Движение газовой пачки в загерметизированной скважине

Согласно приведенной схеме, гидростатическое давление в трубах на глубине расположения торца колонны труб (в этом случае на забое) Р3° нуль сходу после заслуги в системе сква-жина-пласт неуравновешенного равновесия (через 5-10 минут после герметизации скважины) смотрится последующим образом.где рб - плотность бурового раствора до появления ГНВП; Н - вертикальная составляющая глубины местоположения.

Как следст­вие, прекращается поступление пластового флюида в ствол скважины.

Таковой механизм развития ситуации характерен как для проявления водянистого флюида, так и газообразного. В даль­нейшем поведение скважины при разных типах поступив­шего флюида отличается: лишниие давления при нефте-проявлениях не меняются, а при поступлении газообразного флюида, обычно, меняются.

Разглядим предпосылки возникновения лишних давлений на устье загерметизированной скважины и нрав их изме­нения в разные моменты развития газопроявления.

Пусть на забое бурящейся скважины вышло посту­пление некого объема газа (в границах больше допусти­мого). Буровая вахта вовремя отреагировала на сложив­шуюся ситуацию и произвела герметизацию устья скважины согласно «Плана ликвидации аварий».

На графике более жирные полосы соответст­вуют эпюрам давлений в момент времени ?.Рис. 2.16. Совмещенный график эпюр давлений при передвижения газа в загерметизированной скважине в моменты времени нуль и I .

Период ожидания в течение 5-10 минут обоснован тем, что при газопроявлении нужен некий промежу­ток времени, до того как давление в скважине стабилизирует­ся. Это связано с сжимаемостью газообразного флюида при росте давления на устье загерметизированной скважины до значений, равных пластовому давлению.

Таким макаром, по прошествии 5-10 минут после газо­проявления на устье скважины имеем последующую ситуацию:

- на забое в затрубном пространстве скважины нахо­ дится газовая пачка, объем которой известен и равен объему притока в приемной емкости (считается, что весь объем по­ ступившего газа размещается в затрубном пространстве, а не в трубах, потому что для того, чтоб просочиться в трубы газу, нужно преодолеть достаточно значимые местные со­ противления, к примеру, в долоте);

- давление в скважине в зоне проявляющего пласта равно пластовому (так как установилось неустойчивое равновесие);

- давление в газовой пачке равно пластовому, так как газ продолжал поступать в скважину, формируя пачку, до момента выравнивания давления с пластовым;

5. Соединив точку, отображающую Ргср' (точка А), с нача­ лом координат (устье скважины либо точка Р на графике эпюр давлений), получим эпюру гидростатических давлений по стволу скважины от устья до забоя при плотности бурового раствора, которая была до начала ГНВП.6. Соединив точку, отображающую Р^ (точка В на графи­ ке эпюр давлений), с осью X, которая значит положение устья скважины (нулевая отметка глубин), прямой параллельной эпюре гидростатических давлений по стволу скважины от устья до забоя при плотности бурового раствора, которая была до нача­ ла ГНВП (ровная АР), получим эпюру гидростатических давле­ ний в трубах при ГНВП после герметизации скважины.

Схема приведена на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Схема для составления баланса гидростати­ческих давлений в загерметизированной скважине.

Движение газовой пачки в загерметизированной скважине.При поступлении в ствол бурящейся скважины газовой пачки в размере, характеризующем ситуацию как ГНВП, бу­ровая вахта должна сделать все нужные меры по предотвращению перехода ГНВП в выброс и открытое фонта­нирование.В пт 4.5.1. «Инструкции по предупреждению и лик­видации ГНВП при строительстве и ремонте скважин» указа­но: « при возникновении очевидных (прямых) признаков ГНВП буро­вая вахта должна немедля загерметизировать устье сква­жины, зафиксировать лишниие давления в трубах и за-трубном пространстве. ».После герметизации устья скважины в итоге роста давления происходит выравнивание давлений в скважине (в интервале проявления) и в проявляющем пласте.

торца колонны труб (в этом случае забой); Р™6'0 - лишнее давление в трубах, зафиксированное.

через 5-10 минут после герметизации скважины.

Гидростатическое давление на той же глубине в затрубном пространстве Р^ „ представляет собой последующее выражение (смотри расчетную схему)

где Ъ.ф - высота (строго вертикальная составляющая длины) га­зовой пачки; р. - плотность флюида;

2. Давление в газовой пачке не меняется, так как нет конфигурации ее объема, и остается равным пластовому давлению.3.

Построение эпюры делается последующим образом.

1. Ось X представляет собой давления в сечениях гидрав­ лического канала скважины (трубы и затрубное место).

2. Ось У представляет собой вертикальную проекцию глу­ бины скважины.

3. Ноль системы координат соответствует устью скважи­ ны.

4. На расстоянии по оси V, соответственном забою сква­ жины, параллельно оси X откладывается пластовое Р^ и гидро-

статическое Ргср', соответственное плотности бурового раство­ра, до начала проявления, давления. На графике эпюр давлений это соответственно точка В и точка А.

- гидростатическое давление в сечении, где находится нижний торец бурильной колонны (в рассматриваемом случае на забое), в трубах и затрубном пространстве идиентично (это точка соединения сообщающихся сосудов);- на устье в трубах и затрубном пространстве появилось лишнее давление из-за необходимости компенсации не­ достатка гидростатического давления для урановешивания.пластового в обоих ветвях сообщающихся сосудов (трубах и затрубном пространстве).Сложившаяся ситуация просто может быть описана ма­тематически при составлении баланса гидростатических дав­лений в трубах и затрубном прстранстве.

Такое по­ строение правомерно, так как в трубах находится раствор с плотностью, которая была до появления ГНВП и, следова­ тельно, темп набора давления по глубине остался прежний. Строя таким макаром эпюру давлений в трубах после герметизации, мы вроде бы учитываем прирост давления в каждом сечении трубного места (и на забое в том числе) на величину различия меж-

ду пластовым и забойным давлениями АР = Рт — Ргс'р'. Эта раз­ница будет и на устье скважины. Она отображается манометром и носит заглавие лишнего давления в трубах после герметиза-

тр>0. На эпюре давлении гтр й представ-

лено отрезком РЕ.

7. Так как принято, что в газовой пачке давление равно пластовому, также, принимая, что гидростатическое давление газа в пачке равно нулю (в силу его незначительности при малых размерах пачки), эпюра давлений в интервале расположения га­зовой пачки представляет собой прямую линию, параллельную.

оси V, начало которой в точке, отображающей Ргср' на забое.

(точка В), а окончание в точке, соответственной по глубине ме­стонахождению «головы» газовой пачки (точка С на графике эпюр давлений).

8. Выше «головы» газовой пачки в затрубном пространст­ве находится буровой раствор с плотностью, равной плотности до начала ГНВП, потому темп набора давления по глубине остается прежний и построение эпюры давления на этом участке заключа­ется в проведении отрезка прямой, параллельной эпюре гидро­статического давления в скважине до начала ГНВП от точки С до скрещения с осью X, соответственной устью скважины (точка Д на графике эпюр давлений). В данном случае, на оси X получим отрезок РВ, который соответствует давлению в затрубном про­странстве на устье скважины, другими словами Р^' 0.

Анализ эпюр давлений в скважине, характеризующих ее состояние через 5-10 минут после герметизации, позволяет сде­лать последующие выводы, отражающие некие закономерно­сти поведения скважин после их герметизации при возникнове­нии ГНВП при спущенных до забоя трубах:

1. Пластовое давление в проявляющем пласте выше, чем гидростатическое давление бурового раствора на глубине распо­ ложения пласта (отрезок НВ больше отрезка НА).

2. Суммарное давление в сечении, где размещен нижний торец бурильной колонны (точка В), идиентично как в трубах, так и в затрубном пространстве по закону сообщающихся сосудов (отрезок НВ).

3. Давление в газовой пачке во всем объеме газовой пачки фактически идиентично и равно пластовому давлению (отрезок ВС).

4. Темп набора гидростатического давления по глубине в трубах и затрубном пространстве до «головы» пачки однообразный и равен темпу набора гидростатического давления в скважине до начала ГНВП (отрезки РА, ЕВ и ВС параллельны).

5. Лишнее давление в затрубном пространстве всегда выше, чем лишнее давление в трубах, если газовая пачка (либо ее часть) находится в затрубном пространстве (отрезок РО боль­ ше отрезка РЕ).

. Разность меж сверхизбыточными давлениями в трубах и затрубном пространстве прямо пропорционально находится в зависимости от объ­ема поступившего флюида.

Газ, находящийся в стволе скважины, с течением времени начина­ет передвигаться ввысь по стволу. Это явление именуется мигра­цией газа.

Миграция газа происходит независимо от того, загермети­зирована скважина либо открыта.

Процесс передвижения обоснован разностью плотностей буро­вого раствора, заполняющего затрубное место скважины, и флюида (газа), поступившего в скважину.

В практических расчетах принимается, что скорость ми­грации составляет триста м/час, хотя по сути ее величина за­висит от плотностей бурового раствора и флюида и может быть рассчитана по темпу конфигурации лишних давлений на устье.

Разглядим изменение давлений в загерметизированной скважине в процессе передвижения газа. Для этого построим эпюру давлений по стволу скважины для некого момента времени приняв начало отсчета времени с момента начала передвижения.

В момент времени I газ будет находиться в затрубном про­странстве на неком расстоянии от проявляющего пласта (в рассматриваемом случае это забой скважины), трубы заполнены буровым веществом, плотность которого равна плотности до на­чала ГНВП, в затрубном пространстве выше газовой пачки до устья находится буровой раствор, ниже газовой пачки до забоя также находится буровой раствор.

Необходимо подчеркнуть, что в процессе передвижения газа в загерме­тизированной скважине объем газовой пачки остается неизмен­ным (расширение газа нереально из-за отсутствия способности роста объема в скважине). Как следствие, давление в газо­вой пачке в данном случае также остается неизменным согласно ос­новному уравнению основного газового закона Менделеева -Клапейрона.

Схема положения флюидов при передвижения газовой пачки в загерметизированной скважине приведена на рис. 2.15.

Построение эпюры давлений в данном случае делается последующим образом:

1. На горизонтальных прямых, соответственных положе­ ниям «головы» и «хвоста» газовой пачки, откладываются отрезки НГС( и НХВЬ надлежащие величине пластового давления флюидопроявляющего пласта.

2. Соединив точки В, и С^, получим эпюру давлений в га­ зовой пачке.

3. Проведем из точки С, прямую, параллельную прямой темпа роста гидростатического давления бурового раствора, до.

начала проявления до скрещения с осью X, соответственной устью скважины (точка В, на графике эпюр давлений). Отрезок С[В( есть эпюра давлений в затрубном пространстве выше «голо­вы» газовой пачки, а отрезок Н)( - соответствует величине избы­точного давления в затрубном пространстве в момент времени I.

4. Проведем из точки В, прямую, параллельную прямой темпа роста гидростатического давления бурового раствора, до начала проявления до скрещения прямой, параллельной оси X и соответственной забою скважины (точка О на графике эпюр давлений). Отрезок В(С есть эпюра давлений в затрубном про­ странстве ниже «хвоста» газовой пачки, а отрезок НО - соответ­ ствует величине забойного давления в затрубном пространстве в момент времени I (Рзаб>,)-

5. Забойное давление в трубах равно забойному давлению в затрубном пространстве (точка соединения сообщающихся со­ судов - О). Темп роста гидростатического давления в трубах со­ ответствует темпу роста гидростатического давления в скважине до начала ГНВП. Потому, проводя прямую, параллельную пря­ мой темпа роста гидростатического давления в скважине до на­ чала ГНВП до скрещения с осью X, соответственной устью скважины (точка Е4 на графике эпюр давлений), получим эпюру давлений в трубах (отрезок ОЕ(). Отрезок РЕ( соответствует вели­ чине лишнего давления в трубах в момент времени I (Р^'г)-

Для удобства анализа конфигураций, происшедших за период времени I, в течение которого газовая пачка мигрировала от за­боя скважины, комфортно скооперировать полученную эпюру давлений с эгаорой давлений для момента времени I — О, другими словами момента заслуги неуравновешенного равновесия в скважине (через 5-10 минут после герметизации.

Совмещенный график эпюр давлений при передвижения газа в загерметизированной скважине в моменты времени нуль и /, пред­ставлен на рис. 2.16.По истечении 5-10 минут после герметизации, соглас­но «Инструкции по предупреждению и ликвидации ГНВП. »(п. 4.1.2.), следует зафиксировать значения давлений в бу­рильных трубах и затрубном пространстве, также объем притока в приемной емкости.В этот момент времени считается, что в системе сква­жина-пласт наступает неустойчивое равновесие, характери­зующееся равенством давлений в скважине (в этом случае на забое) и в проявляющем пласте.

Анализ эпюр на рис. 2.16. позволяет сделать последующие выводы, отражающие некие закономерности развития об­становки в загерметизированной скважине при передвижения газа по ее затрубному месту.

1. Объем газовой пачки в процессе передвижения не изменяет-

лишнее давление в затрубном пространстве, зафиксированное через 5-10 минут после герметиза­ции скважины.Пользуясь расчетной схемой, представленной на рис. 2.13., можно составить эпюру гидростатических давлений, действую­щих в трубах и затрубном пространстве (рис. 2.14.)2.14. Эпюра гидростатических давлений в трубах и затрубном пространстве при газопроявлении в состоянии неустойчи­вого равновесия.

Скорость передвижения постоянна в течение всего процесса всплытия.

4. Давление на забое по мере продвижения газовой пачки от забоя к устью возрастает от величины, равной Р^, до ве­ личины Рзаб = Р^ + рб • §• (Я — Нф ]. Этот момент наступит,

когда «голова» газовой пачки достигнет устья скважины.

5. Лишнее давление в затрубном пространстве увели­ чивается в процессе передвижения (на графике рис. 2.16. отрезок РВ(

больше отрезка РВ). Р™„р , имеет наибольшее значение при достижении «головы» газовой пачки устья. В этот момент.

6. Лишнее давление в трубах возрастает в процес­ се передвижения (на графике рис. 2.16. отрезок РЕе больше отрезка.

РЕ). Р^р^ имеет наибольшее значение при достижении «голо­вы» газовой пачки устья. В этот момент.

7. Лишниие давления в трубах и затрубном простран­ стве растут идиентично, другими словами величина прироста давле­ ния за один и тот же просвет времени в трубах и затрубном пространстве одна и та же.

8. Давление в скважине ниже «хвоста» газовой пачки в трубах и затрубном пространстве идиентично (по свойствам сооб­ щающихся сосудов).

Анализ поведения загерметизированной скважины при ми­грации пачки газа по затрубному месту либо в стволе скважины ниже долота позволяет согласно п. Семь вышеизложенных выводов найти фактическую скорость всплытия (передвижения) пачки.

что на физическом уровне соответствует всплытию пачки на некую вы­соту Нвсш>,, эквивалентную росту давления на манометрах. На практике скорость всплытия газа колеблется в широком диапазо­не от 100 20 м/час до 600 м/час, но в расчетах принято её считать равной триста м/час.

При всплытии водянистых флюидов (нефть, вода) лишниие давления на устье не меняются и их найти в итоге передвижения нельзя. Обычно скорость передвижения для таких флюидов принимают равной 80-100 м/час.