Буровые промывочные и тампонажные растворы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Теоретическая часть

Ликвидация прихватов с помощью жидкостных ванн

Наиболее простой и распространенный метод ликвидации прихвата - установка ванн, благодаря которой извлекается вся бурильная колонна. Непременное условие для осуществления этого метода - наличие циркуляции бурового раствора. В зависимости от причины прихвата применяют нефтяную, водяную или кислотную ванну. Для ликвидации прихватов колонн из алюминиевых труб ванны из плавиковой кислоты и из смеси плавиковой и соляной кислот использовать запрещается. Для ликвидации прихвата этих труб в карбонатных породах рекомендуется применять ванны из 15-20 % раствора сульфаминовой кислоты.

1) Плотность жидкости для ванны желательно иметь равной или немного больше (для ликвидации прихвата в призабойной зоне) плотности бурового раствора.

2) Плотность, вязкость и СНС бурового раствора, находящегося в скважине, должны быть минимальными.

3) Объем жидкости для ванны должен быть равен объему скважины от долота до верхней границы прихвата плюс 50%. Следует отметить, что там, где жидкость ванны заполняла весь открытый ствол, установка ванны давала лучшие результаты. При возможности жидкость ванны должна перекрывать все пласты с проницаемыми породами. Американские исследователи рекомендуют минимальный объем жидкости для ванны 24 м³, даже если по расчету его требуется меньше.

Технология установки ванны предусматривает следующее.

Жидкость для ванны подается в зону прихвата не вся сразу: последние 3-5 м³ жидкости, находящейся в трубах, закачиваются порциями по 1 м³ через 1 ч стояния под ванной.

Нагрузка на крюке в момент закачивания и нахождения бурильной колонны под ванной должна быть равной нагрузке до прихвата.

Время нахождения колонны под ванной не должно превышать 24 ч. Действие ванны продолжается в среднем 12 ч.

Максимально допустимые растягивающие нагрузки при расхаживании инструмента не должны превышать 80% предела текучести для соответствующего класса труб. При безрезультатности расхаживания снижается натяжка до веса колонны перед прихватом и колонна оставляется на 1 ч до очередного расхаживания. При расхаживании делается 2-3 попытки провернуть колонну труб.

Если ванна не дала положительного результата, то ее повторяют или переходят на другие способы ликвидации прихвата. При освобождении колону осторожно расхаживают с интенсивной промывкой, удаляют жидкость ванны и поднимают колонну.

Нефтяная ванна.

Устанавливают при прилипании бурильных или обсадных колонн либо прихвате их сальником, а иногда для ликвидации обвалов. Эффективность нефтяных ванн резко повышается при добавлении в нефть ПАВ: до 2,0% сульфонола, до 1,0% дисульфона или 0,5-2,0% дисолвана к объему закачиваемого количества нефти.

Нефтесмоляная ванна.

Нефть - 75-85%, смолистые вещества - 10-16%, алюминат натрия - 4-7%, ПАВ - 1-2%. Плотность состава примерно 1,08 г/см³.

Нефтенатриевая ванна.

Нефть - 10-88%, 50%-ный раствор едкого натра, окисленный петролатум 0,5- 2,0%. Для регулирования плотности раствора до 1,43 г/см³ применяют серебристый графит (10-70% к объему состава).

Для предупреждения всплывания нефти рекомендуется применять буферную жидкость. Она должна иметь следующие параметры: плотность, равную плотности бурового раствора; вязкость максимально возможную; СНС, замеренную за 10 мин, не менее 27 Па; фильтрацию не больше фильтрации бурового раствора в скважине. Кроме того, буферная жидкость при смешивании с буровым раствором не должна вызывать его коагуляцию. Объем буферной жидкости берут из расчета заполнения 150-200 м кольцевого пространства.

Для успешного применения нефтяной ванны необходимо устанавливать ее своевременно, т.е. не более чем через 3-5 ч после возникновения прихвата. Продолжительность первой нефтяной ванны не должна превышать 24 ч. При установке второй ванны продолжительность увеличивается. Если повторная ванна не дает результата, то иногда переходят к сплошной промывке нефтью в течении 2-3 ч, а при отрицательных результатах - в течении 5-6 ч.

Установка нефтяных ванн сопряжена с возможностью возникновения пожара. Поэтому необходимо соблюдать тщательные меры пожарной безопасности.

Водяная ванна.

Ее преимущество - быстрота установки, так как не требуется специальных агентов, агрегатов и специальной подготовки для ее осуществления. Эффективна, когда замена глинистого раствора нефтью может привести к выбросу, если в зоне ванны встречены обваливающиеся глины, и особенно, когда бурильная колонна заклинена в интервале залегания магниевых и натриевых солей.

Фосфорно-кислая ванна на водной основе.

Водный раствор трехзамещенного фосфорно-кислого калия - 95-97%, ПАВ (ОП-Ю) - 2-3%, ПАА - 1-2%. Данный состав позволяет приготовить жидкость с плотностью до 2,0 г/см³.

Уксусно-кислая ванна на водной основе.

Водный раствор уксусно-кислого калия - 92-96%, КМЦ - 3-5%, ПАВ (ОП-Ю)

- 1-3%. Данный состав позволяет приготовить жидкость с плотностью до 1,36 г/см³.

Ванна из винно-каменной кислоты на водной основе.

Вода - 85-95%, винно-каменная кислота - 5-15%. Рекомендуется устанавливать для ликвидации прихватов, возникших в песчано-глинистых, меловых и хемо- генных породах.

Ванна из сбросовых вод.

Сбросовые воды нефтяных товарных парков - 98,0-99,5%, дисолван - 1,0- 0,5%.

Кислотная ванна.

Предназначена для освобождения прихваченных бурильных колонн и устранения заклинивания долота, турбобура в карбонатных, глинистых и других породах, поддающихся действию кислоты. Для кислотных ванн используют в основном соляную кислоту 8-14% концентрации. Однако, часто применяют смеси соляной кислоты и воды, нефти и кислоты или 15-20% соляной и 40% плавиковой кислот (10% к объему). Для получения оптимальной концентрации соляной кислоты кислоту, полученную с баз, разбавляют водой.

Применение кислотной ванны начинают с закачки воды в объеме, зависящем от соотношения между диаметрами скважины и бурильных труб. При этом исходят из того, что 50 м высоты затрубного пространства между кислотой и промывочной жидкостью должны заполняться водой. Затем закачивают расчетный объем кислоты и за ней воду из расчета заполнения труб на высоту 50 м. При кислотной ванне в колонне сначала должно быть оставлено 65-15% закачанного расчетного объема кислоты, после чего колонну оставляют под давлением на 3-6 ч. Одновременно колонну расхаживают и подкачивают через 1 ч в кольцевое пространство от 1 до 4 м³ кислоты.

При установке кислотных ванн особое внимание надо уделять соблюдению правил техники безопасности.

Расчет ванны.

В скважинах номинального диаметра зону прихвата надо перекрывать на 100 м. Если в скважине имеются каверны, то следует увеличить количество жидкости для перекрытия места прихвата, так как возможны большие расхождения предполагаемых и истинных каверн.

При расчетах ванн разницей между диаметрами турбобура, УБТ и труб пренебрегают. Для расчета объема жидкости, необходимого для заполнения затрубного пространства, исходят из разницы между диаметрами скважины и бурильных труб. При прихвате труб, турбобура и УБТ на забое количество агента для ванны определяется по формуле:

Q = 0,785 * (к *Дд2 -Дтр2) *(H + h) + 0,785 * dв2 * h1 (5.1)

где к - коэффициент кавернозности; Дд - диаметр долота, м; Дтр - наружный диаметр бурильных труб, м, Н - высота подъема жидкого агента от забоя до верхней границы прихвата, м; h - высота подъема жидкого агента выше зоны прихвата, м; d_в - внутренний диаметр труб, м; h₁ - высота подъема жидкого агента в бурильных трубах, м.

При прихвате бурильной колонны высоко над забоем жидкий агент для ванны должен находиться в зоне прихвата, ниже и выше ее не менее чем на 100 м. Количество жидкости для ванны определяют по формуле:

Q = 0,785 * (к *Дд2-Дтр2) * (Н1 + h2) (5.2)

где Н₁ - высота прихваченного участка колонны, м; h₂ - высота подъема жидкого агента выше и ниже зоны прихвата, м.

Объем продавочной жидкости определяется по формуле: при ликвидации прихвата у забоя

Vп = 0,785 * dв2 * (L - h1)+ Vнл (5.3)

при ликвидации прихвата над забоем

Vп = 0,785 *( dв 2*L +(к *Дд2 -Дтр2) *h3) + Vнл (5.4)

где L - длина бурильной колонны, м; V_HJl - объем жидкости для заполнения нагнетательной линии, м³; h₃ - высота столба продавочной жидкости в затрубном пространстве до места расположения жидкого агента для ванны.

2. Расчетная часть

Расчет ванны.

Подбор типа ванны:

Доломит -- минерал из класса карбонатов химического состава CaCO3*MgCO3; доломитом называют также осадочную карбонатную горную породу, состоящую из минерала доломита на 95 % и более.

Кислотная ванна.

Применяется при ликвидации прихватов труб в карбонатных породах, глинистых известняках и доломитах, а также в глинистых породах. Основой способа является способность кислоты растворять перечисленные породы. В основном для кислотных ванн применяется техническая соляная кислота 8 - 14 % концентрации, смеси соляной кислоты и воды или нефти, сульфоминовая кислота. Для растворения глинистых корок используется смесь 16 - 20 % - ной соляной и 40 % - ной плавиковой кислот. Соотношение компонентов смесей подбирается путем лабораторных экспериментов из условия наиболее активного воздействия смеси кислот на образцы пород и фильтрационных корок. При проведении опытов необходимо знать, что скорость воздействия соляной, плавиковой кислот и их смесей на карбонатные породы в большой степени зависит от температуры и давления. При увеличении температуры на 20 - 25° скорость реакции возрастает в 3 раза, а при увеличении давления уменьшается.

Не допускается установка ванн с соляной и смеси соляной и плавиковой кислот при наличии в компоновке бурильной колонны труб из алюминиевого сплава Д16Т. Для уменьшения коррозионного воздействия кислот на стальные трубы и оборудование в них необходимо вводить ингибиторы (формалин, униколы, масла, ПАВ).

Для обеспечения благоприятных условий действия кислотных ванн применяется вода в качестве буферной жидкости. Объем воды определяется из расчета заполнения 50 м затрубного и внутритрубного пространств.

Последовательность операций при установке ванны начинается с закачки первой порции воды, затем закачивается кислота, причем в затрубное пространство первоначально продавливается 25-35 % расчетного объема с оставлением 66-75 % объема кислоты в колонне [2]. За кислотой следует закачка второй порции воды и расчетное количество продавочной жидкости. нефтяной ванна обвал бурильный

Колонна должна находиться под ванной в течение 3 - 6 часов. Через 1 час инструмент расхаживают и продавливают в зону прихвата 1 - 4 м3 кислоты.

Необходимо обращать большое внимание на соблюдения правил охраны труда, так как работы с кислотами могут быть опасными для здоровья членов буровой бригады.

Расчёт необходимого объема жидкого агента и продавочной жидкости:

При прихвате труб, турбобура и УБТ на забое количество агента для ванны определяется по формуле:

Q = 0,785 * (к *Дд2 -Дтр2) *(H + h) + 0,785 * dв2 * h1=0,785*(1.20*0,39372-0,1402)*(230+50)+0,785*0,1222*2300=63,44м3

где к - коэффициент кавернозности; Дд - диаметр долота, м; Дтр - наружный диаметр бурильных труб, м, Н - высота подъема жидкого агента от забоя до верхней границы прихвата, м; h - высота подъема жидкого агента выше зоны прихвата, м; d_в - внутренний диаметр труб, м; h₁ - высота подъема жидкого агента в бурильных трубах, м.

Объем продавочной жидкости определяется по формуле: при ликвидации прихвата у забоя

V_п = 0,785 * d_в² * (L - h₁)+ V_нл=0,785*0,122²*(2530-2300)+1=3,69м³

где L - длина бурильной колонны, м; V_HJl - объем жидкости для заполнения нагнетательной линии, м³;

В данном рассмотренном случае для типа пород доломиты применяется кислотная ванна необходимый объем жидкого агента составляет 63,44м³ ; продавочной жидкости составляет 3,69м³.

Список литературы

1. Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин : метод. указания, Фигурак А.А. - Иркутск: ИрГТУ, 2013 - 40 с.

2. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Б 90 Буровые промывочные и тампонажные растворы: Учеб. пособие для вузов. -- М.: ОАО "Издательство "Недра", 1999. - 424 с.

3. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. "Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин". 2000г.

4. Калинин А.Г., Ганджумян Р.А., Мессер А.Г. К 17 Справочник инженера-технолога по бурению глубоких скважин/Под ред. проф. А.Г. Калинина - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2005. - 808 с.

Размещено на Allbest.ru