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

•
05.09.2012
•
18
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Влияние высокой PV на профиль потока
•
Т
.к. частицы стремятся к стенке скважины
•
Профиль становится еще более крутым
Вывод
:
Высокая пластическая вязкость НЕ помогает очистке ствола
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
36
ДНС
(YP)
(динамическое напряжение сдвига)
•
Благодаря электрохимическомувзаимодействиючастиц, возникает сила
, которуюнадопреодолеть, чтобычастицыдвигалисьдруг относительно друга
•
ДНС
– пересечение оси координат продолжением прямого отрезка графика реологии
•
ДНС
–
НАПРЯЖЕНИЕ
(фунт/100фут
2
) (аналогично давлению)
Величина ДНС определяется силой электрохимического взаимодействия между частицами активной твердой фазы (глины), полимеров, дисперсантов.
В
г р
а д
ус а
х
PV
ДНС
Об
/мин.
Об
/мин
Об
/мин.
+
+
+
+
+
+
+
+
+

•
05.09.2012
•
19
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
37
Влияние
ДНСнаосаждениечастиц
ПРОВЕДЕНО
БОЛЕЕ
2000
АНАЛИЗОВ
13
ВИДОВ
БУРОВОГО
РАСТВОРА
52
ВИДОВ
ЧАСТИЦ
ДИАМЕТР
ТРУБ
4.5”
ЧЕМ
ВЫШЕ ДНС,
ТЕМ
НИЖЕ
СКОРОСТЬ
ОСАЖДЕНИЯ
YIELD
YIELD
YIELD
YIELD
Yield Point
Yield Point
Yield Point
Yield Point
•
Скорость осажденияпоГопкинсу
•
0
•
10
•
20
•
30
•
40
•
50
•
60
•
70
•
0
•
10
•
20
•
30
•
40
•
50
•
60
•
70
•
80
ДНС
С
к о
р о
с ть о
с а
ж д
е н
и я
ч а
с ти ц
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
38
Теоретический кпдвыноса
Скорость восходящегопотока 120 фут/мин
.
Для обычно используемых диапазонов изменения
ДНС не имеют значительного влияния на очистку скважины
Для эффективности нужна большая агрессивность
Yield Point
Yield Point
Yield Point
Yield Point
•
Коэффициент выноса, основанныйнаскоростиосажденияпоГопкинсу
•
35.0
•
45.0
•
55.0
•
65.0
•
75.0
•
85.0
•
95.0
•
0
•
10
•
20
•
30
•
40
•
50
•
60
•
70
•
80
•
YP(ДНС)
К
п д
в ы
н о
с а
(%
)

•
05.09.2012
•
20
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
39
Удельный весраствораивыносшлама
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Оптимальный ламинарный поток в вертикальной скважине

ДНС
делает профиль плоским

ПВ
делает профиль крутым

Низкое значение n выравнивает кривую профиля скорости

ДНС
при низких скоростях сдвига
(LSRYP) имеет важное значение для выноса шлама потоком с плоским профилем
Оптимальный профильпотока:
1. высокиеДНСи LSRYP
2. максимальнонизкоезначениеПВ

•
05.09.2012
•
21
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Ядро течения бурового раствора
Площадь сеченияядратечения растет
:
• для вязкопластичной жидкости с
увеличением отношения оптимум
τ
0
/
η
пл для глинистых растворов
0
/
η
пл
= 1 ÷ 1,5 (lbs/100ft
2
/ cP)
• для степенной жидкости с уменьшением значений показателя нелинейности n
Для предотвращения осложнений в стволе скважины, объемная концентрация шлама в затрубном пространстве не должна превышать 7%.
Программа промывки должна включать расчет выносящей способности раствора при заданной концентрации шлама в затрубном пространстве.
Концентрация шлама

•
05.09.2012
•
22
Пример
Буриться ствол диаметром 17 ½ дюйма с МСП = 150 фут/час.
Буровой раствор плотностью 9,5 фунт/галлон.
Расход раствора Q = 750 галлон/мин
Используется бурильная труба 5’’.
Допустим
, что скорость подъема шлама V
транспорт
= 30 фут/мин
Конечная глубина секции составляет 3000 футов.

Каким будет коэффициент выноса шлама?
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
44
Вращение бурильнойколонны
(градиент скорости
)
нет вращения
Вращение крутящий момент центробежный эффект
•
Увеличивает скорость потока возлестенок
•
Не подпускаетшламк стенкам
(скоростью потока имеханикой)
•
Чем большезенитный угол
, темсильнее эффект

•
05.09.2012
•
23
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
45
Очистка отшламавскважинах с
малыми зенитными углами (<30°)
•
Скорость выноса - ключевой фактор
•
Для того, чтобы поднять КПД удаления шлама
(коэффициент выноса):

Увеличьте скоростьпотокавзатрубномпространстве

Увеличьте удельныйвесбуровогораствора

Увеличьте реологическиехарактеристикираствора (ДНС)
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
46
Вертикальные скважины однородная взвесь
•
Сила тяжести и поток направлены по одной оси
•
Шлам равномерно рассеивается в буровом растворе
•
Из
-за особенностей профиля потока больше шлама собирается у стенок скважины

•
05.09.2012
•
24
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
47
Параметры очисткивертикальнойскважины
‘Сильная’
‘Сильное’
Влияние на вынос шлама
‘Слабое’
Расход
Размер шлама
Плотность шлама
Удельный вес раствора
ДНС
Обороты/мин.
Проходка
‘Слабая’
Возможность управлять
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
48
Очистка отшламадляскважинсмалыми зенитными углами
•
Шлам осаждается в буровом растворе
•
Для очистки скважины важны ДНС и СНС (гель)
•
PV стремится вытянуть профиль потока и сделать его круче и снизить возможность очистки скважины
•
Держите
PV как можно ниже
•
Самый ровный и плоский из возможных профилей потока лучше всего будет очищать скважину от шлама
•
Вращение инструмента увеличивает скорость восходящего потока
(в вертикальных скважинах эффект незначительный)

•
05.09.2012
•
25
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
49
Очистка отшламавнаклонно–
–
–
–
направленных скважинах
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
50
Угол увеличивается неоднородная взвесь
•
Сила тяжести и поток уже не направлены по одной оси
•
Короче расстояние до низа
•
Шлам стремиться к стенкам скважины

Профилем потока

Силой тяжести
•
Гораздо больше шлама собирается у
нижней стенки
Верхняя стенка
Нижняя стенка

•
05.09.2012
•
26
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
51
С
увеличениемугла
•
Сегрегация шлама приобретает явный характер
•
Меняется профиль потока бурового раствора
•
Шлам в верхней части потока перемещается вместе с раствором
•
Остальной шлам движется медленнее
•
Шлам на нижней стенке скважины скользит вниз
•
Происходит рециркуляция шлама
•
Он накапливается и возвращается в струю потока
У
ЭТОГО ПРОЦЕССА
ОЧЕНЬ
СЛОЖНЫЙ
МЕХАНИЗМ
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
52
Очистка наклонныхстволовскважин
0
30
60
90
2
3
4
Угол наклонаскважины
1
Что работает здесъ
Может быть будет работать здесь
И
не будет работать здесь

•
05.09.2012
•
27
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
53
Очистка скважины(наклонисложность)
0
90
Угол наклона
30
60
I
II
III
IV
Легко
Сложно
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
54
С
увеличениемуглапроисходятизменения
На нижней стенке ствола скважины концентрация шлама увеличивается
•
Локальное переутяжеление промывочной жидкости (>5%)
Буровой раствор больше не поддерживает шлам
•
Часть шлама поддерживается самим стволом скважины
Начинают образовываться скопления шлама
•
Статика шламовых скоплений в значительной степени зависит от угла
Почему
??
Сила тяжести работает против нас
•
Изменяется распределение шлама
Меняется профиль потока
•
Меняется несущая способность
Эксцентриситет инструмента (отклонение от центра ствола)
•
«Взбалтывается» ли от этого раствор?

•
05.09.2012
•
28
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
55
Профиль потоканесимметричен
8
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
56
Формирование равновесия
•
В
верхней части - быстродвижущийся разжиженный буровой раствор
•
Внизу
- утяжеленный буровой раствор с
высоким содержанием твердой фазы
•
Твердая фаза “
выпадает из
” бурового раствора
•
Пограничный слой на контакте бурового раствора и шлама
БТ
150 фут/мин
50 фут/мин
100 фут/мин
100 фут/мин
50 фут/мин
10 фут/мин
0-3 фут/мин
0-3 фут/мин
ТВЕРДАЯ
ФАЗА

•
05.09.2012
•
29
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
57
Фотоснимок профиляпотока
•
Энергия сосредоточена выше бурильной колонны
•
Шлам находится в зоне низкой энергии
Очистка наклонно-направленных скважин от шлама проблематична
Сильная энергия
Слабая энергия
Сильная концентрация шлама
Слабая концентрация шлама
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
•
Как улучшить очистку ствола наклонно- направленных скважин от шлама?
58

•
05.09.2012
•
30
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
59
Вариант первый:
правила турбулентности
Если качать промывочную жидкость с большой производительностью насосов, скважина может быть и очистится
Static
Static
Static
Static
50 fpm
50 fpm
50 fpm
50 fpm
100 fpm
100 fpm
100 fpm
100 fpm
150 fpm
150 fpm
150 fpm
150 fpm
Без циркуляции
50 фут/мин
100 фут/мин
150 футов
/мин
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
60
Какой режимпотокалучшевсегоочищает скважину
?
ТУРБУЛЕНТНЫЙ,
,,,
НО:
:::
•
Давление и расход могут быть очень высокими
•
Могут возникнуть сложности с созданием турбулентности в растворах с высоким ДНС
•
В большинстве скважин поток – ламинарный
•
Турбулентный поток может вызвать размывы ствола скважины
•
Для создания высокой производительности циркуляции может не хватить мощности насосов
Высокий расход = ВысокаяЭЦП = Поглощения

•
05.09.2012
•
31
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
61
• Вращение создает движение промывочной жидкости в отложениях
• Вращение бурильной колонны по стенкам скважины сообщает скорость отложениям шлама
• Скорость поднимает шлам и вызывает сопротивление трения
• Шлам поднимается в ту часть скважины, где происходит движение бурового раствора
Вариант второй:
вращение инструмента
Вынос шлама:
конвейерная лента для очистки ствола скважины
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Транспорт шлама
•
Движущаяся с высокой скоростью жидкость в верхней части ствола действует как ленточный транспортер, выносящий шлам из скважины
•
Шлам продвигается на некоторое расстояние, а затем снова выпадает
(в зону медленного течения) под действием силы тяжести.
•
Расстояние
, проезжаемое на этом транспортере, является функцией угла наклона, расхода потока, оборотов и реологии жидкости

•
05.09.2012
•
32
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Эффекты вращения инструмента
•
Вращение инструмента –это ключевой фактор в эффективности очистки для сильнонаклонных скважин
•
Область активного течения расположена в верхней части ствола
•
Труба и шлам лежат вдоль нижней части ствола
•
Требуется перемешивание, чтобы частицы шлама попали в поток жидкости
•
Требуемая скорость вращения инструмента зависит от диаметра скважины, скорости проходки
В условиях ламинарного течения:
•
Весь ваш расход потока протекает по верхней части ствола
•
Между высокоскоростным раствором и шламом находится разделяющая их мертвая зона
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Эффекты вращения инструмента
•
На самом деле очищает ствол не вращение трубы (и замков) …
•
Это «пленка» жидкости, вращающаяся вокруг бурильной трубы
•
Эта пленка называется «вязкостное сцепление»

•
05.09.2012
•
33
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Эффекты вращения инструмента
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Транспорт шлама

•
05.09.2012
•
34
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Недостаточный расход потока
Stuck Pipe
S
c
h
lu
m
b
e
rg
e
r P
riv
a
te
Показатель PHAR