, 14, 15, 16, 17 - блок компрессора с манифольдами и смесителями
1) На Ключевой площади Волгоградской области объединением "Нижневолжскнефть" и ВНИИБТ проведено опытно-промышленное бурение скв. 336 турбинным способом с промывкой аэрированным буровым раствором. Монтаж и обвязка оборудования выполнены по схеме ВНИИБТ (см. рис. 4.4.1). При этом использованы компрессорные установки типа КС- 16/100 (2 шт.), циклонный диаэратор Западно-Сибирского филиала ВНИИнефтемаша, вращающийся превентер ПВ- 307/200 и дегазатор типа ДВС-2 конструкции УкрНИИгаза. Система была оборудована контрольно-измерительными приборами для регистрации значения осевой нагрузки на долото, измерения механической скорости проходки во времени, давления жидкостно-воздушной смеси на стояке.
Выкид вращающегося превентора соединен со штуцерной батареей, с помощью которой создавали противодавление на устье. Выход штуцерной батареи соединялся с циклонным деаэратором, сброс которого обвязан с желобной системой буровой установки. Вакуумный дегазатор использовали в качестве второй ступени очистки бурового раствора от воздуха и газа.
Технологически процесс осуществлялся следующим образом. Восстанавливали циркуляцию перед очередным долблением, затем в нагнетательную линию одновременно подавали буровой раствор насосом У8-6 и воздух компрессором КС-16/100 при давлении на стоянке 6,0--10,0 МПа. Производительность бурового насоса составляла 22 --27 л/с, воздуха -- 13 -- 27 м3/мин. Выходящая на устье жидкостно-воздушная смесь попадала в деаэратор, где из бурового раствора удалялась большая часть воздуха. Затем раствор подавали в вакуумный дегазатор ДВС-2, где окончательно очищали от воздуха. Остаточное содержание воздуха составляло 2 --6 %.
Рисунок 4.4.2 - Обвязка скважины при промывке аэрированным буровым раствором на углеводородной основе по технологии компании Halliburton
Технология бурения на депрессии с использованием герметизированной системы циркуляции (ГСЦ) происходит по схеме, приведенной на рис. 4.4.3 Выходящая из скважины 14 промывочная жидкость через задвижки устьевой крестовины выкидной линии и отводной обратный клапан 11 поступает в герметизированный циклонный сепаратор 1 высокого давления, где происходит отделение шлама. Из сепаратора 1 жидкость с газом поступает в емкость 2 авторегулирования устьевого давления. В емкость 2 из баллонов 5 подается инертный газ, который занимает объем 8 с избыточным давлением p1, равным избыточному давлению на устье скважины 14. Уровень промывочной жидкости контролируется системой автоматики 3, 4, 7, 22, 23. При проявлении из пласта объем газированной жидкости в емкости авторегулирования увеличивается и уровень ее поднимается. Объем газа 8 уменьшается, а давление его возрастает и передается на устье. Увеличение устьевого давления передается на забой скважины, и приток флюида из пласта прекращается.
Рисунок 4.4.3 - Принципиальная схема замкнутой герметизированной системы циркуляции при бурении на депрессии (репрессии)
В ГСЦ предусматриваются контроль и регистрация расхода и давления промывочной жидкости 12 и 6 в нагнетательном манифольде и на выходе из скважины. Сброс шлама из сепаратора 1 и избытка промывочной жидкости в амбар 19 осуществляется через задвижки 20, а сброс газа через ДЗУ 4 - на факельную линию. Устье скважины 14 по трубопроводам 15 и 17 обвязывается с выкидной линией аварийным и рабочими отводами и стандартным блоком дросселирования 18. Линия 16 служит для долива скважины. Промывочная жидкость из емкости 2 поступает через ДЗУ 22 на прием буровых насосов по трубопроводу 21. Предусмотрен также сброс жидкости в емкости 10 стандартной циркуляционной системы через ДЗУ 23. На устье скважины вместе с ПВО устанавливается вращающийся превентор 13. Дозирующий насос 9 служит для ввода под давлением во всасывающую часть ГСЦ необходимых химических реагентов.
2) Более сложна, но достаточно надежна и эффективна технология циркуляции бурового раствора с регулируемым противодавлением на устье, которая широко применяется в зарубежной практике. Сущность этой технологии, часто называемой методом бурения при равновесном давлении в скважине, состоит в следующем (см. рис. 4.4.4).
Рисунок 4.4.4 - Схема циркуляции бурового раствора при несбалансированном давлении в скважине: 1 - скважина; 2- бурильная колонна; 3 - пакер вращающегося превентора; 4 - регулировочная задвижка (штуцер); 5 - газовый сепаратор; 6 - вибросито; 7 - центробежный насос; 8 - дегазатор; 9 - емкости
Буровой раствор, как и при обычной технологии, подают в скважину через бурильную колонну. Кольцевое пространство на устье загерметизировано вращающимся превентером (пакером), поэтому в поверхностную систему буровой раствор попадает через штуцерную батарею и газовый сепаратор, рассчитанный на давление до 1,6 МПа, рабочий клапан которого отрегулирован примерно на 0,4 --0,6 МПа. Перед началом долбления вместе с буровым раствором в скважину нагнетают воздух и снижают гидродинамическое давление на пласты до тех пор, пока не начнется флюидопроявление. В этом режиме продолжают работать буровой насос и компрессор, устанавливается приближенно стационарный режим циркуляции. Газожидкостная смесь с некоторым избыточным давлением поступает через один из штуцерных отводов в газовый сепаратор, где газ выделяется и поступает через рабочий клапан на факел. Буровой раствор проходит очистку на вибросите и подается для окончательной дегазации в дегазатор, затем при необходимости проходит дополнительную очистку от шлама и снова нагнетается буровыми насосами в скважину.
По мере интенсификации флюидопроявления уменьшают подачу воздуха компрессором и тем самым управляют выбросом. В случае, если даже при полном отключении подачи воздуха интенсивность выброса увеличивается, включают в работу регулируемый штуцер, создают с его помощью на устье противодавление и уменьшают проходное сечение до тех пор, пока флюидопроявление стабилизируется на уровне избыточного давления на устье перед штуцером 0,4 --0,6 МПа. Иными словами, управление гидродинамическим давлением на забой осуществляют регулированием подачи воздуха в бурильную колонну и расхода газожидкостной смеси через штуцерную батарею на выходе из скважины.
Но выгоды этой технологии циркуляции заключаются еще и в том, что во-первых, исключается опасность прихвата бурильного инструмента из-за перепада давления между скважиной и пластом; во-вторых, уменьшается вероятность возникновения поглощений бурового раствора.
4.5 Специальное устьевое оборудование
Когда создают условия, при которых гидродинамическое давление в скважине меньше пластового в любом месте вскрытого скважиной разреза, тогда начинается флюидопроявление, которое необходимо контролировать и которым надо управлять на устье в процессе бурения.
Иногда эти проявления незначительные из-за плохой проницаемости проявляющего пласта или низкого пластового давления, но иногда скважина начинает фонтанировать газом, и единственной возможностью управления таким фонтаном без его глушения остаются создание и регулирование противодавления на устье в затрубном пространстве. Заметим, что бурение при управляемом фонтанировании обеспечивает не только высокие скорости проходки, но и исключает поглощения и обеспечивает качественное вскрытие продуктивных горизонтов.
Вращающиеся превенторы
Важным технологическим узлом, часто используемым при промывке скважины, является вращающийся превентор или вращающийся пакер ведущей трубы. Вращающийся превентор применяют при бурении в условиях равновесного или несбалансированного давления в стволе скважины, когда специально создают условия для незначительных нефтеводогазопроявлений с целью достижения высоких скоростей бурения за счет снижения дифференциального давления на забое до нуля. Это устройство позволяет герметизировать кольцевое пространство скважины на устье и надежно управлять процессом промывки путем регулирования противодавления на устье. Поэтому возникающие пластовые проявления при использовании вращающегося превентора становятся управляемыми.
Рисунок 4.5.1 - Вращающийся превентор
Вращающийся превентор (см. рис. 4.5.1; 4.5.2) применяют в следующих случаях:
- при бурении в отложениях с аномально высоким пластовым давлением, склонных к флюидопроявлениям и выбросам;
- при равновесном и несбалансированном давлениях в стволе скважины, когда для контроля за флюидопроявлением регулируют противодавление в кольцевом пространстве скважины с помощью устьевых штуцеров;
- при промывке скважины методом обратной циркуляции;
- в случаях применения в качестве промывочного агента воздуха и газа.
Вращающийся превентор устанавливают непосредственно над превентором. Его резиновый элемент надежно обжимает ведущую шестигранную или квадратную трубу и герметизирует кольцевое пространство между бурильной колонной и собственным корпусом. В этом случае циркуляция бурового раствора возможна только через боковой отвод в корпусе вращающегося превентора, который подключается к штуцерному манифольду. В зависимости от конфигурации трубы резиновый элемент изменяет свою форму. Его можно применять на квадратной и шестиугольной ведущей трубе, на теле и замке бурильной трубы. При этом не требуется смена резинового элемента.
Рисунок 4.5.2 Вращающиеся превенторы СевКавНИПИгаза и Воронежского механического завода: типа ПВ1 - С - (280, 350, 425)х7; 1 -- корпус; 2 -- уплотнительный элемент; 3 - байонетная гайка;4 -- насос; 5 -- привод насоса; 6 -- вкладыш ведущей трубы; 7 -- корпус патрона; 8 -- узел подшипников; 9 -- вращающийся ствол; 10 -- узел шевронного уплотнения
В настоящее время разработаны и выпускаются вращающиеся превенторы, предназначенные для постоянной герметизации устья скважины вокруг ведущей и бурильной труб, замкового соединения и УБТ. При наличии превентора можно расхаживать, проворачивать и вращать инструмент, поднимать бурильные трубы и УБТ.
Основной узел превентора -- резиновый элемент, который имеет специальную форму, позволяющую протаскивать инструмент вверх или вниз через уплотнение. При протаскивании инструмента уплотнение подвергается значительному износу, его износостойкость зависит от скорости подъема и наружной поверхности труб, бурильного замка и других факторов. Вращающийся превентор предназначен главным образом для вращения бурильной колонны труб в процессе газонефтепроявления.
Уплотнитель состоит из металлического основания и резиновой части и прикреплен к стволу при помощи байонетного соединения и специального болта.
В настоящее время разработаны и выпускаются вращающиеся превенторы нескольких типов (см. табл. 4.5.1).
Таблица 4.5.1 - Основыне параметры вращающегося превентора
Регулируемые устьевые штуцеры
Важную роль в регулировании режима скважины при равновесном и несбалансированном давлении в стволе играют устьевые штуцеры. В зарубежной практике бурения используют штуцеры с постоянным и переменным живым сечением.
Наибольший интерес представляют штуцеры с регулируемым живым сечением. Поэтому рассмотрим устройство и работу регулируемого фонтанного штуцера фирмы "Свако".
Этот штуцер является гидравлически управляемым, обеспечивающим плавное регулирование площади проходного сечения до 13 см2, рассчитан он на рабочее давление до 70 МПа.
Рисунок 4.5.3 - Регулировочный устьевой штуцер
Принцип действия регулируемого штуцера основан на том, что два плоских с отполированными торцами прижатых друг к другу диска, имеющие эксцентричные фасонные окна, поворачивают относительно друг друга. При несовпадении окон канал закрыт, при полном совпадении окон канал полностью открыт, при частичном совпадении окон канал имеет промежуточное живое сечение, так что регулирование его осуществляется бесступенчато. В штуцере фирмы "Свако" (см. рис. 4.5.3) рабочие диски с окнами изготовлены из карбида вольфрама, а полукруглые эксцентричные отверстия перемещаются относительно друг друга путем поворота подвижного диска относительно неподвижного до 180°. Поворот осуществляется гидравлически управляемой системой рейка -- шестерня. Двигателем для гидравлического насоса служит сжатый воздух.
Регулируемый штуцер рекомендуется устанавливать дополнительно к штуцерной батареи таким образом, чтобы все элементы штуцерного манифольда могли быть использованы независимо от регулируемого штуцера.
По крайней мере два клапана высокого давления должны находиться на линии между штуцером и превентором и один -- за штуцером.