Раздел 6. Расчеты, связанные с приготовлением промывочных жидкостей.

6.1. Расчет потребного количества бурового раствора.

Сущность этих расчетов в общем виде подробно изложена в источнике [3, стр. 50 - 54], в котором указано, что 1 случай – полная замена промывочной жидкости, применяется для начала бурения скважины, а также перед вскрытием продуктивной залежи углеводородов с выбором ее соответствующего вида, состава и полной заменой применяемого ранее бурового раствора для обеспечения ее эффективного первичного вскрытия. 2 случай, когда замена промывочной жидкости не предусматривается, а позволяет использовать буровой раствор, находящийся в скважине и в элементах циркуляционной системы. Этот случай предусматривает применение бурового раствора, используемого при бурении верхних интервалов горных пород, объем которого увеличивается на дополнительное количество, состоящее из количества промывочной жидкости для увеличения запасного объема и для бурения в рассматриваемом интервале, т.е. из расходной части объема бурового раствора, определяемом по установленным на практике нормам его расхода. [3, стр. 52, табл. 18].

Исходя из этих отправных моментов методики расчета, при определении количества материалов и химических реагентов для бурения скважины с конкретной конструкцией принимаем сначала 1 случай для начального бурения 1-го интервала (бурения «с нуля»), а в последствии для полной замены используемого объема бурового раствора перед первичным вскрытием продуктивной залежи, расположенной в интервале 2040 – 2250 м.

В этом случае объем бурового раствора необходимо определять по формуле:

(1)

где:

V_исх – исходный объем бурового раствора: объем для заполнения элементов циркуляционной системы – по табл. 17 стр. 51 [3], м³

V_зап – запасной объем, м³

Запасной объем (V_зап) – это объем скважины при окончании бурения в рассматриваемом интервале:

V_зап = V_скв (2)

V_бур – объем бурового раствора, необходимого для бурения в рассматриваемом интервале скважины, м³

V_бур = (3)

- длина интервала, в пределах которого действует норма расхода бурового раствора, м;

n_m – норма расхода бурового раствора, зависящая от вида обсадной колонны, под которую ведется бурение, принимается по табл. 18 стр. 52 [3], м³/м.

Для 2-го случая, когда замена бурового раствора не предусматривается, необходимо определять дополнительное его количество: для каждого последующего интервала (после интервала под направляющую обсадную колонну):

(4)

где:

- количество бурового раствора для увеличения запасного объема (V_зап), использованного при бурении в предыдущем интервале:

(5)

- запасной объем для рассматриваемого интервала, равный объему скважины в этом интервале:

- запасной объем для предыдущего интервала, равный объему скважины в этом интервале:

После выполненных расчетов, необходимо провести сравнение по двум неравенствами, если:

– - то пополнение запасного объема не требуется, т.е. ;

– - то необходимо увеличить объем на величину для выполнения условия (5).

Расчет объемов бурового раствора необходимо начинать с 1-го интервала (при бурении под направляющую обсадную колонну), а затем суммировать все объемы бурового раствора, необходимого для бурения в каждом из намеченных интервалов в соответствии с конструкцией скважины (см. рис. 1).

Пример 1. Рассчитать объем бурового раствора для бурения скважины со следующей конструкцией.

Таблица 2

Проектная конструкция скважин (см. рис. 1)

№ п/п	Вид обсадной колонны	Глубина спуска обсадных колонн, м.	Диаметр обсадной колонны мм	Диаметр долота в интервале спуска обсадной колонны, мм
от	до	всего	наружный	внутренний
	Направляющая Кондуктор Промежуточная Эксплуатационная					274,5 115,8	393,7 269,9

Расчет объемов бурового раствора проводим в следующей последовательности:

1. Определяем объем бурового раствора для бурения под направляющую обсадную колонну:

(6)

;

(7)

где:

- диаметр скважины под направляющую, м.

- длина интервала скважины под направляющую, м.

(8)

тогда:

2. Определяем дополнительный объем бурового раствора для бурения под кондуктор, в случае если будет применяться раствор, использованный при бурении под направляющую обсадную колонну, т.е. в предыдущем интервале:

(9)

(10)

где:

- запасной объем раствора для бурения под направляющую обсадную колонну (найден в п.1);

- запасной объем для бурения под кондуктор.

Величина определяется, для случая, когда направляющая обсадная колонна опущена в скважину и зацементирована, а затем пробурен интервал скважины под кондуктор до глубины .

Тогда величина состоит из двух величин,

– объема раствора, необходимого для заполнения внутри направляющей обсадной колонны:

(11)

где: D_н – внутренний диаметр направляющей колонны;

– объема бурового раствора, необходимого для заполнения необсаженной части скважины, расположенной ниже башмака направляющей колонны:

(12)

следовательно:

(13)

и:

Проверяем условие:

следовательно, необходимо объем запаса при бурении под кондуктор пополнить на величину:

(14)

Тогда:

Находим объем бурового раствора, необходимый для механического бурения под кондуктор

(15)

где: - длина интервала ниже башмака направляющей колонны при бурении под кондуктор, м.

тогда:

Следовательно, для бурения под кондуктор потребуется следующее количество бурового раствора (по формуле (9)):

3. Определяем дополнительный объем бурового раствора для бурения под промежуточную обсадную колонну в случае, если будет применяться раствор, используемый при бурении под кондуктор:

(16)

Количество бурового раствора для увеличения запасного объема при бурении под промежуточную обсадную колонну составляет:

(17)

Аналогично расчетам для кондуктора:

(18)

где:

D_k – внутренний диаметр кондуктора;

D_с.пр. – диаметр скважины в интервале бурения под промежуточную обсадную колонну;

- длина интервала скважины под промежуточную колонну ниже башмака кондуктора

тогда:

Проверяем условие:

Следовательно, необходимо пополнить запас объема бурового раствора при бурении под промежуточную колонну на величину:

(19)

тогда:

Находим объем бурового раствора, необходимый для механического бурения интервала скважины под промежуточную обсадную колонну:

(20)

Следовательно, необходимый объем для бурения интервала скважины ниже башмака кондуктора под промежуточную колонну составит:

4. Определяем объем бурового, раствора, необходимый для бурения интервала скважины под эксплуатационную колонну.

При этом отметим следующее: в соответствии с принятой конструкцией скважины эксплуатационная обсадная колонна будет опущена до глубины 2550 м, перекрыв продуктивный углеводородный коллектор в интервале 2040 – 2250 м. В этом случае буровой раствор, который использовался для бурения в интервале скважины под промежуточную колонну будет применяться для бурения в интервале скважины под эксплуатационную колонну до кровли продуктивного горизонта, залегающей на глубине 2040 м. Первичное вскрытие продуктивной толщи (2040 – 2250 м) и добуривание скважины до проектной глубины (2550 м) предусматриваем производить с применением бурового раствора на углеводородной основе, ИБР (см. раздел 5).

В этом случае, определяем потребный объем бурового раствора для бурения под эксплуатационную колонну по формуле:

(21)

Количество бурового раствора для увеличения запасного объема при бурении под эксплуатационную колонну будем определять по формуле:

(22)

Запасной объем для бурения интервала скважины под эксплуатационную колонну находим:

(23)

D_пр. – внутренний диаметр промежуточной колонны;

- длина интервала скважины при бурении под эксплуатационную колонну до кровли продуктивной залежи.

Тогда:

Проверяем условие

(63,86 > 48,03 м³)

пополнение объема бурового раствора не требуется,

определяем необходимый объем бурового раствора для механического бурения скважины под эксплуатационную колонну в интервале 1105 – 2040 м (до кровли продуктивной залежи):

(24)

тогда:

следовательно, дополнительный объем бурового раствора для бурения интервала скважины под эксплуатационную колонну по формуле (21) составит:

5. Определяем количество бурового раствора для бурения скважины во всех интервалах до кровли продуктивной залежи (2040 м.):

(25)

6. Определяем количество бурового раствора, потребного для первичного вскрытия продуктивной залежи и добуривания скважины до проектной глубины 2550 м.

Как уже отмечалось выше, для этой цели будет применяться раствор на углеводородной основе. Применяем совместный способ вскрытия продуктивной толщи (2040 – 2250 м.) и вышезалегающих горных пород, в которых не будут возникать осложнения в процессе перебуривания продуктивного горизонта с применением бурового раствора на углеводородной основе, в том числе и для добуривания скважины до проектной глубины (2550 м.)

В этом случае потребный объем бурового раствора на углеводородной основе определим по формуле:

(26)

где:

V_зап.п. – запасной объем бурового раствора необходимого для перебуривания продуктивной толщи и добуривания скважины до проектной глубины;

(27)

где: - проектная глубина скважины

- глубина спуска промежуточной обсадной колонны.

тогда:

Объем бурового раствора, необходимого для механического бурения скважины в интервале продуктивной залежи и ниже до проектной глубины находим по формуле:

(28)

где: - глубина расположения кровли продуктивной залежи

тогда:

Определяем по формуле (26) потребный объем бурового раствора на углеводородной основе:

После достижения скважинной проектной глубины 2550 м. в нее опускается эксплуатационная колонна той же длины и осуществляется ее цементирование с последующим вторичным вскрытием продуктивной толщи в интервале 2040 – 2250 м. с применением одного из методов перфорации эксплуатационной колонны.

7. Определяем массу глины для приготовления бурового раствора, необходимого для бурения всей скважины.

По формуле 30 [3, стр. 53]:

т

В том случае, если плотность бурового раствора в каждом из интервалов различная, то расчет количества глины ведется последовательно для каждого из этих интервалов с последующим их суммированием при определении общего расхода глины.

8. Определяем необходимое количество воды для бурения всей скважины.

Там же, по формуле (31)

т

9. Определяем средний расход глины на бурение 1 м. скважины:

Там же, по формуле (32):

т/м

10. Определяем средний расход воды на бурение 1 м скважины:

Там же, по формуле (33):

т/м

6.2. Расчет количества химических реагентов для обработки бурового раствора.

Расчет необходимого количества химических реагентов ведется на основе разработанной рецептуры бурового раствора применительно к каждому из выделенных интервалов бурения. Возможные варианты расчетов при этом:

1 вариант – если химический реагент вводится впервые, т.е. его до начала бурения в данном интервале в промывочной жидкости его не было. В этом случае химической обработке подлежат:

исходный объем – V_исх.

запасный объем – V_зап.

объем бурового раствора, расходуемого на бурение – V_бур.

Тогда масса химического реагента (компонента) для приготовления бурового раствора определяется по формуле:

(29)

где:

Q_исх. – масса компонента для обработки исходного раствора:

(30)

Q_зап. – масса компонента для обработки запасного объема раствора:

(31)

Q_бур. – масса компонента для обработки расходуемого при бурении раствора

(32)

- повышающий коэффициент для учета расхода его при повторной обработке бурового раствора при бурении;

= 1 при первичном введении компонента;

= 1,1 при каждом повторном введении компонента и расчете величин Q_исх., Q_зап. и Q_бур.;

q – рациональная концентрация химического реагента в промывочной жидкости, кг/м³.

Рациональная концентрация химического реагента в составе выбранного бурового раствора назначается в соответствии с имеющимися рекомендациями в источниках [1,2,4,3,5 и др.].

Часто в литературных источниках концентрация химических реагентов в составе рекомендуемых рецептур буровых растворов задается в процентах (%). В этом случае для перевода рекомендуемой концентрации из % в кг/м³ конкретного химического реагента необходимо пользоваться формулами:

, кг (33)

где:

- масса химического реагента для обработки заданного объема (V_p) бурового раствора, кг

х – рекомендуемая концентрация химического реагента, %

- плотность бурового раствора, кг/м³,

а: , кг/м³ (34)

2 вариант – если рассматриваемый химический реагент уже присутствовал в буровом растворе при бурении предыдущего интервала, то расчет его количества ведется в зависимости от соотношения его концентрации в растворе предыдущего и рассматриваемого интервалов:

а) концентрация компонента в буровом растворе при бурении в рассматриваемом интервале требуется меньшая, нежели была в растворе для предыдущего интервала.

В этом случае исходный объем раствора (V_исх.) не обрабатывается, а подлежат обработке:

- дополнительный объем запасного раствора для рассматриваемого интервала скважины;

- объем бурового раствора, расходуемого на бурение рассматриваемого интервала

В этом случае масса химического реагента для обработки бурового раствора определяется по формуле:

(35)

Количество реагента для обработки запасного объема бурового раствора определяется по формуле:

, (36)

где:

q_m - рекомендуемая концентрация химического реагента в рассматриваемом интервале, кг/м³

Масса реагента для обработки бурового раствора, расходуемого при бурении в рассматриваемом интервале скважины определяется по формуле:

, (37)

б) концентрация химического реагента в буровом растворе при бурении в рассматриваемом интервале скважины требуется более высокая, нежели в растворе предыдущего интервала т.е.: q_m > q_m-1

В этом случае химической обработке подлежат:

V_исх. – исходный объем;

V_зап.m-1 – объем запасного бурового раствора использовавшегося при бурении предыдущего интервала.

Заново должны обрабатываться химическим реагентом:

- дополнительный объем запасного бурового раствора;

- объем бурового раствора, расходуемый на бурение скважины в рассматриваемом интервале.

Определяем массу химического реагента по формулам:

– для обработки исходного объема бурового раствора:

, (38)

– для обработки запасного объема бурового раствора:

(39)

– для обработки бурового раствора, расходуемого на бурение рассматриваемого интервала скважины:

, (40)

где:

и - рекомендуемая концентрация химического реагента в буровом растворе для бурения в рассматриваемом и предыдущем интервалах соответственно, кг/м³.

В результате расчетов в разделе 6.2 необходимо определить количество каждой разновидности химических реагентов в каждом из рассматриваемых интервалов бурения скважины, а также их общее количество, необходимое для бурения всей скважины.

Пример 2. Приведем примерный расчет количества химического реагента к-4 (модификации гипана), который применяется для обработки бурового раствора при бурении во всех интервалах проектной скважины до глубины 2040 м. (до продуктивной залежи).

Если какой-то химический реагент рекомендуется для применения при бурении не во всех интервалах скважины, то расчеты необходимо вести только для тех интервалов, в пределах которых он рекомендуется для применения с последующим определением суммарного количества его по всем интервалам.

Для нашего случая применения реагента к-4 чтобы упростить расчет, принимаем частный случай: концентрация в буровом растворе рекомендуемого реагента в каждом рассматриваемом интервале равна концентрации его в предыдущем.

1. Определяем количество реагента к-4 для бурения в интервале 0-5 м под направляющую обсадную колонну. По аналогии с формулой (29) эту величину находим по формуле:

(41)

массу реагента к-4 для обработки исходного раствора определяем по формуле (30), но при этом: рациональная концентрация реагента к-4 в буровом растворе составляет 0,5 %. Тогда по формуле (34):

Массу реагента к-4 для обработки запасного объема определяем по формуле (31)

Массу реагента к-4 для обработки расходуемого на бурение бурового раствора определяем по формуле (32):

масса реагента к-4 для бурения скважины в интервале 0-5 м по формуле (41) составит:

2. Определяем количество реагента к-4 для бурения в интервале 5 – 400 под кондуктор.

В этом интервале бурения применяется тот же реагент к-4, что и в предыдущем, следовательно обрабатывать им объемы V_исх. и V_зап.m-1 не надо. Подлежат обработке химическим реагентом дополнительный объем бурового раствора для пополнении его при бурении под кондуктор по формуле (14) и объем бурового раствора, расходуемого на бурение в интервале 5 – 400 м, который мы определим по формуле (15).

Следовательно для бурения под кондуктор необходимо определить массу реагента к – 4 для обработки дополнительного объема бурового раствора

(42)

и массу реагента к-4 для обработки объема расходуемого на бурение раствора:

(43)

Расход реагента при бурении в интервале 5 – 400 м под кондуктор составляет:

(44)

3. Определяем количество реагента к-4 для бурения скважины в интервале 400 – 1105 м под промежуточную колонну.

Так как реагент к-4 присутствовал в буровом растворе при бурении интервала 5 – 400 м. под кондуктор, то аналогично п. 2 рассчитываем:

массу реагента к-4 для обработки дополнительного объема бурового раствора

(45)

В формуле (45) величина найдена по формуле (19);

массу реагента к-4 для обработки объема бурового раствора, расходуемого на процесс бурения:

(46)

Следовательно, расход реагента к-4 для бурения в интервале 400 – 1105 м скважины составляет:

(47)

4. Определяем количество реагента к-4 для бурения скважины в интервале 1105 – 2040 м под эксплуатационную колонну. Расчеты аналогично выполненным в п.2 и п.3.

Масса реагента к-4 для обработки дополнительного объема бурового раствора:

(48)

так как , то реагент для обработки этого объема не требуется и

Масса реагента к-4 для обработки бурового раствора расходуемого на процесс бурения скважины в интервале 1105 – 2040 м:

(49)

Следовательно, количество реагента к-4 для бурения в интервале скважины 1105 – 2040 м

составляет:

(50)

кг

5. Определяем суммарное количество реагента к-4, необходимого для бурения всей скважины:

(51)

Следует отметить химический реагент к-4 (модификация гипана) поставляется на буровые предприятия в виде товарного продукта – пасты, содержащей в своем составе по массе 10% сухого вещества и 90% воды. Рекомендуемое значение концентрации к-4 0,5% или 5,4 кг/м³ в буровом растворе приводятся по содержанию сухого вещества в этом растворе.

Для определения объема реагента к-4, выпускаемого в пастообразном состоянии и потребного для обработки расчетного объема бурового раствора необходимо сначала определить по формуле (34) концентрацию сухого вещества реагента к-4 в его товарном продукте при 10% содержании сухого вещества в товарном продукте плотностью 1100 кг/м³:

Для определения количества реагента к-4, добавляемого в пастообразном состоянии в буровой раствор необходимо составить уравнение баланса масс между массой сухого вещества к-4 при его концентрации в объеме реагента в виде пасты (с = 110 кг/м³) и массой его при концентрации n = 5,4 кг/м³ (п.1 раздела 6.2) в объеме бурового раствора V_p и объеме вводимого в него реагента к-4 в пастообразном состоянии V_х. Решение этого уравнения баланса масс позволяет определить количество химического реагента, вводимого в состав бурового раствора в жидком или пастообразном состоянии. Для нашего случая объем пастообразного реагента к-4, который необходимо ввести в буровой раствор для обеспечения концентрации его по сухому веществу n = 5,4 кг/м³ определим по формуле:

, м³ (51)

тогда:

6. Определяем средний расход реагента к-4 по сухому веществу на бурение 1 м скважины в интервале 0 – 2040 м:

Для определения полных затрат на организацию промывки скважины необходимо рассчитать потребное количество всех химических реагентов в соответствии с выбранной рецептурой буровых растворов.

При выполнении данного курсового проекта количество реагентов, подлежащих расчету, согласовывается с руководителем.

Остальные разделы курсового проекта выполняются в соответствии с «Методическими рекомендациями …………… 2006 г.» (стр. 54 – 70).

Список литературы

1. Калинин А.Г., Левицкий А.З., Мессер А.Г., Соловьев Н.В. «Практическое руководство по технологии бурения скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые». Недра, М., 2001 г.

2. Дудля Н.А., Третьяк А.Я. «Промывочные жидкости в бурении». Ростов Н/Дону, 2009 г.

3. Соловьёв Н.В. Методические рекомендации по составлению курсового проекта «Разработка технологического регламента промывочной жидкости для бурения скважины» по дисциплине «Очистные агенты и тампонажные смеси» М., РГГРУ, 2006 г.

4. Рязанов Я.А. «Справочник по буровым растворам» Недра, М., 1986 г.

5. Калинин А.Г. «Бурение нефтяных и газовых скважин» ЦентрЛитНефтегаз, М., 2008 г.

6. Соловьёв Н.В. и др. «Бурение разведочных скважин» Высшая школа, М., 2007 г.

7. Ивачёв Л.М. «Промывка и тампонирование геологоразведочных скважин» Справочное пособие. Недра, М., 1989 г.

8. Городнов В.Д. «Буровые растворы» Недра, М., 1985 г.

9. Булатов А.И. и др. «Справочник инженера по бурению скважин» Т 1., Недра, М., 1985 г.

10. Соловьёв Н.В. Методические рекомендации по составлению курсового проекта по курсу: «Промывочные жидкости и тампонажные смеси» для студентов специальности 08.07 («Технология и техника разведки МПИ») РГГРУ, М., 2006 г.