Содержание к диссертации
Введение
2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИК ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИКВИДАЦИИ ПОГЛОЩЕНИЙ 9
2.1. Обзор способов борьбы с поглощениями и их классификаций 9
2.2. Обзор и обоснование критериев отбора эффективных способов борьбы с поглощениями 12
2.3. Последовательность и характер принимаемых решений
о способе ликвидации поглощения . 16
2.4. Математические модели процессов ликвидации поглощений 18
Выводы . 24
3. ОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕМА, ВЭДОВ И МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 26
3.1. Исследование физико-математической сущности размера каналов породы 26
3.2. Анализ уравнений и основных признаков модели течения жидкости в системе скважина-пласт 57
3.3. Вывод уравнения индикаторных кривых и кривых изменения уровня жидкости в скважине 73
3.4. Определение средних эквивалентных размеров каналов поглощающих пластов 90
3.5. Оценка коэффициента эффективной пористости присква-жинной зоны поглощающего пласта 105
Выводы 111
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЛИКВИДАЦИИ ПОГЛОЩЕНИЯ 113
4.1. Выбор закупоривающего материала 113
4.2. Обеспечение статического равновесия тампонажних смесей в пласте 122
4.2.1. Определение начального напряжения сдвига тампонажной смеси 122
4.2.2. Учет влияния плотности тампонажной смеси на результаты изоляционных работ 134
4.2.3. Обоснование радиуса внедрения и объема тампонажной смеси 153
4.3. Расчет других параметров процесса изоляции поглощающих пластов 162
4.4. Результаты опытно-промышленных работ. Экономическая эффективность от внедрения рекомендаций 165
Выводы 183
5. ПРОГРАММА РЕШЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ЭВМ ЗАДАЧИ ПО ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНОГО СПОСОБА БОРЬБЫ С ПОГЛОЩЕНИЯМИ БУРОВОГО РАСТВОРА 187
5.1. Краткое описание программ выбора способа ликвидации поглощения, свойств и объема тампонажной смеси 187
5.2. Обоснование объема геофизических исследований 199
5.3. О предварительной оценке свойств поглощающего пласта и совмещении элементов изоляционного процесса 201
5.4. Основные программы расчета критериев оптимизации для наиболее распространенных и рекомендуемых способов 203
5.5. База данных и пример решения задачи по выбору оптимального способа ликвидации поглощения 216
6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ И РЕКОМЕНДАЦИИ 218
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 219
ПРИЛОЖЕНИЯ 236
1. Результаты обработки данных исследований взаимодействия скважин 236
2. Сопоставление критических чисел Рейнольдса, определенных разными способами 239
3. Геофизические характеристики поглощающих пластов 241
4. Составы и свойства тампонажних смесей 244
5. Нормы времени на работы, связанные с ликвидацией поглощений 246
6. Элементы стоимости ликвидации поглощения 255
7. Исходные данные для решения задачи по выбору оптимального способа ликвидации, поглощений и водопроявлений 265
8. Результаты обработки данных исследований поглощающего пласта (скв. 739-Уршакская) 268
9. Сводные выходные параметры способов ликвидации поглощения 270
10. Справки и расчеты экономической эффективности 277
- Обзор способов борьбы с поглощениями и их классификаций
- Исследование физико-математической сущности размера каналов породы
- Выбор закупоривающего материала
- Краткое описание программ выбора способа ликвидации поглощения, свойств и объема тампонажной смеси
Обзор способов борьбы с поглощениями и их классификаций
В развитие теории поглощения и основ изоляции поглощающих пластов большой вклад внесли Г.С.Абдрашанов, А.М.Аванесова, В.П. Белов, В.О.Белоруссов, А.Й.Зутин, М.СВинарский, А.А.Гайворонский, В.И.Крылов, А.Н.Кукин, Б.М. урочкин, Е.А.Лебедев, Б.А.Мамедов, А.Х.Мирзаджанзаде, В.И.Мищевич, А.А.Мовсумов, Н.М.Охрименко, В.Н. Поляков, Л.П.Поляков, И.С.Рабинович, Я.М.Раси-заде, Н.И.Й лов, М.К.Сеид-Рза, ILA. Сидоров, Г.А.Ситдыков, Н.И.Сухенко, Н.И.Титков, В.А.Хуршудов, В.Ф.Целищев, З.М.Шахмаев, Я.А.Шварц, Н.М.Шерстнев, Р.И.Шищенко, В.Г.Ясов, Bugbee Э.М., Clark R.C., Gotns WX.t Cooke P. W., бгееп B.O., Howard G.C., Messenger J.U., Rogers W.F., Scott P. Plr., Shumate НЛ, White P.O.,WillisA.O.,WynneR.А. и другие.
В зависимости от того, на устранение какой из причин поглощения они предназначены, способы борьбы с поглощением промывочной жидкости А.А.Гайворонским [44 ] объединены в два общих класса:
уменьшение перепада давления между скважиной и пластом (применение маловязких глинистых растворов малой плотности, воды, нефти, растворов на нефтяной основе, аэрированных растворов плотностью меньше I г/см3, газа, воздуха, ограничение скорости спуска бурильной колонны, регулирование скорости пуска буровых насосов);
изоляция поглощающего пласта от скважины (заполнение каналов поглощения на некоторую глубину от ствола скважины различными материалами: высоковязкими глинистыми массами как с наполнителями, так и без них, а также быстротвердегацими растворами, взвесями бентонитового порошка в дизельном топливе, шламом при бурении с частичным поглощением, песком в результате искусственного намыва с последующим цементированием; подрыв кровли поглощащего горизонта, бурение о "шапкой" глинистого раствора; перекрытие поглощающих горизонтов промежуточной колонной с последующим цементированием)»
Эта классификация способов является наиболее обоснованной и полной. Другие известные в литературе обобщения и классификации способов[38,49,60,61,144, 179 и др.] или повторяют её, объединяя способы по другим признакам, или охватывают только часть перечисленных выше способов. Поэтому можно лишь дополнить приведенный перечень способами, нашедшими применение или опробованными в последующие годы: сочетание бурения с применением легкого раствора и закачки тяжелого раствора в скважину перед подъемом бурильной колонны для предупреждения нефтегазопроявления; обход зоны поглощения вторым стволом, замораживание её, закачка парафиновой пробки, битумизация поглощающих пород, коагуляция глинистого раствора добавкой полиакриламид а, барита и наполнителя, оставление скважины в покое на некоторое время для набора прочности структуры тиксотропного раствора в каналах поглощения, комбинирование способов, перекрытие хвостовиком, летучкой и специальными устройствами.
class2 ОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕМА, ВЭДОВ И МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ class2
Исследование физико-математической сущности размера каналов породы
Методы оценки размеров каналов образцов пород по данным прокачки жидкости или газа основаны на сопоставлении известной формулы Дарси, описывающей ламинарное течение жидкости в пористой среде, с формулами Пуазейля и Дукингама, применяя их к случаю течения жидкости в системе параллельных труб и щелей; соответственно. При этом получаются зависимости следующих видов: где коэффициенты ifi и if2 учитывают форму поперечного сечения, извилистость поровых каналов, т.е. структуру норового пространства. Но поскольку формы и размеры поперечного сечения даже одного канала постоянно меняются вдоль его длины, постольку остается неясным, как истолковать полученный по формулам (3.1) и (3.2) диаметр или раскрытость каналов с точки зрения возможности прокачивания через такую породу наполнителей, независимо от величин коэффициентов Щ жСрг , рекомендуемых в литературе [10,15,23,72,117,129, 151,161,162,165,176,190J.
По типу структуры порового пространства поглощающие породы можно разделить на гранулярные, кавернозные, трещинные и смешанные. Однако изучение кернового материала показывает, что в каждом конкретном случае преобладает (по преимущественной проводящей способности) один из основных типов структуры (рис.3.1,3.2,3.3). С точки зрения математического описания гранулярные и кавернозные типы можно объединить и оценивать их пропускную способность как способность пропускать через себя твердую частицу, например, сферической формы. В таком случае нас не будет интересовать вся площадь поперечного сечения порового канала, а лишь та ее часть, в которую вписывается частица. Это позволяет заменить каждый бесконечно малый участок канала вписанным в него цилиндриком. Хотя площадь поперечного сечения цилиндра будет меньше фактической, но, согласно исследованиям [27,89], гидравлическая пропускная способность сечения практически не изменится.
class3 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЛИКВИДАЦИИ ПОГЛОЩЕНИЯ class3
Выбор закупоривающего материала
Приведенные соотношения получены для взвесей, содержащихся в вязких (ньютоновских) жидкостях. Применяемые в бурении буровые и цементные растворы являются системами более сложными, что должно отразиться на характере указанных соотношений. Действительно, при прокачке бентонитовой суспензии, содержащей 3,2% вес. частицы размером менее I мк, через искусственный песок проницаемостью 400 мкм под давлением 0,7 МПа, частицы размером I мк осели внутри керна вблизи его торцовой поверхности и сильно снизили проницаемость [128], При пористости образца около 20-25% величина среднего эквивалентного размера каналов указанного образца составит 7-8 мк. Следовательно, условие закупорки будет
Бентонитовый порошок отечественного производства имеет средневзвешенный диаметр частиц 11,5 мк, причем 95% вес. частицт согласно ГОСТу, проходит через сито размером 85 мк. Попадая в воду, частицы глины набухают в среднем до 1770% объемных (местные глины -до 250%) [154 ].П оэ! ому , средневзвешенный диаметр бентонитовых частиц в промывочной жидкости после набухания составит около 11,5х [/17,7 = 30 мк при максимальном не более 135 и минимальном 2 мк. Следовательно, на основании соотношения (4.4 ) бентонитовый раствор способен закупорить породу или не может проникать на значительную глубину в породу с каналами размером менее 0,21-0,24 мм. Действительно, опытами установлено [78 ] , что в гранулярные коллекторы с размером частиц до I мм, т.е. среднего эквивалентного размера каналов менее 0,2 мм, глинистый раствор еще не проникает; при увеличении размера частиц глубина проникновения раствора увеличивается, однако устойчивое движение его может быть получено только в гравийном образце с размером зерен более 2,5 мм, т.е. при размере каналов более 0,5 мм. По величине коэффициента проницаемости нижний ее предел, при котором начинается внедрение в пористую среду, получен в пределах 204...357 мкм [4,20, Ш ], что при коэффициенте пористости 0,3 будет соответствовать средним эквивалентным диаметрам поровых каналов 0,15...0,2 мм.
Краткое описание программ выбора способа ликвидации поглощения, свойств и объема тампонажной смеси
Изложенные выше результаты теоретических, экспериментальных и опытно-промышленных исследований являются основой математического обеспечения решения задач, связанных с ликвидацией поглощений бурового раствора, при помощи ЭВМ.
Полностью программа (алгоритм) решения вошла в техническое задание, выданное объединением "Башнефть" институту "Еашншшнефть", на решение задачи АСУ ТП "Выбор оптимального способа борьбы с поглощениями при бурении скважин. Уфа, Башнефть, 1980". Она содержит весь комплекс расчётов по математической обработке данных гидродинамических исследований , основанных на известных формулах гидравлики циркуляционной системы буровых скважин и полученных в настоящей работе формулах течения жидкости в системе скважина-пласт, Результатом математической обработки является определение величин среднего эквивалентного размера каналов: и произведения коэффициента эффективной пористости на мощность поглощающего пласта, а при известной мощности пласта - коэффициента эффективной пористости.
После этого из табл. 4.6 выбирается способ ликвидации поглощения и выполняются связанные с ним инженерные и экономические расчёты. Составлена блок-схема решения всей задачи .
При машинном решении возникли затруднения с подбором конкретных наборов наполнителей на основании полученных расчётами их размеров, количества фракций, концентраций, так как выпускаемые промышленностью представляют собой смесь нескольких фракций и видов и не всегда подходят для автоматического выбора. Поэтому, по предложению Э.К.Латыпова, разработаны такие комбинации наполни-телей (наборы), полученные в соответствии с упомянутыми методиками, чтобы та или иная комбинация отвечала целям закупорки поглощающих пород с размерами каналов, находящимися в определённых обоснованных пределах, а конценрация наполнителей изменялась бы соответственно этим размерам (табл.4.2,4.3). ЭВМ выдает в виде решения соответствующие расчётному размеру каналов поглощения наборы наполнителей в указанном в табл.4.2,43 виде в порядке установленного приоритета. Приоритет может быть установлен в зависимости от номенклатуры нашедших наибольшее применение в данном районе наполнителей или от других критериев. Поскольку концентрации отдельных видов наполнителей в комбинации изменяются в небольших пределах, постольку расчёты продолжительности и стоимости работ по ликвидации поглощения можно вести по величине средней концентрации для данного интервала размеров каналов.
Рецепты тампонажних смесей выбираются из прил. 7 путём перебора (см. выше) по величине начального статического напряжения сдвига. Для тех смесей, для которых не выведены функции изменения НСНС во времени при движении, временно, до получения таких функций, за критерий принято начало схватывания, которое в статических условиях не должно превышать 15-20 мин с момента окончания продавливания смеси при изоляции пластов с размерами каналов более 6-8 мм. Приоритет для смесей с одинаковыми НСНС или началами схватывания установлен по минимальному времени конца схватывания. Для пластов с размерами каналов менее 6-8 мм рецептуры тампонаж-ных смесей выбираются по минимуму конца схватывания. Можно заметить, изложенный здесь и в гл. 3 принцип выбора тампонажной смеси исключает проведение изоляционных работ без ускорителей схватывания и твердения.
