Поглощение буровых и тампонажных растворов

Поглощение буровых и тампонажных растворов может быть вызвано наличием в горных породах каналов (например трещин, пустот, каверн) и гидравлическим разрывом пород при значительном превышении и гидростатического давления над пластовым.

Раскрытие естественных или образование новых трещин происходит при условии

р_с.т+р_г.д>р_пл+р_р              (17.1)

где р_с.т - гидростатическое давление в стволе скважины; р_г.д - гидродинамическое давление; р_пл - пластовое давление; р_р - гидравлическое сопротивление растеканию бурового лили тампонажного раствора по каналам в горной породе, вскрытым скважинам.

Давление гидроразрыва пласта ориентировочно можно оценить по уравнению

р_гр=(0,49÷0,91)р_г,               (17.2)

где р_г - горное (геостатическое давление).

Способ предупреждения и ликвидации поглощения выбирается в зависимости от характеристик поглощающего горизонта.

Относительное давление в поглощающем горизонте

        (17.3)

где ρ_б.р, ρ_в - плотность соответственно бурового раствора и воды (в кг/м3); h_п.г - глубина поглощающего горизонта, м; h_ст - высота снижения уровня жидкости (статический уровень), м.

Положение статического уровня воды в скважине при замене глинистого раствора водой устанавливается из выражения

h_c2=H-h_в          (17.4)

где h_в - высота столба воды,

h_в=h_б.pρ_б.р/ρ_в=(H - h_cl)ρ_б.р/ρ_в               (17.5)

h_б.p - высота столба раствора в скважине; h_cl - статический уровень раствора в скважине.

Плотность жидкости для замены в скважине раствора с таким расчетом, чтобы статический уровень был на устье, вычисляется из уравнения

ρ₁=(H-h_cl)ρ_б.р/H.                    (17.6)

Если рост ρ_б.р обусловлен переходом части выбуренной породы в активную твердую фазу, то восстановить ее можно разбавлением раствора водой с введением соответствующих реагентов.

Плотность бурового раствора, обеспечивающая нормальную циркуляцию при поглощении, определяется из уравнения

ρ_б.р2=kρ_6.р1(h_п-h_c)/h_п            (17.7)

где k=0,85 - коэффициент запаса; h_п - глубина нахождения кровли поглощающего горизонта, м.

Объем бурового раствора (в м3), который поглотила скважина,

Q=Sh,                (17.8)

где S - площадь приемной емкости, м2; h - высота снижения уровня в емкости, м.

Интенсивность поглощения (в м3/ч)

Q₁=Q60/t,                (17.9)

где t - время (в ч), за которое уровень в емкости снизился на величину h.

Коэффициент поглощающей способности при полном поглощении бурового раствора

K_п.с.=Q₁/√h_ст-h_дин             (17.10)

где h_дин - динамический уровень раствора в скважине, м.

Классификация зон поглощения в зависимости от величины К_п.с приведена ниже.

Коэффициент Kп.с.	1	1-3	3-5	5-15	15-25	>25
Классификация зон поглощения	I	II	III	IV	V	VI
Поглощение	Частичное	Полное	Интенсивное	Интенсивное	Катастрофическое	Катастрофическое

При частичном поглощении коэффициент К_п.с определяется из выражения

К_п.с=Q1/√h_ст+р_к.п10             (17.11)

где р_к.п - гидравлические потери в кольцевом пространстве при движении раствора от зоны поглощения к устью скважины, МПа.

При определении необходимой плотности ЛБР можно воспользоваться формулой (3.5).

Максимальная скорость спуска бурильного инструмента с целью предупреждения поглощения бурового раствора определяется из выражения

                 (17.12)

где р_г - гидростатическое давление бурового раствора, МПа; Р_пл - пластовое давление, МПа; D_д - диаметр долота, м; d - диаметр бурильных труб, м; η - пластическая вязкость бурового раствора, Па·с.

Эффективным способом изменения характеристики поглощающего горизонта является применение закупоривающих материалов наполнителей, которые в зависимости от условий бурения конкретной скважины добавляют в циркулирующий буровой раствор, или поведение разовой закачки в зону поглощения порции специальной жидкости с наполнителем.

Закачивание тампонажной смеси в зону поглощения по стволу скважины рекомендуется предусматривать в следующих случаях: интенсивность поглощения не менее 30 м3/ч; зона поглощения расположена на глубине hp≤2000 м, а выше нее нет высокопроницаемых пластов; необсаженный ствол скважины сложен устойчивыми породами.

Если ни один из перечисленных выше способов ликвидации поглощения не дает результата, то для обеспечения в дальнейшем нормального процесса бурения скважину необходимо закрепить обсадными трубами с обязательным цементированием затрубного пространства. Цементирование обсадной колонны

Пример 17.1. Требуется определить относительное давление в поглощающем горизонте, который проектируемая скважина должна вскрыть на глубине Н=400м, если плотность циркулирующего бурового раствора ρ=1220 кг/м3

Решение. Относительное давление вычисляется по формуле (17.3).

Пример 17.2. Определить, как измениться статический уровень в скважине при замене глинистого раствора водой для следующих условий: глубина скважины Н=617 м, плотность глинистого раствора ρ_б.р=1240 кг/м3; статический уровень раствора в скважине h_с1=125 м.

Решение. Высота столба раствора в скважине h_б.p=H-h_c1=617 - 125=492 м.

Высота столба воды по формуле (17.5)  h_в=492·1240/1000=610 м.

Положение статического уровня воды в скважине h_с2=617-610=7 м.

Пример 17.3. В проектируемой скважине глубиной H=487 м при бурении под кондуктор ожидаемый статический уровень бурового раствора плотностью ρ_б.р=1210 кг/м3 должен составить h_c1=27 м. Какова должна быть плотность бурового раствора, чтобы статический уровень был на устье?

Решение. По формуле (17.6) ρ₁=(487 - 27)1210/487=1143 кг/м3.

Пример 17.4. Предполагается, что скважина должна вскрыть кровлю поглощающего пласта на глубине h_п=293 м. Известно также, что глубина положения статического уровня h_с=5м. Определить плотность бурового раствора, который должен обеспечить нормальную циркуляцию при поглощении, если плотность исходного бурового раствора составляет ρ_б.р1=1200 кг/м3.

Решение. По уравнению (17.7) находим плотность раствора ρб.р2=0,85·1200(293 - 5)/293=1003 кг/м3.

Вывод. Для осуществления нормальной циркуляции достаточно заменить циркулирующий буровой раствор водой при условии, если это позволяет геологический разрез скважины.

Пример 17.5. При вскрытии трещиноватых и ошлакованных базальтов четвертичного возраста произошло поглощение бурового раствора (воды). В процессе бурения при работе насоса за время t=45 мин уровень в емкости, площадь основания которой S=9 м2, снизился на h=0,6 м. Найти объем воды, который поглотила скважина, и интенсивность поглощения.

Решение. Объем бурового раствора, который поглотила скважина, находим по формуле (17.8)

Q=9·0,6=5,4 м3/ч.

Интенсивность поглощения по формуле (17.9) Q₁=5,4·60/0,75=432 м3/ч.

Пример 17.6. Определить коэффициент поглощающей способности, характеризующий пропускную способность зоны поглощения, если замеры уровней в ранее пробуренных скважинах дали следующие результаты статический уровень на расстоянии h_ст= 117 м от устья. При работе одного насоса У8-6МА2 при Q= 17 л/с (или 61,2 м3/ч) динамический уровень установился на глубине h_дин= 109 м.

Решение. Коэффициент поглощающей способности определяется по формуле (17.10)

K_п.с=61,2√117-109=21,7.

Поглощение относится к V категории.