Файл: Программа ipm ipm ipm ipm по Предупреждению Прихватов Труб 2 Очисткастволаскважины Stuck Pipe s c h lu.pdf

•
05.09.2012
•
1
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
1 2 - 7th May 1999
Программа IPM
IPM
IPM
IPM по
Предупреждению Прихватов Труб
2 Очисткастволаскважины
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
2
Очистка стволаиприхваты
•
Примерно
1/3 всехприхватоввскважинахснеискривленным стволом связаныспроблемойочисткиствола
•
В
скважинахсбольшимзенитнымугломболее 80% всех прихватов связаноспроблемойочисткиствола
Детальное владениетехнологиямиочистки –
ключ кпредотвращениюпотерьвремении средств
, связанныхсприхватом.

•
05.09.2012
•
2
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Почему это так важно?
Проблемы неэффективной очистки ствола скважины включают:
•
Снижение срока эксплуатации долота и скорости проходки как результат деградации шлама
•
Скопление шлама на забое при СПО, когда насосы выключены
•
Увеличение плотности раствора в затрубе и как результат –
рост гидростатического давления
•
Образование шламовых скоплений, ведущих к прихвату
3
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
4
•
Усвоить различные режимы течения и их эффект на удаление шлама
•
Понимать влияние свойств бурового раствора на очистку ствола скважины
•
Определить влияние зенитного угла на эффективность очистки скважины от шлама
•
Определить влияние вращения БК на эффективность очистки скважины от шлама
•
Описать лучшие практические методы очистки ствола скважин
Задачи раздела

•
05.09.2012
•
3
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
5
•
Механизмы осаждения частиц
•
Факторы
, влияющие на вынос шлама
•
Очистка от шлама в скважинах с малыми зенитными углами
(<30 град.)
•
Очистка от шлама в скважинах с большими зенитными углами
(>30 град.)
•
Очищающие пачки
•
MI видео
Оглавление
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Механизмы осаждения частиц
•
Существуют три основных механизма осаждения:
(1) Свободное
(2) стесненное
(3) осаждение с эффектом Бойкота
Первые два случая относятся к вертикальным скважинам
, а в наклонно-направленных скважинах могут присутствовать все три.

•
05.09.2012
•
4
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
7
Что влияетнаскоростьосаждениячастицы?
Сила земногопритяженияуравновешивается:
- силойплавучести (Архимедовасила)
- сопротивлениемвязкостивокруг частицы
ЗАКОН СТОКСА
•
В
идеальнойНьютоновской жидкости,
•
В
полностьюламинарнойсреде,
•
С
идеальносферическимителами,
(
)
µ
ρ
ρ
2
*
138
част раст част осажд
d
V
−
=
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
8
Падающая через раствор частица породы будет оседать только в
том случае,
если она способна преодолеть статическое напряжение сдвига (СНС) или прочность геля раствора. В противном случае она останется во взвешенном состоянии
Скорость осаждениявненьютоновских жидкостях
(
)
25 1
раст част
s
гель
d
ρ
ρ
τ
−
=
•
СНС
, необходимыйдляприведениячастицыво взвешенное состояние, пропорциональноее размеру иплотности.
•
Когда гелиразбиваются, частицамедленно оседает
.

•
05.09.2012
•
5
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Свободное оседание – силы, действующие на частицы шлама
Представим частицу шлама в скважине
Плавучесть выталкивает частицу шлама
ВВЕРХ
• Облегчает частицу шлама
Вязкое сопротивление вокруг частицы шлама выталкивает ее ВВЕРХ: частица должна пробиваться через буровой раствор
Сила тяжести влечет частицу шлама ВНИЗ
Частица шлама ускоряется до равновесия действующих не нее сил
После этого она падает с постоянной скоростью = Свободное оседание с постоянной скоростью
• Реология замедляет движение частицы шлама
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
10
Вынос шламавпрямолинейныхскважинах
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ОЧИСТКИ СКВАЖИНЫ
F
выноса
= V
транспорт
/ V
потока
Движение частиц шлама
V
транспорт
= V
потока
– V
осаждения
Осаждающиеся частицы
V
осаждения
Циркуляция раствора выносит частицы на поверхность V
потока

•
05.09.2012
•
6
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
11
Коэффициент выноса
•
Если скорость осаждения = 0, Коэффициент выноса=1 (идеальная очистка
)
•
Если
V
осажд
= V
потока
,
то
F
В
равен нулю (нет очистки, нет осаждения)
•
Если
V
осажд
> V
потока
, то F
В
отрицательный
(нет очистки, есть осаждение
)
•
Вынос шлама возможен, когда: V
потока
> V
осаждения поток осажд.
В
ПОТОКА
ОСАЖД
ПОТОКА
ПОТОКА
ТРАНСПОРТ
В
V
V
1
F
V
V
V
V
V
F
выноса т
Коэффициен
−
=
−
=
=
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
12
Стесненное
(замедленное) осаждение
•
Раствор характеризуется статическим напряжением сдвига (фунт/100фут
2
)
•
Твердая фаза будет выпадать с конечной скоростью
(зависящей от удельного веса раствора
, плотности и вязкости)
•
Осаждаясь
, двигаясь вниз, частица шлама вытесняет собственный объем жидкости вверх
•
Каждая оседающая частица выталкивает другие частицы шлам вверх
•
Это сильно замедляет скорость осаждения в неподвижном растворе
Это называется “стесненным осаждением”
На рисункенеподвижнаячастицашламанаходитсявстолбе бурового раствора

•
05.09.2012
•
7
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Осаждение сэффектомБойкота
13
Определение
: режимускоренногоосаждениявнаклонных стволах
.
Источник http://www.happy-giraffe.ru/community/33/forum/post/6807/
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
14
Промывочная жидкость следует по стволу скважины.
Но сила тяжести по-прежнему направлена к центру Земли…
Динамическое осаждениесэффектомБойкота
Нижняя стенка
Шлам стремится скапливаться у
“
нижней стенки
” скважины.

•
05.09.2012
•
8
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Динамика частицы шлама в невертикальном стволе
•
Постоянно меняющееся соотношение сил F
Vis
, F
B
, F
Grav
в потоке обусловливает сальтационный
(скачкообразный) характер движения мелких частиц
•
Скорость транспортировки частиц в сальтационном режиме примерно втрое ниже средней скорости потока
(очень грубая оценка!)
•
Крупные частицы перекатываются по нижней стенке скважины и, разрушаясь
, генерируют мелкие сальтирующие частицы

Теоретически рассчитать скорость частиц невозможно!
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
16
Скачкообразный выносвгоризонтальномстволе
•
Подъемная сила и сопротивление возвращают шлам обратно в струю потока
•
Шлам может перемещаться в потоке, однако сила тяжести снова сталкивает его вниз
•
Шлам опять оседает обратно на стенку скважины практически мгновенно
Нижняя стенка скважины

•
05.09.2012
•
9
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
17
Лавинообразование
• Быстрое осаждение отдельных частиц на существующие отложения
• После набора ими критической массы, частицы могут скользить вниз
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
18
• Происходит стесненное осаждение
• Под силой тяжести частицы шлама движутся к нижней стенке, а
не к забою скважины
Что происходитприостановкециркуляции

•
05.09.2012
•
10
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
19
Осаждение сэффектомБойкота
Пока частицы шлама находятся во взвешенном состоянии, они ведут себя более или менее предсказуемо.
Вне взвешенного состояния их отталкивает к “
нижней стенке”
скважины
, откуда шлам может скользить вниз.
Вот теперь есть над чем подумать:
• Не допустить лавинообразование
• Избегать переутяжеления
• Снова привести в движение шлам и отложения
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
•
Сальтация и столкновения мелких частиц, движущихся вдоль нижней стенки скважины, ведет к образованию песчаных волн – дюн
•
Дюны перемещаются послойной сальтацией частиц на их склонах
•
В
зависимости от соотношения сил в потоке дюны могут перемещаться как в направлении, так и против направления потока
Дюнообразование

•
05.09.2012
•
11
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
21
Шламовые подушки
•
ЕСЛИ
ПОДУШКА НАСЫЩЕНА ЖИДКОСТЬЮ

Они передают гидростатику

Реагируют на гидравлические воздействия

Шлам легче приводится в движение. Что упрощает очистку скважины
•
ЕСЛИ
ПОДУШКА НЕ НАСЫЩЕНА ЖИДКОСТЬЮ

Гидростатический компонент отсутствует

Реагируют на механическое воздействие

Шлам тяжело переместить – очистка скважины затрудняется
(механическое перемешивание)
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
22 22
Шламовые подушки
•
Подвижные шламовые подушки
•
Устойчивые
, неподвижные шламовые подушки
35°
80°

•
05.09.2012
•
12
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Быстрое оседание отдельных частиц на существующую подушку
Транспортировка
Дюн
Перемещение подушки
Стационарная подушка
Транспортировка шлама
От 30< до < 60 градусов
:
>60 градусов
:
60 гр: диапазон стабильных шламовых подушек
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Что влияет на очистку ствола?
Очистка ствола
•
Профиль игеометрия скважины
:

угол

«большая» или «малая» скважина

эксцентриситет
БК
•
Характеристика шлама ишламовыхдюн

форма

плотность
•
Гидродинамические характеристики:
скоростьвосходящегопотока

профиль скорости

режим течения
•
Свойства бурового раствора:

плотность
вязкость (ВНСС)

СНС
•
Режим бурения
• вращениебурильнойколонны
•
МСБ
•
Тип долота

•
05.09.2012
•
13
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
25
Скорость потокавкольцевомпространствеи профили потока
Что такоескоростьвосходящегопотокавкольцевомпространстве?
2 2
*
5 24
Dp
Dh
Q
V
потока
−
=
•
Это
СРЕДНЯЯ
скорость подъемабуровогорастворав затрубном пространстве
Является лискоростьвосходящегопотокапостояннойвеличиной?
•
Нет
. Онаразнаявразныхточкахвпотокежидкости
Dh –
диаметр стволаскважины
Dp –
диаметр бурильнойтрубы
V
поток
= фут/мин,
Q= галл./мин,
D=дюйм
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
26
Режимы потока
Почти весьбуровойраствортечетс одинаковой скоростью
Движение жидкостиотсутствует только устенокскважины
Пробковый поток
Ламинарный поток
Если увеличить производительность
Скорость потокавышевцентре ствола скважины. Устенок скважины течениянет
Турбулентный поток
Течение хаотичное
Поток устенокскважинынеравен нулю
Гели быстроисчезают
Р
А
С
Х
О
Д
МАЛЫЙ
БОЛЬШОЙ
Если еще увеличить производительность

•
05.09.2012
•
14
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Какой режим потока лучше всего чистит ствол?
•
Турбулентный

Давление и расход раствора могут быть очень высокими

Растворы с высоким ДНС иногда трудно довести до турбулентного потока
•
Турбулентный
,
Но
!??
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Движение шлама в ламинарном потоке

Частицы шлама движутся быстрее в центре потока

Частицы шлама имеют тенденцию к
“соскальзыванию” к стенке скважины

И постепенному оседанию…

•
05.09.2012
•
15
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Ламинарный поток и рециркуляция шлама

При движении частиц шлама к стенке движение жидкости с одной стороны частицы быстрее, чем с другой стороны

Подъемная сила Бернулли подхватывает частицы шлама обратно в поток раствора
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Ламинарный поток и рециркуляция шлама

Очевидно
, что ламинарный поток можно рассматривать как компромисс
, а не предпочтительный вариант.

Такой компромисс должен быть оптимизирован

•
05.09.2012
•
16
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Достижение оптимального профиля потока
Поскольку очень сложно достичь турбулентный поток по всей длине скважины
, необходим:
•
Ламинарный поток с плоским профилем течения
•
Регулировка реологических параметров для выравнивания профиля
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
32
Что такоереология?
Какие реологическоепараметры необходимо регулировать?

•
05.09.2012
•
17
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
33
Пластическая вязкость (PV)
•
Пластическая вязкость является наклонным отрезком на диаграмме реологии
•
Отражает изменение напряжения
(давления), необходимого для изменения скорости сдвига раствора
•
Больше подача насоса, быстрее движение потока
•
Увеличение подачи в два раза приводит к удвоению скорости движения
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
34
Пластическая вязкость (PV)
•
PV бурового раствора – мера механического трения частиц твердой в жидкой фазе раствора.
•
PV - функция суммарной площади поверхности частиц в растворе
•
Любой буровой раствор представлен твердыми частицами и жидкостью.
Прокачиваемость раствора зависит от доли жидкой фракции в растворе
•
Больше жидкости – легче перекачивать; меньше жидкости – труднее перекачивать
Первое
, что мы делаем для улучшения очистки –
увеличиваем подачу насосов (быстрее движение потока)
PV препятствует прокачиваемости жидкости