Анализ условий бурения

Содержание

Задание на практическое занятие

№20

1. Вид полезного ископаемого - нефть

2. Дебит скважины - 50 т /сут.

3. Пластовое давление - 24 МПа

4. Геологический разрез - №П 2.3

5. Глубина скважины - 2500 м

6. Зоны возможных осложнений в интервале: 1650-1700 м

7. Характер осложнений - Обрушение стенок скважины

Таблица 1 - Разрез №П 2.3

Лабораторная работа №1. - Анализ условий бурения.

Таблица 2 - Анализ условий бурения

Лабораторная работа №2. - Последовательность проектирования

2.1 Определение диаметра эксплуатационной колонны:

Диаметр эксплуатационной колонны выбираем равным 127 мм, т. к. дебит скважины 50 т/сут.

2.2 Глубина спуска эксплуатационной колонны равна проектной - 2500м.

2.3 Определяем диаметр бурения под эксплуатационную колонну:

,

где - диаметр бурения под эксплуатационную колонну, мм;

- диаметр муфты эксплуатационной колонны, мм;

d - зазор между долотом и стенкой скважины, 6-14мм.

2.4 Диаметр долота под эксплуатационную колонну выбираем равным .

2.5 Определяем диаметр промежуточной колонны:

,

где - диаметр долота под эксплуатационную колонну, мм;

D - зазор между диаметром долота и внутренним диаметром промежуточной колонны, 4-8мм.

Диаметр промежуточной колонны:

,

где d_т - толщина стенки трубы, мм.

Выбираем стандартную трубу диаметром 194 мм.

2.6 Определяем диаметр бурения под промежуточную колонну:

,

2.7 Диаметр долота под промежуточную колонну выбираем равным

2.8 Глубина спуска промежуточной колонны выбирается из условия:

Колонна должна быть в устойчивой породе.

L_ПК = 2300м.

2.9 Определяем диаметр кондуктора:

,

где - диаметр долота под промежуточную колонну, мм;

D - зазор между диаметром долота и внутренним диаметром кондуктора, 4-8 мм.

Диаметр кондуктора:

,

где d_т - толщина стенки трубы, мм.

Выбираем стандартную трубу диаметром 273 мм.

2.10 Определяем диаметр бурения под кондуктор:

,

2.11 Диаметр долота под кондуктор выбираем равным

2.12 Глубина спуска кондуктора выбирается из условия:

Колонна должна быть в устойчивой породе, длиной 200-700 м.

L_к = 700 м

2.13 Определяем диаметр направления

,

где - диаметр долота под кондуктор, мм;

D - зазор между диаметром долота и внутренним диаметром направления, 4-8 мм.

.

Диаметр направления:

,

где d_т - толщина стенки трубы, мм.

.

Выбираем стандартную трубу диаметром 340 мм.

2.14 Определяем диаметр бурения под направление:

,

.

2.15 Диаметр долота под направление выбираем равным

2.16 Глубина спуска направления выбирается из условия:

Колонна должна быть породе, длиной 30 - 50 м.

L_н = 40 м

Таблица 3 - Результаты расчета проектирования скважины.

Лабораторная работа №3. - Расчет режимов бурения.

3.1 Осевая нагрузка.

,

где Р_УД - удельная нагрузка, кН/см;

D_д - диаметр долота, см.

3.2. Частота вращения.

,

где V_ОКР - окружная скорость (0,7-1,8 м/с).

3.3 Расход очистного агента.

,

где F_ЗП - площадь заколонного пространства;

V_P - скорость движения глинистого раствора (0,3-0,7 м/с).

м²

м³ /с

м²

м³ /с

м²

м³ /с

м²

м³ /с

Таблица 4 - Результаты расчета режимов бурения.

Лабораторная работа №4. - Выбор компоновки бурильной колонны.

4.1 Выбор бурильных труб:

Для бурения скважины выбираем стальные бурильные трубы с приварными замками и высаженными наружу концами ПН 102х8 (d_Т =8,4, q=19,3 кг/м, D_М =152 мм, тип резьбы -З -122).

4.2 Выбор утяжеленных бурильных труб:

Для бурения под направление:

мм

Выбираем стандартную УБТ диаметром 299 мм, тип резьбы - З - 201, q=489,5 кг/м.

Длина УБТ 8,3-9,5 м.

м

Для бурения под кондуктор:

мм

Выбираем стандартную УБТ диаметром 241 мм, тип резьбы - З - 185, q=324,8 кг/м.

м

Для бурения под промежуточную колонну:

Выбираем стандартную УБТ диаметром 197 мм, тип резьбы - З - 147, q=198,4 кг/м.

Выбираем стандартную УБТ диаметром 165 мм, тип резьбы - З - 122, q=146,8 кг/м.

Принимаем длину L_УБТ2 равной 18 м.

Для бурения под эксплуатационную колонну:

мм

Выбираем стандартную УБТ диаметром 127 мм, тип резьбы - З - 102, q=79 кг/м

Таблица 5 - Результаты выбора компоновки бурильной колонны.

Лабораторная работа №5. - Расчет эксплуатационной колонны для нефтяной скважины.

Сведения о цементировании колонны: глубина до уровня цемента за колонной h_Ц = 2300 м, плотность цементного раствора r_Ж = 1850 кг/м³ , глубина спуска промежуточной колонны h_ПР = 2500 м, интервал продуктивного пласта 2350-2480 м: коэффициент аномальности пластового давления в продуктивном пласте к_А = 1,35, плотность пластового флюида (в период ввода в эксплуатацию) r_ПЛ = 860 кг/м³ , плотность жидкости, поступающей в скважину в конце эксплуатации, r_ФЛ = 950 кг/м³ , снижение уровня в колонне в конце эксплуатации h_K = 2400 м.

Сведения о проницаемом пласте: интервал положения пласта 2300-2400 м? коэффициент аномальности проницаемого пласта К_А = 1,17, индекс давления поглощения проницаемого пласта К_П = 1,6; плотность жидкости в колонне при ее испытании на герме­тичность r_{ОП Ж} = 1420 кг/м³ .

5.1 Расчет наружного давления.

На глубине 2300 м около цемента:

МПа

На глубине 2500 м:

МПа

На глубине 2900 м в кровле проницаемого пласта:

МПа

В интервале проницаемого пласта с К_А = 1.,17:

Давление у кровли:

МПа

Давление у подошвы:

МПа

Так как толщина проницаемого пласта не превышает 200 м, в интервале 2900-3100 м наружное давление принимается постоянным и равным среднеарифметическому.

На глубине 3100 м под проницаемым пластом:

Так как давление против проницаемого пласта оказывается ниже давления в цементном камне против подошвы и кровли, при построении эпюры наружного избыточного давления влияние проницаемого пласта можно не учитывать.

На глубине 3300 м над продуктивным пластом:

На глубине 3300 м в продуктивном пласте:

На глубине 3380 м в продуктивном пласте:

Так как толщина продуктивного пласта менее 200 м, давление в нем принимаетсяпостоянным и равным среднеарифметическому:

Это давление распространяется на 50 м выше кровли продуктивного пласта, т. е. до глубины 3250 м.

Давление на отметке 3250 м в цементном камне:

По рассчитанным величинам строится эпюра наружного давления на эксплуатационную колонну.

Рисунок 1 - Эпюра нагружения эксплуатационной колонны.

1, 2 ,3 - Наружное, внутреннее и избыточное наружное давление соответственно, 4 - избыточное внутреннее давление (при опрессовке колонны).

5.2 Расчет внутренне! о давления в колонне:

Давление на устье:

В период ввода в эксплуатацию:

При опрессовке колонны:

Это давление принимаемся в качестве расчетного, так как оно превышает минимальное рекомендуемое давление опрессовки Р_ОП =12,5 МПа для обсадных колонн диаметром 146,1 мм.

Минимальное давление у башмака колонны в период ввода в эксплуатацию:

Давление у башмака колонны:

В период опрессовки:

В конце эксплуатации:

По рассчитанным величинам строятся эпюры внутреннего давления во время опрессовки колонны и в конце эксплуатации.

5.3 Построение эпюры наружного избыточного давления.

Эпюра наружного избыточное давления строится для самых неблагоприятных условий нагружения, т.е. на заключительном этапе эксплуатации, когда вследствие снижения уровня жидкости в колонне внутреннее противодавление становится минимальным. Так как при снижении уровня жидкости в колонне она опорожняется до глубины 2400 м. то в интервале от устья до глубины 2400 м эпюра наружного избыточного давления аналогична эпюре наружного давления:

На глубине 2300 м:

На глубине 2400 м:

На глубине 3250 м:

На глубине 3400 м:

По разностям наружного и внутреннего давлений в характерных точках строится эпюра наружною избыточного давления, которая затем используется при расчете эксплуатационной колонны.

5.4 Построение эпюры внутреннего избыточного давления.

Для построения эпюры внутреннего избыточною давления исходной является эпюра наружного давления, и для сопоставления подбираются условия нагружения колонны, при которых внутреннее давление будет максимальным. Максимальное давление в колонне возникает во время ее опрессовки. Принимается, что внутреннее давление в колонне равномерно увеличивается от 17,5 МПа на устье до 64,8 МПа у башмака.

Приведем некоторые расчетные значения внутреннего избыточного давления в характерных точках:

На устье Р_Н,И, =17,5 МПа;

На глубине 2300 м:

На глубине 3250 м:

На глубине 3250 м (под влиянием продуктивного пласта):

На глубине 3400 м:

5.5 Выбор типа обсадных груб дли комплектования обсадной колонны и герметизирующего материала.

Поскольку некоторые показатели прочности обсадных труб (например, при расчете на растяжение) зависят от типа резьбового соединения труб, прежде чем приступить к расчету производится выбор обсадных труб. Для эксплуатационных колонн диаметром до 219,1 мм, работающих в жидкой среде при избыточном внутреннем давлении в пределах 10-30 МПа, рекомендуются обсадные трубы с треугольной резьбой и уплотнением ФУМ или трубы с трапецеидальной резьбой типа ОТТМ. Выбираем обсадные трубы с треугольной резьбой. Треугольная резьба может быть короткой и удлиненной. Учитывая, что эксплуатационная колонна проектируется для глубокой скважины, принимаем удлиненную резьбу.

5.6 Проектирование эксплуатационной колонны.

Расчет обсадной колонны ведется от ее нижнего конца. В нижней части наибольшее нагружение колонны возникает от избыточною наружного давления, поэтому оно и принимается прежде всего во внимание.

Коэффициент запаса прочности на смятие в интервале продуктивного пласта принимается в пределах К_З = 1,0-1,3 в зависимости от устойчивости коллектора. Примем К_З = 1,2. Тогда критическое давление обсадных труб, пригодных для комплектования нижней секции в интервале 3250-3400 м, должно быть Р_КР >1,2 34,6 =41,5 МПа. Этому

давлению соответствуют трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 10,7 мм, Р_КР = 43,7 МПа, внутреннее избыточное давление Р_В.И. = 48,6 МПа. Оно значительно превышает фактическое внутреннее избыточное давление Р_В.И. = 20,6 МПа.

Длина 1-й секции l₁ = 3400 - 3250= 150 м.

Вес 1 секции Р₁ = 0,360 150 = 54 кН.

На отметке 3250 м выше 1-й секции Р_Н.И = 34,3 МПа.

При коэффициенте запаса К_З =1 для второй секции выбираем трубы Р_КР > 34,3 МПа. Этому давлению соответствуют трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 9,5 мм, Р_КР = 37,1 МПа, Р_В = 43,1 МПа.

Скорректированное критическое давление для труб 2-й секции

,

где Р_2Т = 1548 кН.

Так как 36,7 МПа > 34,4 МПа, трубы из стали группы, прочности Д с толщиной стенки 9,5 мм подходят для 2-й секции.

Для 3-й секции принимаем трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 8,5 мм, Р_КР = 31,4 МПа, Р_В = 38,6 МПа. Эти трубы в соответствии с эпюрой наружного избыточного давления можно применять выше отметки 2250 м.

Длина 2-й секции l₂ = 3250 - 2250 = 1000 м.

Вес 2-й секции Р₂ = 0,323 1000 = 323 кН.

Суммарный вес двух секций P_1-2 : = 54 + 323 = 377 кН,

Скорректированное критическое давление смятия для труб 3-й секции:

,

где Р_3Т = 1392 кН.

Скорректированная глубина спуска 3-й секции по эпюре:

Скорректированная длина 2-й секции:

Вес 2-й секции Р₂ = 0,323 1180 = 381,1 кН.

Суммарный вес двух секций Р_1-2 = 54 + 381,1 =435,1 кН.

Для 4-й секции принимаем трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 7,7мм,Р_КР = 26,7МПа, Р_ВН = 35,0МПа, Р_СТР = 794кН.

Секцию 4 можно использовать выше отметки h₄ = 1900 м.

Длина 3-й секции l₃ = 2070- 1900 = 170 м.

Вес 3-й секции Р₃ = 0,292 170= 49,6 кН.

Суммарный вес трех секций Р_1-3 = 435,1 +49,6 = 484,7 кН.

Скорректированное критическое давление смятия для труб 4-й секции:

где Р_4Т = 1274 кН.

Скорректированная глубина спуска 4-й секции:

Скорректированная длина 3-й секции:

Вес 3-й секции Р₃ = 0,292 370 = 108,0 кН.

Суммарный вес трех секций Р_1-3 = 435,1 + 108,0 = 543,1 кН.

Страгивающая нагрузка для труб 4-й секции Р_СТР = 823 кН, допустимая нагрузка растяжения:

Трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 7,7 мм пригодны для комплектования 4-й секции.

Для 5-й секции примем трубы из стали Д с толщиной стенки 7 мм, Р_КР = 22,4 МПа,Р_ВН = 31,8 МПа.

В соответствии с эпюрой наружного избыточного давления 5-я секция может бытьспущена на глубину.

Длина 4-й секции l₄ = 1700 - 1600 = 100 м.

Вес 4-й секции Р₄ = 0,245 100 = 24,5 кН.

Суммарный вес четырех секций Р_1-4 = 543,1 + 24,5 = 567,6 кН.

Скорректированное критическое давление смятия для труб 5-й секции:

где Р_5Т = 1156 кН.

Скорректированная глубина спуска 5-й секции:

29-04-2015, 01:00