Очистка ствола скважины от выбуренной породы

1. Очистка ствола скважины от выбуренной породы

2. Следствия неэффективной очистки ствола скважины

Прихват бурильной колонны
Избыточный вращательный момент и
аксиальное трение бурильной колонны
Низкая механическая скорость бурения
Высокая стоимость бурового раствора
Потеря циркуляции
Нарушение проницаемости ПЗП
Образование уступов и внезапное изменение
направления ствола
Осложнения при спуске каротажного
инструмента и обсадной колонны,
Плохое качества цементирования.

3. Что влияет на очистку ствола скважины?

Плотность
раствора
Размер и форма
частиц шлама
Скорость проходки
Вращение
бурильной колонны
Профиль скоростей
Хим. активность
выбуренной породы
Очистка
ствола
Зенитный угол
Эксцентричность
кольцевого пространства
Реология
раствора
Диаметр ствола и
бурильной колонны
Режим потока
Скорость потока

4. Динамика частицы шлама в скважине

FVis 3 DSVA
1
2
1
VS gDS ( S L )
18
VA – скорость жидкости
VS – скорость оседания частицы
g – ускорение свободного падения
DS – диаметр частицы
S - плотность частицы
L - плотность жидкости
- эффективная вязкость жидкости

5. Профиль скоростей бурового раствора

6. Эффект Байкотта

Конвективные потоки ускоряют
осаждение шлама в наклонном
стволе в 3 - 5 раз
Осветленный раствор
Суспензия
Слой осевшего шлама
Оползень шлама

7. M-I Zag Tube

8.

Оптимальные
условия для
очистки ствола в
одном интервале
1
могут быть
2
неприемлемы в
34
другом!

9.

Сложность очистки скважины при
различных углах наклона
I.
II.
III.
IV.
Накоплений
Сложность
шлама нет
Тонкий слой
шлама на стенке
I
II
Подвижные
дюны, оползни,
осаждение
Байкотта
Толстый слой
шлама,
малоподвижные
дюны
0
10
IV
III
30
60
Зенитный угол
90

10. Подвижность скоплений шлама в скважине

В наклонных участках скважины
скопления шлама имеют тенденцию к
сползанию или лавинообразованию
Оползни и лавинообразное движение
скоплений шлама наблюдается не только
при неподвижном буровом растворе, но и
навстречу потоку при циркуляции
раствора

11. Скопление шлама в наклонной скважине

12. Что инициирует эффект Байкотта?

Во
многих
случаях
возобновление
циркуляции бурового раствора инициирует
проявление эффекта Байкотта, в результате
чего
шлам
осаждается
быстрее
в
ламинарном потоке бурового раствора
(динамические условия осаждения), чем в
неподвижном
растворе
(статические
условия осаждения)

13. Эффект Байкотта и качество бурового раствора

Проявление эффекта Байкотта не
является проблемой качества бурового
раствора, а требование отсутствия
расслоения раствора по плотности и
вязкости не может выдвигаться в
качестве критерия при выборе системы
бурового раствора!

14. Что такое “Sag”?

“Sag” - ускоренное выпадение материалаутяжелителя
и
расслоение
бурового
раствора по плотности и вязкости
вследствие проявления эффекта Байкотта в
наклонных участках ствола скважины
Процесс “sag” значительно осложняет
очистку ствола скважины и может
инициировать развитие опасных газонефтепроявлений

15. Скорость транспорта шлама

Скорость
транспорта
шлама
в
скважинах с большим отклонением от
вертикали не может быть сколько-нибудь
надежно рассчитана
Об эффективности транспорта шлама и
его адекватности механической скорости
бурения следует судить по отсутствию
признаков
некачественной
очистки
ствола скважины

16. Признаки некачественной очистки ствола скважины

Посадки и затяжки инструмента при СПО
Дефицит шлама на ситах
Увеличение крутящего момента и аксиального трения
бурильной колонны
Невозможность поддержания нагрузки на долото
(“зависание” бурового инструмента)
Увеличение и/или скачки давления на стояке
Увеличение содержания твердой фазы низкой плотности
(LGS) и вязкости раствора
Снижение плотности утяжеленного бурового раствора при
промывках после СПО при углах наклона ствола от 300 до
600

17.

При обнаружении признаков
некачественной очистки ствола
скважины необходимо сразу же
остановить бурение и принять все
меры для полной очистки
скважины от скоплений шлама!

18. Кольцевое пространство скважины

Высокая скорость
Низкая скорость
Турбулентность
Кольцевой зазор
Малый
Отсутствие
скоплений
Выбор жидкости
менее важен
Ламинарный
поток
Большой
Очень важен
выбор раствора
Большие
скопления
шлама

19. Скорость потока

Скорость
раствора
в затрубье
Образование
отложений
Низкая
Сползание
отложений
Длительное время
выноса
Высокая
Препятствует
отложениям
Удаляет
отложения
Короткое время
выноса

20. Влияние скорости потока

При любых углах наклона ствола
скважины увеличение скорости бурового
раствора
повышает
эффективность
транспорта шлама
Возможность увеличения скорости потока
ограничена
величиной
давления
гидроразрыва пласта, устойчивостью пород
к размыву, производительностью насосов
С увеличением длины ствола ограничения
по
скорости
потока
приобретают
критический характер

21. Эффективность турбулентного режима

Маловязкий
буровой
раствор
при
турбулентном
режиме
движения
обеспечивает вынос шлама из скважины в
интервале значений зенитного угла менее
300 и более 600
Турбулентный
режим
может
быть
неэффективен для очистки участков
ствола скважины с зенитными углами от
300 до 600

22. Эффективность ламинарного режима

Эффективность транспорта шлама при
любых углах наклона ствола скважины
может быть обеспечена при ламинарном
режиме движения бурового раствора с
высокой вязкостью при малых скоростях
сдвига (LSRV) наряду с достаточно
высокой скоростью вращения бурильной
колонны

23. Модельные реологические параметры неинформативны

Пластическая вязкость, динамическое
напряжение
сдвига,
коэффициент
консистенции, показатель нелинейности и
условная вязкость бурового раствора не
определяют его способность выносить
шлам из невертикальных участков
скважины!

24. Модельные реологические параметры раствора

Значения параметров вязкопластичной или
степенной реологической модели бурового
раствора
должны
обеспечивать
эффективный транспорт шлама в участках
скважины с зенитными углами менее 300
при
минимальной
циркуляционной
плотности раствора на забое

25. Немодельные реологические параметры раствора

Вязкость при низкой скорости сдвига (LSRV)
LSRV 40 000 мПа с (сП) при углах более 300
Напряжение сдвига при низкой скорости
сдвига (Low-Shear Yield Point - LSYP)
LSYP = 2 3rpm - 6rpm
0,4 D LSYP 0,5 D при углах менее 300
1,0 D LSYP 1,2 D при углах более 300
D – диаметр скважины в дюймах

26. Влияние СНС бурового раствора

Высокое СНС бурового раствора не предотвращает в
динамических условиях оседание и накопление
шлама в невертикальных участках скважины
В статических условиях высокое СНС раствора
может “заморозить” слой шлама на стенке
скважины, создавая дополнительные трудности для
его удаления и благоприятные условия для
дифференциального прихвата бурильной колонны
Необходима способность раствора к практически
мгновенному образованию не упрочняющейся во
времени структуры, достаточной для удержания
мелкого и среднего шлама

27. Влияние ингибирования

Отдельные частицы шлама легче
вымываются буровым раствором, чем
частицы
вязкого
гидратированного
шлама
При наличии в разрезе глинистых пород
эффективность
очистки
ствола
скважины может быть обеспечена только
применением ингибирующих растворов
или растворов на углеводородной основе

28. Выбор параметров раствора и режима промывки

Требования к реологическим параметрам раствора
и технологии промывки вертикального участка
скважины могут не соответствовать и даже
противоречить требованиям к раствору и технологии промывки наклонного и горизонтального
участков
В выборе параметров бурового раствора и режимов
промывки скважины необходимо, прежде всего,
ориентироваться на обеспечение эффективной
очистки наиболее критического интервала
с
зенитными углами от 300 до 600

29. Ограничение скорости бурения

Механическая
скорость
бурения
скважины
должна
быть
строго
ограничена в соответствии с расчетной
оценкой
скорости
гидротранспорта
шлама в кольцевом пространстве
скважины и/или предыдущего опыта
бурения аналогичных скважин!

30. Технологические приемы промывки скважины

Прекращение циркуляции бурового раствора в
скважине перед подъемом
бурильной колонны
допускается только при отсутствии признаков
некачественной очистки ствола скважины
При небольшой длине участка скважины с зенитными
углами от 300 до 600 промывка ствола перед подъемом
бурильной колонны осуществляется с приложением к
колонне растягивающего усилия и смещения ее к
верхней стенке скважины
При высокой скорости бурения интервалов с углами
более 300 необходимо осуществлять промежуточные
промывки скважины с вращением бурильной колонны
Вращение бурильной колонны должно строго
предшествовать началу промывки участков скважины
с зенитными углами от 300 до 600

31. Вращение бурильной колонны

Эффективность транспорта шлама в наклонном стволе ламинарным потоком повышается при вращении бурильной колонны
При турбулентном режиме промывки скважины вращение бурильной колонны практически не влияет на
эффективность транспорта шлама

32. Прокачка высоковязких пачек для очистки ствола

При углах наклона ствола менее 300
эффективна прокачка высоковязких и
тяжелых пачек
При углах более 300 прокачка высоковязких
пачек малоэффективна
Эффективность прокачки высоковязких
пачек при углах более 300 может быть
повышена только за счет увеличения подачи
насосов, вращения (не менее 50 об/мин) и
расхаживания бурильной колонны

33. Ввод смазки в буровой раствор

Необходимость ввода смазывающих
добавок в буровой раствор
устанавливается только после
обеспечения качественной очистки
ствола скважины!

34. Стоимость бурового раствора

Высокая стоимость бурового раствора
для бурения скважин с большим
отклонением от вертикали значительно
ниже потенциальных затрат на
ликвидацию осложнений, обусловленных
неудовлетворительным качеством
очистки ствола скважины!