- •Буровые растворы
- •Гидравлическая программа
- •Гидравлика долота
- •Использование реологических данных
- •Гидравлические расчеты
- •Удержание твердой фазы во взвешенном состоянии
- •Транспортировка шлама
- •Смазочные свойства
- •Уменьшение крутящего момента и осевых сил сопротивления
- •Смазочные свойства
- •Выбор смазочных материалов
- •Смазочные добавки для растворов на нефтяной основе
- •Смазочные добавки для растворов на водной основе (рво)
- •Смазочные добавки на основе масел
- •Водорастворимые смазочные добавки
- •Классификация буровых растворов и их особенности Буровые растворы с малым содержанием твердой фазы и недиспергированные растворы
- •Кальциевые буровые растворы
- •Лигносульфонатные глинистые растворы
- •Солевые глинистые растворы
- •Калийные буровые растворы (системы kcl/Полимер)
- •Обращенные эмульсионные растворы
- •Промывочные системы (матрица циркуляционных систем)
- •Загрязнение продуктивных пластов
- •Как избежать загрязнения пласта
- •Фильтрация жидкостей, применяемых при заканчивании скважин
- •Выбор материала для предотвращения ухода жидкости в пласт
- •Выбор минимальной репрессии
- •Как избежать снижения проницаемости, вызванного глиной в порах пласта и образованием осадков
- •Очистка труб
- •Выбор и контроль качества полимеров
- •Контроль качества
- •Распределение загрязнения продуктивного пласта
- •Рекомендации по предупреждению загрязнения продуктивных пластов
- •Устойчивость ствола
- •Химическая реакция
- •Гидравлика кольцевого потока
- •Механизмы механической неустойчивости ствола
- •Неустойчивость и напряжения
- •Плотности буровых растворов для бурения искривленных скважин через покрывающую породу
- •Стадии определения плотностей буровых растворов для обеспечения устойчивости ствола скважины
- •Устойчивость горизонтальных скважин в-неуплотненных породах
- •Применения радиуса закругления
- •Требования к планированию
- •Очистка скважины как транспортируются обломки выбуренной породы
- •Влияние различных факторов на вынос шлама Зенитный угол
- •Механическая скорость
- •Реологические свойства бурового раствора
- •Производительность буровых насосов
- •Выбор диаметра долотных насадок
- •Использование бурильных труб диаметром 168 мм
- •Вынос шлама на участках с зенитными углами более 40°
- •Плотность бурового раствора
- •Тип обломков выбуренной породы
- •Вращение бурильной колонны
- •Приподнимание бурильной колонны и проработка в процессе подъема
- •Дополнительные меры по очистке ствола от выбуренной породы Предотвращение образования шламовой постели
- •Прокачка порций смывающей жидкости
- •Прокачка порций тяжелой жидкости
- •Промывка перед подъемом бурильной колонны
- •Контроль очистки скважины от шлама
- •Горизонтальный участок диаметром 216 мм (8-1/2")
- •Влияние режима течения
- •Рекомендации по обеспечению очистки ствола скважины от выбуренной породы
- •Бурение
- •Спуско-подъемные операции
Гидравлика долота
Рис. 1.1. Гидравлика долота.
Использование реологических данных
Буровой раствор выполняет три наиболее важные функции:
• Очищает ствол скважины от разрушений породы
• Удерживает во взвешенном состоянии утяжелитель
• Передает гидравлическую мощность долоту
Реологические свойства промывочной жидкости могут повлиять на выполнение этих функций. Ниже рассматриваются случаи, в которых реологические свойства играют особо важную роль.
Гидравлические расчеты
Гидравлические расчеты выполняются обычно для того, чтобы:
• Определить гидравлические потери в кольцевом пространстве и эквивалентную плотность бурового раствора при циркуляции
• Выбрать оптимальный размер долотных насадок
• Оценить способность раствора выносить из скважины выбуренную породу
Важно подчеркнуть, что любой расчет хорош лишь настолько, насколько хороши исходные данные. Это особенно важно, поскольку реологические свойства бурового раствора в условиях температуры и давления на поверхности, можно измерить непосредственно на буровой. Однако расчеты по этим свойствам обычно дают завышенные гидравлические потери и, следовательно, результат даст некоторый запас давления.
Вязкость в разной степени влияет на гидравлические потери, в зависимости от того, является ли поток ламинарным или турбулентным. Режим течения определяется величиной критерия Рейнольдса - Re. Эта безразмерная величина является мерой отношения сил инерции к силам вязкости. Для ньютоновских жидкостей критерий Рейнольдса можно определить из выражения:
где: v = скорость жидкости, м/с
D = диаметр трубы,
= плотность жидкости, кг/м2 т
m = вязкость, Н сек/м2
Выражения для неньютоновских жидкостей - иные из-за различия в вязкости. Однако такие выражения для определения Re при течении неньютоновских жидкостей существует и принципы остаются теми же самыми. Переход от ламинарного течения к турбулентному начинается при Re = 2100 и продолжается в переходной зоне до тех пор, пока поток не станет полностью турбулентным.
При ламинарном режиме течения потери давления сильно зависят от вязкостных свойств жидкости. При высоких значениях критерия Рейнольдса инерционные силы преобладают, и потери давления зависят больше от скорости течения. Типичные режимы течения в различных участках циркуляционного тракта таковы:
• Наземная обвязка - турбулентный
• Бурильные трубы - турбулентный или переходный
• Утяжеленные бурильные трубы - турбулентный
• Долотные насадки - турбулентный
• Кольцевое пространство, - ламинарный или переходный
В зависимости от величины критерия Рейнольдса вязкость в различной степени влияет на величину гидравлических сопротивлений. Приведенная ниже таблица составлена для ньютоновского жидкостей, но она справедлива и для неньютоновских жидкостей.
Таблица 1.1
Зависимость потери давления для потока в трубе
Влияние параметров на потерю давления в системе для потока в трубе
| ||||
Режим течения
|
Скорость потока
|
Диаметр
|
Вязкость
|
Шероховатость трубы
|
Ламинарный
|
Q
|
1/D4
|
m
|
Не влияет
|
Турбулентный
|
Q1,8
|
1/D5
|
m 0,3
|
Растет при увеличении шероховатости
|
Промывочные насадки
|
Q
|
Нет данных
|
Не влияет
|
Нет данных
|
При ламинарном течении жидкостей с хорошо известными свойствами в каналах определенных геометрических размеров потери давления можно рассчитать достаточно точно, если поведение жидкостей подчиняется простым реологическим моделям: степенной или модели Бингама. Зависимости для турбулентного течения являются эмпирическими. Эти зависимости справедливы для ньютоновских жидкостей. Зависимости для определения потерь давления при турбулентном течении неньютоновских жидкостей не в такой степени точны. Но вообще-то турбулентность потока оказывает более существенное влияние, чем вязкость и гидравлические сопротивления сильно зависят от расхода жидкости и шероховатости стенок труб. В большинстве учебников и служебных руководств различных фирм приводятся примеры таких зависимостей.
Наилучший совет разработчикам гидравлических программ: применять эти зависимости с осторожностью. Результаты расчетов не следует считать точными. Размеры бурильных труб и УБТ точно определены. Следовательно, расчетные значения гидравлических потерь в них достаточно точны. Точны результаты расчетов перепада давления в насадках долота, где перепад не зависит от вязкости. Для расчетов гидравлических потерь в кольцевом пространстве характерна наименьшая точность, поэтому:
• Гидравлические потери при ламинарном течении очень сильно зависят от вязкости (табл. 1.1)
• Зависимость вязкостных свойств от температуры и давления точно не установлена
• Из-за наличия каверн неизвестна точно геометрия ствола скважины
Типичное распределение гидравлических потерь в циркуляционном тракте, выраженных в процентах, таково:
Наземная обвязка 3-5%
Долотные насадки 50-60%
Бурильная колонна 30-40%
Кольцевое пространство 5-10%
В расчете гидравлических потерь в кольцевом пространстве много неопределенностей. Престон Моор предлагает определять эти потери как разность между фактическим давлением в стояке и суммой расчетных потерь давления во всех остальных элементах циркуляционного тракта.
Итак, гидравлические программы могут быть полезны для оценки гидравлических потерь, но пользователь должен помнить о возможных погрешностях в расчетах.
Многие нефтедобывающие и сервисные фирмы имеют компьютерные программы для гидравлических расчетов. Из-за присущих этим программах неточностей ни одной из них нельзя отдать предпочтения. Большинство сервисных фирм имеют программы, базирующиеся на различных реологических моделях. Рекомендуется пользоваться той моделью, расчеты по которой дают наиболее пессимистический результат.