Скорость всплывания газа в буровом растворе
Эксцентричность кольцевого пространства способствует изменению формы пачки газа, но скорость его подъема меняется незначительно. Также установлено, что влияние вязкости на скорость всплывания пачки газа незначительно Скорость движения газа при отсутствии циркуляции может быть определена по изменению давления на устье: ΔР V = -------------- ρ н * g * t
Где ΔР – приращение давления на устье при закрытых превенторах за время t; g – ускорение свободного падения равняется = 9,81 м/сек2 При проведении технических расчетов, связанных с ликвидацией газопроявления скорость всплытия газа в закрытой скважине принимается приблизительно равной = 300-350 м/ч.
Перемещение пачки газа к устью открытой скважине (Приложение 3) Представим, что на забое в затрубном пространстве имеется газ объемом (V1) c давлением (Р1). При открытых превенторах газ поднимается, свободно расширяясь и увеличиваясь в объеме.
НАПРИМЕР: V1 = 10м3. Р 1 =400 кгс/см2 Р х V = K 400 х 10 = 4000м3*кгс/см2 (на забое) В процессе подъема газ расширяется 1 х 4000 = 4000 (на устье) Таким образом, газ расширяется от 10 до 4000 м3 вытеснив соответствующий объем раствора. Это приводит к значительному снижению гидростатического давления и создает возможность дальнейшего поступления газа в скважину Проанализируем поведение газовой пачки при ее подъеме в открытой скважине. Газ поднимается свободно и увеличивается в объеме в, соответствии с законом идеального газа, РхV = Const. В процессе подъема его давление уменьшается. Расширяющий газ выбросит соответствующий объем бурового раствора, создавая резкое уменьшение гидростатического давления на забой, тем самым, создавая опасность притока нового объема газа. Из всего сказанного выше очевидно, что поступательное движение газовой пачки в открытой скважине характеризуется неконтролируемым расширением объема газа, что приводит к:
Отсюда вытекает: 1-ое правило ликвидации ГНВП: при обнаружении прямых признаков проявления ГНВП, как можно быстрее (немедленно) загерметизировать устье скважины. Перемещение пачки газа к устью закрытой скважины. (Приложение 2) Предположим. Что в затрубье на забое имеется некоторый объем газа (V1) с давлением (Р1) При закрытом превенторе газовая пачка поднимается в затрубье без расширения из-за разницы плотностей (скорость подъема газа около 300м/час). Давление газа не меняется, т. к. не меняется объем, таким образом, Рзаб увеличивается пропорционально. На устье давление газа будет 400ат., а забойное давление при этом возрастёт почти вдвое. Рзаб=Рг+Рг.с.+Риз.к. ПРИМЕР: Рассмотрим поступивший в скважину газ объемом V1=10м3 с давлением Р1=400 кгс/см2. Проанализируем 3 фазы: Приходим к выводу, что подъем газа при закрытом превенторе, без расширения может привести к следующим последствиям: Поломке оборудования; Разрыву обсадной колонны, стыка обсадной колонны; Повреждение породы с поглощением, гидроразрывом; возникает вероятность последующего осложнения типа поглощение-проявление (неконтролируемого) и перетекания флюидов между породами с различными градиентами давления. Такое же осложнение может произойти при вымыве пачки газа. На основании этого может прийти к заключению, что верным решением будет подъем газа к устью при контролируемом расширении. Таким образом, удается поддерживать забойное давление (Рзаб) чуть выше чем пластовое давление, что предотвращает дальнейшее поступление газа из пласта. Это достигается прокачиванием через бурильную колонну при закрытом устье и разгрузкой давления в обсадной колонне через регулируемей штуцер Рн = Р²гс+Риз.т+Ретп Поддерживая это давление постоянным, можно обеспечить Рзаб.>Рпл, что предотвращает дальнейшее поступления газа из пласта. Когда происходит проявление, давление в скважине изменяется и стабилизируется при новом равенстве забойного и пластового давлений. После закрытия скважины и стабилизации давления в ней, для контроля скважины необходимо определение величин двух специфических давлений: Риз.к – давление в затрубном пространстве при закрытом устье Риз.т – давление в бурильной колонне при закрытом устье Давайте рассмотрим поведение газовой пачки при ее подъеме в закрытой скважине. Газ не может расширяться, так как ПВО закрыто и будет подниматься из-за разности плотностей с буровым раствором. Без расширения объем газа не изменяется и тогда, в соответствии с законом Бойля- Мариотта для идеального газа: РхV = const. В процессе подъема его давление не изменяется. Уменьшение гидростатического давления на верхнюю часть газовой пачки, происходящее из-за движения пачки вверх, компенсируется увеличением давления на устье скважины. Из рассмотренного выше ясно, Что простои при закрытой скважины и ожидание приводит к аккумуляции в скважине повышенного давления, что может привести к:
Поступление единичного объема газа к устью закрытой скважины. (Рис № 3) Если в скважине находится газ, то после герметизации скважины под действием архимедовой силы он будет всплывать к поверхности. Однако не имея возможности расширяться он будет сохранять объем, а следовательно и давление Р1 * V1 = Р2 * V2 = …. Const которое он имел к моменту герметизации скважины. В результате при достижении газовой пачки устья скважины забойное давление может почти удвоиться, т.к. к гидростатическому давлению столба бурового раствора прибавиться пластовое давление. В действительности с учетом сжимаемости газов, их растворимости и влияния температуры, деформации колонны, упругости пород, давление газа у поверхности не будет равно пластовому давлению, а будет меньше на 25 - 30%. Однако давление будет оставаться все равно высоким и пласт, залегающий ниже башмака обсадной колонны подвергнется гидроразрыву задолго до того, как газовая пачка достигнет устья. . Отсюда вытекает 2-ое правило ликвидации ГНВП: В закрытой скважине нельзя в течении длительного времени допускать всплытие газовой пачки к устью без регулирования её объёма.
|
