Гидростатические функции

Гидростатическими называют такие функции, которые осу­ществляются покоящейся промывочной жидкостью. В этом пер­вое отличие их от гидродинамических функций. Второе отличие заключается в том, что гидродинамические функции могут осу­ществляться только движущейся жидкостью, в то время как гидростатические осуществляются и покоящейся и движущейся жидкостью.

3.1.Создание гидростатического равновесия в системе ствол скважины – пласт

Промывочная жидкость, находящаяся в стволе скважины, оказывает на стенки ее давление, обусловленное силой тяжести. Это давление называют гидростатическим. Жидкости или газы, находящиеся в природных коллекторах, также давят на стенки скважины только со стороны пласта. Поскольку стенки скважи­ны пористые, обе жидкости соприкасаются друг с другом, поэто­му пласт и скважина представляют собой сообщающиеся сосуды. Если гидростатическое давление промывочной жидкости выше давления в пласте, жидкость может перемещаться в пласт. Если давление пластовых жидкостей и газов выше, они могут переме­щаться из пласта в скважину. Такое перемещение нарушает нор­мальное бурение скважины. При достаточно быстром перемеще­нии целостность стенок скважины нарушается, что вызывает их обвал.

Вытеснение промывочной жидкости из ствола скважины нару­шает равновесие в сообщающихся сосудах. Возникают выбросы нефти, газа и воды из скважины, часто переходящие в фонтаны. Это сложная авария, нередко заканчивающаяся ликвидацией скважины, потерей всего оборудования, а при фонтанировании и пожаром. Даже относительно небольшое перемещение пластовых жидкостей и газов в ствол скважины нарушает нормальный про­цесс бурения. Попадание в промывочную жидкость газа, нефти, пластовой воды, часто содержащей соли, ухудшает ее качество, и она не выполняет своих функций.

При превышении гидростатического давления промывочной жидкости над пластовым жидкость может уходить в пласт. Этот процесс также опасен, так как нередко происходит обвал стенок скважины. В связи с тем, что в скважине имеются пласты с раз­личными пластовыми давлениями, уход жидкости в пласт с низ­ким давлением вызывает уменьшение гидростатического давле­ния на пласт с высоким давлением. Если пласт с высоким дав­лением содержит жидкости и газы, равновесие нарушится и может возникнуть опасность фонтанирования. В связи со всем рассмотренным, цель создания гидростатического равновесия в системе скважина — пласт заключается в предотвращении перетока жидкости и газа из пласта в скважину и промывочной жидкости из скважины в пласт.

При меньшем удельном весе жидкости возникает опасность про­рыва пластовых жидкостей и газов в ствол скважины, при боль­шем — поглощение промывочной жидкости, ее движение в про­ницаемые стенки скважины. Однако последний процесс частично предупреждают приданием промывочной жидкости особых свойств. Поэтому для предотвращения прорыва пластовых жидкостей и газов и с учетом невозможности соблюдения точного равенства обоих давлений удельный вес промывочной жидкости должен несколько превышать расчетную величину. Это превышение различно для разных условий буре­ния. Заполнение ствола скважины промывочной жидкостью необ­ходимого удельного веса и есть условие создания гидростатиче­ского равновесия в системе ствол скважины — пласт.

Гидростатическое давление на стенки скважины существует и при прокачивании промывочной жидкости. При этом напор, обеспечивающий подъем жидкости в затрубном пространстве, суммируется с гидростатическим давлением ее и увеличивается давление на пласт.

Существует дополнительный способ создания гидростатиче­ского давления на стенки скважины, не требующий повышения удельного веса промывочной жидкости. Он заключается в гер­метизации устья скважины и создании на выходе промывочной жидкости добавочного гидравлического сопротивления, напри­мер не полностью открытой задвижки или другого устройства (бурение под давлением).

Удержание частиц выбуренной породы и утяжелителя во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции промывочной жидкости

В процессе бурения скважины промывочная жидкость подни­мается на поверхность и содержит частицы выбуренной породы различных размеров диаметром до нескольких миллиметров. При подъеме бурильных труб для смены долота, прекращении подачи энергии к насосам или их ремонте, остановках, связанных с ава­риями, и т. д. циркуляция промывочной жидкости прекращается. В подобных случаях частицы породы будут опускаться в жидко­сти под действием силы тяжести. Накопление частиц на забое может привести к прихвату бурильных труб, долота, турбобура. Это усугубляется в случаях, когда в стволе скважины имеются каверны (расширения). Скорость подъема промывочной жидко­сти в них меньше, чем в остальной части затрубного простран­ства. Вследствие этого ухудшается выносящая способность жид­кости, и в кавернах накапливаются частицы породы в значи­тельно больших количествах, чем на других участках ствола. При прекращении циркуляции масса скопившихся частиц спол­зает вниз в более узкую часть ствола. Причиной накопления частиц породы в промывочной жидкости может быть также неустойчивое состояние ствола скважины, вызывающее осыпи породы и даже ее обвалы. Во всех рассмотренных случаях воз­никает опасность прихвата бурильной колонны.

При необходимости увеличения давления на стенки скважины повышают удельный вес жидкости добавлением порошкообраз­ных тяжелых минералов — утяжелителей. В этих случаях осе­дание частиц утяжелителя также может вызвать прихват бу­рильной колонны. Кроме того, вследствие оседания утяжелителя снижается удельный вес промывочной жидкости. Оседание частиц породы и утяжелителя в скважине при использовании некачест­венной промывочной жидкости иногда вызывает образование на забое толстого слоя осадка, который препятствует достижению забоя долотом при спуске бурильных труб. Поэтому необходимо предотвращать возможность оседания в скважине частиц породы и утяжелителя.

Такие жидкости, как вода или нефть, не могут удерживать частицы породы и утяжелителя во взвешенном состоянии. В них даже мелкие частицы под действием силы тяжести опускаются на забой. Только чем меньше частица, тем медленнее она опус­кается в покоящейся жидкости. Поэтому промывочная жидкость должна иметь особую структуру, обладающую некоторой проч­ностью. В этой жидкости только такие частицы будут оседать под действием силы тяжести, вес которых превышает прочность структуры. Чем прочнее структура и чем меньше раз­ность между удельным весом материала, из которого состоит частица, и удельным весом самой жидкости, тем может быть больше размер удерживаемых частиц. Жидкость обладает проч­ной структурой, когда она неподвижна. При движении структура ее разрушается, а удерживающая способность сменяется выно­сящей.

Создание гидростатического давления на стенки скважины, сложенные слабосцементированными или пластичными породами

Породы, из которых сложены стенки скважины, как правило, неоднородны по химическому составу, минералогической при­надлежности и прочности. В ряде случаев порода пронизана тре­щинами или менее прочными прослойками и при разбуривании куски ее различных размеров обваливаются в скважину, вызывая прихват бурильных труб. Удержание обвалившихся частиц поро­ды во взвешенном состоянии и вынос их на дневную поверхность не исчерпывают все пути предотвращения этого нежелательного явления. Лучшим способом является сохранение целостности стенок скважины. С помощью гидростатического давления столба промывочной жидкости в ряде случаев можно предотвратить разрушение стенок. Существуют минералы, например поваренная соль (галит), которые под действием давления горных пород начинают «течь» из пласта в скважину. Это течение очень медленное, и достаточ­но высокое гидростатическое давление столба промывочной жидкости способно предотвратить его. Таким образом, создание гидростатического давления необходимо для сохранения целост­ности стенок скважины, что предотвращает прихваты буриль­ных труб. При данной глубине скважины такое давление тем выше, чем выше удельный вес промывочной жидкости.

Дата добавления: 2015-07-11