Тема 2. Основные понятия о давлениях в скважине.

P пл_. > P заб

Основным условием начала газонефтеводопроявления является превышение пластового давления вскрытого горизонта, продуктивного пласта над забойным давлением.

Давление, (Р) – определяется как сила, действующая на единицу площади, измеряется в МПа; кгс/см². Давление в любой точке ствола скважины одинаково во всех направлениях.

Гидростатическое давление, (Pг) - это давление, определяется весом столба жидкости (бурового раствора) выше рассматриваемого сечения, приходящегося на единицу площади.

P г = r g Н

где r - плотность флюида, г/см³;

H - глубина скважины, м;

G – ускорение свободного падения (9.8 м/с²).

В наклонных скважинах глубина скважины H определяется как вертикальная составляющая длины ствола.

Давление гидравлического сопротивления, (Pг.c.) - это давление, которое необходимо создать, чтобы прокачать весь объём флюида с определённой скоростью через данную систему, скважина - насос. Это давление возникает только при прокачивании флюида и суммируются со всеми другими давлениями, действующими в интересующей нас точке.

Избыточное давление, (Риз.) - это есть давление (противодавление), действующее на закрытую или открытую (в динамике) систему, определяемое иными, чем гидростатическое давление, источниками. В нашем случае избыточным давлением в закрытой при газонефтеводопроявлении скважине будет давление в трубах Pиз.т. и технической колонне (эксплуатационной колонне) Pиз.к.

Избыточным давлением в динамических условиях будут гидравлические потери на дросселе +Pг.c.

Избыточное давление добавляется к давлению, действующему в рассматриваемой точке в статических и динамических условиях. Это положение является основополагающим в понимании методики глушения скважины.

Избыточное давление в насосно - компрессорных трубах. (Pиз.т.) - это давление на стояке (буфере) при закрытой скважине, без циркуляции оно равно разнице между пластовым давлением и гидростатическим давлением столба бурового раствора в бурильных трубах.

P из.т. = Рпл – Рг.т.

Избыточное давление в эксплуатационной колонне, (Pиз.к.) - это давление в затрубном, (кольцевом) пространстве на устье закрытой скважины при отсутствии циркуляции оно равно разнице между пластовым давлением и гидростатическим давлением в затрубном пространстве.

P из.к. = Рпл – Рг.зат

Пластовое давление, (Pпл) - это давление газа, нефти, воды, или их смесей (флюида) в рассматриваемом пласте.

Нормальное пластовое давление - это давление равное гидростатическому давлению столба воды плотностью равной q = 1 г/см³ от кровли пласта до поверхности по вертикали. Аномальные пластовые давления характеризуются любым отклонением от нормального.

Забойное давление, (Рзаб) – в скважине во всех случаях зависит от величины гидростатического давления раствора заполняющего скважину, и дополнительных операций (репрессий или депрессий) обусловленных проводимыми на скважине работами. Это есть общее давление на забое скважины (или под инструментом) в любых условиях.

Согласно ПБНГП требуется, чтобы гидростатическое давление превышало пластовое в следующих размерах, (на величину DР):

• для скважин с глубиной до 1200м на 10-15% (12-18 кгс/см²), но не более 15 кгс/см²

• для скважин с глубиной до 2500м на 5-10% (12,5-25 кгс/см²) но не более 25 кгс/см²

• для скважин с глубиной свыше 2500м на 4-7% (10-17,5 кгс/см²) но не более 35 кгс/см²

Определение забойных давлений ( Р заб ):

• Забойное давление при механическом бурении и промывке:

Рзаб = Рг + Рг.с.к.

где: Рг.с.к. - гидравлическое сопротивление кольцевого пространства.

Рг.с.к. = Рг.с. / 5¸7

Ориентировочно, для неглубоких скважин оно составляет :

где: Рг.с. - полное гидравлическое сопротивление без учета перепада давления на турбобуре.

При промывке скважины после спуска труб или длительных простоях без промывки забойное давление может снижаться за счет подъема по стволу газированных пачек бурового раствора и резкого увеличения их объема к устью.

• Рзаб = Рг

  Забойное давление после остановки циркуляции первое время равняется гидростатическому:

• Забойное давление при отсутствии циркуляции снижается за счет явлений седиментации, фильтрации, контракции, а так же температурных изменений в неподвижном буровом растворе на величину D Рс.т., которую определяют:

Рзаб = Рг - DРс.т.

Рс.т. = 0,02 r g Н₁

При остановках до 10 часов:

где: Н₁ - высота столба бурового раствора, находящегося без движения.

Рс.т. = (0,02 ¸0,05) r g Н₁

При отсутствии циркуляции более 10 часов для растворов с статическим напряжением сдвига более 2 кгс/см², при наличии хорошо проницаемых коллекторов в разрезе ствола скважины в расчет принимают снижение давления равное:

• Рзаб = Рг - DРд.п. - DРс.т. - r g Dh

  Забойное давление при подъеме бурильной колонны определяют:

где: DРд.п. - гидродинамическое давление под долотом при движении колонны труб вверх

( эффект поршневания );

DРс.т.- снижение забойного давления за счет явлений седиментации и др. В зоне, где нет движения бурового раствора

r g Dh - понижение забойного давления за счет недолива скважины при подъеме,

где Dh - величина недолива.

DРд.п. = 4(qL) / (D – dн) + rc(V- V₀)S_т/S

Гидродинамическое давление под долотом при движении колонны труб определяют:

где: q - статическое напряжение сдвига за 10 мин, кгс/см²;

L - длина колонны бурильных труб находящихся в скважине;

D - диаметр скважины, м;

d_н - наружный диаметр бурильных труб, м;

r - плотность бурового раствора, г / см³;

с - скорость распространения ударной волны по кольцевому пространству, м/с.

Для обсаженного ствола, заполненного водой С = 1350 м/с;

буровым раствором С = 1100 м/с.

Для необсаженного ствола заполненного буровым раствором С= 800 м/с.

V - достигнутая скорость движения труб за время распространения ударной волны от забоя до устья скважины, м;

V_о - начальная скорость движения колонны бурильных труб, м;

S_т - площадь кольца трубы, м²;

S - площадь кольцевого пространства скважины, м²;

DР_ст - при непрерывном подъеме = 0,02 rgН, МПа;

Dh - безопасная величина недолива. Согласно РД 39-0147009-544-87 определяют :

для скважин с глубиной до 1200м Dh = 0,03 Н

для скважин с глубиной до 2500м Dh =0,02 Н

для скважин с глубиной свыше 2500м Dh = 0,03 Н

• Рзаб = Рг ± DРд.с. - DРст

  Забойное давление при спуске бурильного инструмента:

где: ± DРд.с. - гидродинамическая сила при спуске.

При спуске каждой свечи бурильного инструмента под долото возникают знакопеременные гидродинамические давления. В начале спуска свечи с ростом скорости давление под долотом нарастает, а после начала торможения и при большом отрицательном ускорении давление с положительного переходит в отрицательное, т.е. под долотом имеет место снижение забойного давления ниже гидростатического.

Величина репрессии + DРд.с. - определяют по формуле как рассчитывают DРд.п.

Рд.с. = (0.01-0.005)qgL

Величина депрессии - DРд.с. при скорости спуска меньшей 1м/с составляет 0,01qgL, при скорости спуска больше 1м/с:

Допустимое давление (Ргр) - это давление при котором не происходит разрыв пласта, поглощение раствора, нарушение целостности колонн (спущенных в скважину), грифонообразования, нарушение целостности устьевого, противовыбросового оборудования, целостности фланцевого соединения противовыбросового оборудования (между собой) с устьем скважины.

Рзаб > Рпл

Для того, чтобы не возникало газонефтеводопроявление при наличии вскрытого продуктивного горизонта необходимо, чтобы во всех случаях забойное давление превышало пластовое: