2.11.2 Выбор буферной жидкости и плотности тампонажного раствора

Буферная жидкость предназначена для разделения тампонажного и промывочного растворов, а так же для смывания глинистой корки со стенок скважины.

В качестве буферных жидкостей используются:

Техническая вода с вязкоупругим раствором (ВУР) или без него;

Растворы солей с ВУРом или без него;

Утяжелённая буферная жидкость на полимерной основе;

Растворы кислот с ВУРом или без него;

Нефть или дизтопливо с ВУРом или без него;

Незамерзающая буферная жидкость или дизтопливо.

В качестве буферной жидкости используем:

Под кондуктор: СаCl₂ (сухой) и воду пресную;

P_кp=р²EJ₀ /4l².

Приняв, что осевая нагрузка Р_ос>Р_кр , находим

l=l_кр/2=(р/2)*(vEJ₀/P_ос)

где: l_кр - критическая длина полуволны.

При учете вращения колонны формула принимает следующий вид:

l=l_кр/2=(р/2*щ)*v-0,5*Р_ос/m+((0,5*Р_ос/m)²+(EJ₀*щ²/m))^Ѕ ,

где: m - масса единицы длины гибкого элемента (трубы), кг/м;

щ - угловая скорость вращения, с^-1; J₀ -- oceвoй мoмeнт инepции, м⁴; J₀ = 0,05(d⁴ _н - d⁴_в)

d_н и d_в -- диaмeтpы cooтвeтcтвeннo нapyжный и внyтpeнний гибкoгo элeмeнтa, м;

Е -- мoдyль yпpyгocти мaтepиaлa тpyбы, Е = 2·10⁶ кгc/cм².

Угoл нaклoнa кacaтeльнoй к изoгнyтoй ocи гибкoгo элeмeнтa в тoчкe зaбoя

д=е/(l₁+l₂)

гдe е -- paдиaльный зaзop или пpoгиб кoмпoнoвки, е = 0,5(D_с -- d_гэ\ м D_c -- диaмeтp cквaжины, м; d_гэ -- диaмeтp гибкoгo элeмeнтa, м;

l_{1 ,}l₂ - paccтoяниe cooтвeтcтвeннo oт тopцa дoлoтa дo oпopнoгo элeмeнтa (кaлибpaтopa) и oт oпopнoгo элeмeнтa (кaлибpaтopa) дo пepвoй тoчки кacaния гибкoгo элeмeнтa co cтeнкoй cквaжины. Oпpeдeлeниe oтклoняющeгo ycилия y дoлoтa

F_откл=Р_ос*(е/l₁) ,

00 ІOO

гдe P_oc -- oceвoe ycилиe, тc.

Peзyльтaты pacчeтa интeн-cивнocти иcкpивлeния paзлич-ныx кoмпoнoвoк c гибким элeмeнтoм для пpимeняeмыx ycлoвий пpивeдeны в тaблицe 7.13. Измeнeниe oтклoняющeй cилы нa дoлoтe в зaвиcимocти oт изнoca oпopнo-цeнтpиpyю-щeгo элeмeнтa (кaлибpaтopa) и paccтoяния oт дoлoтa дo кaлиб- J¦j paтopa пpивeдeнo нa pиc 7.16. i Pacчeтныe знaчeния в тaблицe § 7.13 cooтвeтcтвyют oпытным в | тaблицe 7.12, чтo гoвopит o J ₀,4 вoзмoжнocти иcпoльзoвaния pacчeтныx дaнныx для пpoeктиpoвaния пpoфиля cквaжины.

Для пoвышeния эффeктивнocти paбoты и пpeдyпpeждeния aвapийныx cитyaций пepeд cпycкoм бypильнoгo инcтpyмeнтa гибкий элeмeнт (бypильнaя или yтяжeлeннaя тpyбa) пoдвepгaeтcя дeфeктocкoпии и oпpeccoвкe. Пpи тypбиннoм бypeнии пepиoдичнocть дeфeктocкoпии тpyбныx peзьб -- 65 cyт, cвapнoгo швa тpyб TБПB -- 120 cyт. пpoизвoдитeльнoгo вpeмeни пpoвoдки cквaжины; пpи poтopнoм cпocoбe бypeния пpи глyбинe дo 2500 м пepиoдичнocть -- 60 ч, в интepвaлe 2500-3500 м -- 45 ч. Пpи бypeнии в ocлoжнeнныx ycлoвияx (кaвepны, интeнcивнocть иcкpивлeния бoлee 3 гpaд/100 м и т.д.), a тaкжe пpи бypeнии ocoбo oтвeтcтвeнныx cквaжин пepиoдичнocть мoжeт быть yмeньшeнa в 2 paзa c oтбpaкoвкoй бypильнoй тpyбы пocлe кaждoгo дoлблeния.

Пpи низкoй мexaничecкoй cкopocти, мeнee 1 м/ч, ocoбeннo в кaвepнoзныx, нeycтoйчивыx пopoдax, peкoмeндyeтcя для yвeличeния плoщaди oпopы пpимeнять cпapeнныe кaлибpaтopы: пepвый (нижний) пoлнopaзмepный, втopoй -- нa 2-5 мм мeньшe диaмeтpa дoлoтa. Koмпoнoвки пpимeняютcя c мoмeнтoмepoм и дoлoтaми c гидpoмoнитopными нacaдкaми. Пaдeниe дaвлeния или yвeличeниe мoмeнтa мoгyт cигнaлизиpoвaть o фaктe или нeoбxoдимocти пpeдyпpeждeния aвapии. Koмпoнoвки KГД и KГT peкoмeндyeтcя пpимeнять в пopoдax мягкиx и cpeднeй твepдocти, в тoм чиcлe c aлмaзными и дoлoтaми типa ИCM.

3.3 Локальное крепление пластов

Институтом “ТатНИПИнефть” разработаны технология и оборудования, не имеющие аналогов в мировой практике строительства скважин, позволяющее перекрывать разнонапорные пласты и зоны осыпи стальными обсадными трубами нетрадиционным методом без цементирования, с сокращением исходного диаметра скважины.

Суть технологии локального крепления пластов, несовместимых по условиям бурения, заключается в том, что обсадные трубы диаметром большим диаметра скважины, профилируют по всей длине и уменьшают в поперечном сечении на величину, позволяющую свободно спустить их в скважину, а зону осложнения увеличивают в диаметре раздвижными расширителями до диаметра исходных (не профилированных) обсадных труб. После спуска на бурильных трубах профильной “летучки” в скважину, за счет давления, создаваемого закачкой бурового раствора, профильные трубы выправляют (раздувают) до исходных размеров, вследствии чего стенки колонны плотно прижимаются к стенке расширенного участка скважины. Для герметизации “летучки” на профильные трубы до спуска в скважину наносят специальный герметик. Таким образом осуществляют локальное крепление зоны осложнения без цементирования с сохранением полезного сечения скважины (рис. ).

Использование этой технологии позволило в ряде нефтяных месторождений исключить применение промежуточных колонн и колонн-“летучек” диаметром 245, 219, 194 и 178 мм для перекрытия трещеновато-кавернозных зон осложнения с интенсивным поглощением бурового раствора.

Исключение из конструкции скважины даже одной промежуточной колонны или “летучки” создает условия для уменьшения диаметров всех предыдущих обсадных колонн и, следовательно, ведет к значительному сокращению расхода металла и цемента, благодаря чему сокращаются сроки строительства скважин. Например, исключение колонны-“летучки” диаметром 245 мм в скважине №53, пробуренной на Утяевской площади, позволило сэкономить 111 т обсадных труб, 104 т цемента и сократить на 50% срок ее строительства.

К настоящему времени опытные партии оборудования для локального крепления скважин (профильные перекрыватели) применены более чем на 940 скважинах во многих нефтедобывающих регионах России, странах СНГ.

Для обеспечения возможности вскрытия продуктивных пластов на равновесии и дипрессии с одновременным обеспечением сохранности коллекторских свойств, в условиях наличия в разрезе объектов с разными величинами давления и зон обвалообразования, разработаныдва варианта (с точки зрения экономической целесообразности) поинтервального вскрытия и крепления пластов с помощью комбинации эксплуатационных обсадных колонн с профильными перекрывателями.

I вариант - все зоны осложнений и сам продуктивный пласт по мере их вскрытия перекрывают профильными перекрывателями, а затем спускают и цементируют эксплуатационную колонну.

II вариант - все зоны осложнений до вскрытия продуктивного пласта крепят и разобщают эксплуатационной колонной обсадных труб, а продуктивный пласт после его вскрытия крепят профильными перекрывателями.

Оба варианта обеспечивают защиту продуктивного пласта от блокирования его буровым и цементным растворами. При этом остается также неизменяемым и диаметр скважины, что весьма важно при выполнении последующих работ, связанных с их эксплуатацией.

Технология испытания в промысловых условиях.

Так на скв. № 18327 Зеленогорской площади (рис. ) и №1313 Енорусскинского месторождения (рис. ) профильными перекрывателями были успешно перекрыты продуктивные пласты до цементирования эксплуатационной колонны, благодаря чему были предотвращено блокирование этих пластов цементным раствором. Это позволило улучшить условия освоения скважин и обеспечить возможность эксплуатации их открытым забоем, так как герметизация перекрывателя осуществляется только сверху и снизу, а между продуктивным пластом и стенками перекрывателя остается зазор.

Бурение горизонтальных скважин требует больших материальных затрат и времени. Так в Татарстане, например, основная доля затрат связана с необходимостью спуска и цементирования промежуточных обсадных колонн диаметром 245 мм и длиной 1800-2000 м до кровли продуктивного пласта с целью перекрытия зон обвалов Кыновского горизонта при бурении горизонтальных скважин в Пашийский горизонт.

В связи с тем, что Кыновский горизонт вскрывают под углом наклона скважины 65-69⁰, существующие конструкции профильных перекрывателей не могут быть применены для осуществлении данной технологии. Поэтому институтом была разработана технология перекрытия Кыновского горизонта профильным перекрывателем в двух вариантах:

- с частичным уменьшением диаметра скважины (без расширения ее ствола) с применением перекрывателя ПП-216У.Эта технология успешно испытана на скважине №39454 Западно-Лениногорской площади. После крепления Кыновского горизонта профильным перекрывателем длиной 144,5 м (рис. ) было пробурено еще 86 м горизонтального ствола долотом диаметром 190,5 мм. При этом до спуска и цементирования эксплуатационной колонны на различные виды работ было затрачено 880 часов и произведено 18 спуско-подъемных операций. За это время никаких осложнений, связанных с профильным перекрывателем, не возникло.

- без уменьшения диаметра скважины с помощью перекрывателя ПП-216. Для выполнения работ по этой технологии было разработано, изотовлено и испытано специальное долото расширитель ОДР 216/237 (рис. ; ), которое предназначено для вскрытия Кыновского горизонта с одновременным увеличением диаметра скважины до 237 мм с тем, чтобы, не затрачивая времени на спуск и расширение ствола скважины раздвижным расширителем, после вскрытия указанного горизонта можно было сразу установить профильный перекрыватель, без уменьшения диаметра скважины. Такое решение вызвано, тем, что устойчивость Кыновского горизонта в значительной степени зависит от времени, затраченного на вскрытие его до начала работ по креплению ствола. Для локального крепления скважин по этой технологии подготовлен полный комплекс оборудования, который впервые использовался при бурении горизонтальных скважин в Татарстане в 1998 году.

Разработана и испытывается технология и оборудование предназначенные для ликвидации водопритоков в необсаженных горизонтальных скважинах с использованием профильных перекрывателей. Первые испытания проведены на скважине №11251, где были изолированы два водопроявляющих участка профильными перекрывателями длиной 8 и 82 м (рис. ). Эта скважина была полностью обводнена (100% воды). В настоящее время ее дебит составляет 15 т/сут безводной нефти.

Технология и техника локального крепления скважин профильными трубами разработана и применяется только в нашей стране и не имеет аналогов за рубежом.

Ориентированное распределение объема производства профильных труб, при строительстве наклонно направленных и горизонтальных скважин по направлению применения следующее:

- 35% для изоляции зон поглощения бурового раствора, обвалов пород, водопроявлений, перекрытия газоносных пластов, ремонта кондукторов и промежуточных колонн;

- 15% для защиты продуктивных пластов от блокирования их буровым и цементным растворами.

На Пунгинском месторождении газа при забурке горизонтального участка скважины № 156 возникли постоянные обвалы и осыпи стенок скважины. После безуспешного проведения изоляционных работ известными методами было предложено использовать в данном интервале локальные перекрыватели и гидравлические расширители типа ОДР 145/152 (одношарошечное долото-расширитель). Эта технология прошла практическое испытание на многих скважинах и получила отличные оценки специалистов. По примерным расчетам использование этой технологии сократило бы срок строительства скважины, а именно горизонтального участка, в двое намеченного, а дебит увеличило на 20-25%.

4. Безопасность и экологичность проекта

4.1 Техника безопасности при спуско-подъемных операциях и выбросах бурового раствора и пластовой жидкости

Спуско - подъемные операции на буровой являются наиболее трудоемкие и травмоопасные. В данном дипломном проекте применяются инженерные решения, позволяющие снизить количество спуско-подъемных операций. Одним из таких решений является выбор породоразрушающего инструмента (долота). Проектируемая скважина имеет горизонтальный ствол протяженностью 3000 м, при бурении которой возможны возникновения аварий; связанные с осыпями и обвалами горной породы, сломом инструмента, оставлением на забое части КНБК, долота, шарошек. В связи с этим, для проводки проектируемой скважины на горизонтальном участке предлогается применить долота зарубежного производства (импортные), которые, по сравнению с отечественными долотами, обеспечивают большую рейсовую скорость и наименьшее количество спуско-подъемных операций.

Ведение спуско-подъемных операций должно осуществляться с использованием механизмов для свинчивания труб и специальных приспособлений. Между бурильщиком и верховым должна быть обеспечена надежная связь.

Скорости спуско-подъемных операций с учетом допустимого колебания гидродинамического давления и продолжительности промежуточных промывок регламентируется проектом. При отклонении реологических свойств бурового раствора и компоновок бурильной колонны от проектных необходимо внести коррективы в регламент по скорости спуско-подъемных операций с учетом допустимых колебаний гидродинамического давления.

При подъеме бурильной колонны наружная поверхность труб должна очищаться от бурового раствора с помощью специальных приспособлений (обтираторов).

При появлении посадок во время спуска бурильной колонны следует произвести промывку и проработку ствола скважины в интервалах посадок.

На устье необходимо устанавливать устройства, предупреждающие падение посторонних предметов в скважину при отсутствии в ней колонны труб и при спуско-подъемных операциях.

Свечи бурильных и утяжеленных бурильных труб, устанавливаемые в вышке, должны страховаться от выпадения из-за пальца.

Запрещается проводить спуско-подъемные операции при:

- отсутствии или неисправности ограничителя подъема талевого блока, ограничителя грузоподъемности лебедки;

- неисправности оборудования, инструмента;

- неполном составе вахты;

- скорости ветра более 20 м/с;

- потери видимости при тумане и снегопаде.

Раскреплять или свинчивать резьбовые соединения бурильных труб и других элементов компоновки бурильной колонны при помощи ротора запрещается.

Буровая бригада ежесменно должна проводить профилактический осмотр подъемного оборудования (лебедки, талевого блока, крюка, крюко-блока, вертлюга, штропов, талевого каната и устройств для его крепления, элеваторов, спайдеров, предохранительных устройств, блокировок и д.р.)

При спуско-подъемных операциях запрещается:

- находиться в радиусе (зоне) действия автоматических и машинных ключей, рабочих и страховых канатов;

- подавать бурильные свечи с подсвечника и устанавливать их без использования специальных приспособлений.

Режим подъема ненагруженного элеватора, а так же снятия с ротора колонны бурильных и обсадных труб должны исключать раскачивание талевой системы.

Подводить машинные и автоматические ключи к колонне бурильных (обсадных) труб разрешается только после посадки их на клинья или элеватор.

При применении пневмораскрепителя необходимо, чтобы натяжной канат и ключ располагались в одной горизонтальной плоскости. Канат должен надежно крепиться к штоку пневмораскрепителя. Работа пневмораскрепителя без направляющую ролика запрещается.

В процессе бурения и после окончания долбления ведущую трубу следует поднимать из скважины на первой скорости.

При спуске бурильной колонны запрещается включать клиновой захват до полной остановки колонны.

При строительстве скважин возможны следующие аварийные ситуации:

переполнение дренажей и отстойников при нестандартных атмосферных явлениях, а также выброс бурового раствора и пластовой жидкости при вскрытии пласта. Поэтому необходимо предусмотреть план действий при возникновении таких ситуаций, который состоит в следующем.

1. Незамедлительно известить об аварии природоохранные органы.

2. Локализовать разлив земляной обваловкой.

3. Собрать механическим путем разлитую жидкость в емкости.

4. Провести адсорбцию пятен возможным способом (опилками, песком, древесной корой и т.п.) с последующим сбором полученного сорбента и сжигание его в отведенном для этого месте.

Для предупреждения аварийных выбросов промывочной и пластовой жидкости, устье скважины обвязывают колонной головкой с противовыбросовым устройством. Перед вскрытием продуктивного пласта в колонну бурильных труб под ведущую трубу подключается шаровой кран.

В емкостях на поверхности создается запас бурового раствора утяжелителя и химреагентов для оперативного изменения свойств раствора, могущего предотвратить аварийную ситуацию.

В случае разлива нефти или нефтесодержащего бурового раствора на земную и (или) водную поверхность необходимо в течение 3-х часов сообщить о случившемся в Департамент охраны окружающей среды, приостановить за бор подземных и поверхностных вод для питьевого водоснабжения, локализировать загрязнения. На почве нефть собирают механическим способом (лопатами). Пленку нефти на водной поверхности ограждают скрепленными досками (бонами) и собирают механическим нефтесборщиком. Собранная нефть используется для приготовления нового бурового раствора, в котельной или сжигается в отведенном для этого месте. Если разлив произошел в зимнее время, все операции проводятся с паротепловым подогревом.

Выше и ниже зоны возможного прорыва сточных вод из ближайшего водного источника необходимо отобрать пробы воды для контроля ее качества. Работы по ликвидации аварийных разливов осуществляется силами буровой бригады. В течение 5-ти суток проводится служебное расследование, материалы которого направляются в местные органы Департамента по охране окружающей среды РК. Дальнейшие работы по ликвидации аварии проводятся по специальному плану, согласованному с природоохранными службами.

Для исключения загрязнений при испытании скважины, ее устье оборудуется фонтанной арматурой, герметичными трубопроводами и замерными металлическими емкостями для учета дебита жидкости. Нефть, полученная при испытании, отправляется потребителю или сжигается в качестве топлива.

План ликвидации аварии, которым оснащается буровая на случай оперативных действий при аварийной ситуации включает.

- план оповещения необходимых служб и организаций;

- перечень территорий и сооружений, требующих особой защиты от загрязнений (водозаборы);

- порядок действий при возникновении аварийной ситуации;

- перечень необходимых технических средств и запасов обеззараживающих реагентов;

- способ сбора, удаления загрязняющих веществ и обеззараживания территории;

- описание режима водопользования.

Расчетная часть.

Определение нагрузки на крюке.

Тк=f_*Q где:

f- коэффициент, учитывающий влияние сил сопротивления движению инструмента и прихвата труб породой (этот коэффициент должен приниматься в пределах 1.5 2.0 )

Q- вес наиболее тяжелой колонны бурильных или обсадных труб, погруженных в жидкость, кг.

Определяем вес наиболее тяжелой колонны труб.

Q= L_тр*q_*(1-с_ж/с_ст), где:

L_тр- длинна колонны труб, м.

q-вес одного погонного метра, кг

с_ж- плотность промывочной жидкости, кг/м³

с_ст- плотность стали, кг/м³.

Q=(180156+180214+443029,5)(1-1050/7850)=109912 кг.

Тк=1,7109912=186850 кг.=187 тонн.

Выбранная БУ имеет грузоподъемность = 250 т. а расчетная нагрузка на крюке с учетом прихватов, затяжек, завалов инструмента и сил сопротивления движению инструмента равна 187т. Тип БУ подобран верно, БУ выдерживает нагрузки, создаваемые наиболее тяжелой колонной.

4.2 Охрана окружающей среды

4.2.1 Влияние разработки месторождения на экологическую обстановку

Загрязнение атмосферы

При разработке месторождения выбросы загрязняющих веществ в атмосферу возможны в процессе бурения скважины и в период ее испытания.

К основным выбросам можно отнести следующие: оксид углерода, диоксит азота, окислы серы, твердые частицы в виде сажи и углеводороды, образующиеся при сжигании топлива в буровых двигателях, а также при испарениях горюче-смазочных материалов.

Загрязнение гидросферы

При бурении и испытании скважин возможно загрязнение рек, ручьев и прочих водоемов нефтью, нефтепродуктами, скважинным буровым раствором, шламом, сточными водами, содержащими химические элементы.

В случае проведении работ в соответствии с безопасной технологией бурения и испытания скважин попадание бурового раствора, нефти, нефтепродуктов и других загрязняющих веществ в водоемы будет исключено.

Нарушение почвенного покрова, загрязнение почвы

Загрязненные сточные воды, попадая на почвенный покров, приводят к изменению физико-химических свойств почвы, нарушают азотный режим и, как следствие, ухудшают корневое питание растений. Кроме того, из грунта вытесняется кислород, необходимый для жизнедеятельности растений и микроорганизмов.

Почвенному покрову может быть нанесен значительный ущерб при строительно-монтажных работах, когда перемещение нефтепромыслового оборудования производится тракторами, оставляющими полосы поврежденной почвы, в последствии долго не зарастающей. При протаивании мерзлого грунта образуются болота. Вымывание оттаивающего грунта ведет к образованию оврагов и провалов.

Нарушений почвенного покрова за пределами площадок обустройства не будет, так как при строительно-монтажных работах буровую обвязывают небольшим количеством передвижных сооружений, которые не требуют значительных объемов земляных работ.

По окончании работ и демонтажа оборудования на почве будут проводиться рекультивационные работы.

Нарушение экологического равновесия недр.

Соответствие параметров бурового раствора геолого-техническому наряду исключает или делает минимальной возможность нарушения экологического нарушения недр. При нарушении технологии обработки бурового раствора и режима промывки скважины возможен переток минирализованной воды из глубоких горизонтов в пласты с пресной водой.

Интенсификация притока флюидов будет проводиться только в пределах испытываемого пласта.

Применение безамбарной технологии бурения предотвратит возможность проникновения сточных поверхностных вод в приповерхностные пресноводные горизонты.

Нарушение равновесия в биосфере

Работы по разработке нефтяных месторождений могут повлечь за собой нарушение очагов размещения и пути миграции птиц, ценных видов рыб и животных, представляющих экономическую ценность.

В связи с хозяйственной деятельностью человека в биосфере могут быть нарушены взаимосвязи флоры и фауны. Например, кора и побеги лиственных деревьев являются основной пищей для лося, сам он является пищей для человека и волка. Зайцами и мышами питаются волки и лисы и т.п. Любые действия, повлекшие изменения в развитии флоры, нарушат привычную цепь развития фауны.

Проведение буровых работ на Усинском месторождении не могут повлечь значительных изменений в привычной жизни флоры и фауны, в связи с незначительной плотностью их распространения.

Речки и водоемы, находящиеся вблизи района проведения работ, не являются объектами рыбного хозяйства.

Из всех загрязняющих воздух веществ, лишь сернистый ангидрид представляет наибольшую опасность. Исследования специалистов показали, что наиболее чувствительным к нему является кедр, менее - сосна и лиственница, а ель и береза устойчивы. В районе проведения работ растет, в основном, елово-березовый лес, поэтому можно считать, что значительного загрязнения атмосферы здесь не будет.