УСКЛАДНЕННЯ, ЗВ’ЯЗАНІ З ТЕПЛОВИМ ВЗАЄМОДІЄМ СВЕРДЛОВИНИ І ММП, що БУРЯТЬСЯ, Видобуток нафти і газу
нафту, газ, видобуток нафти, буріння, переробка нафти
УСКЛАДНЕННЯ, ПОВ'ЯЗАНІ З ТЕПЛОВИМ ВЗАЄМОДІЯМ СВЕРДЛОВИНИ І ММП, що БУРЯТЬСЯ
Свердловина, що буряться, вступає з оточуючими мерзлими породами не тільки в фізико-хімічну взаємодію. Найчастіше найбільш потужним фактором, що впливає на стійкість стінок стовбура свердловини в ММП, є теплова дія свердловинного флюїду на стан мерзлої породи.
Буровий розчин, що має зазвичай позитивну температуру, розплавляє лід у примикаючих до свердловини ММП, в результаті чого зв'язність частинок породи один з одним порушується, стінка свердловини втрачає стійкість і руйнується під дією незбалансованого гірського тиску і ерозії промивної рідиною, що рухається.
Практикою встановлено: що вище температура бурового промивного розчину, то інтенсивніший процес каверноутворення, осипу, обвали, поглинання під час проходки ММП. Розвитку цих небажаних процесів сприяють більша тривалість буріння в ММП, висока інтенсивність промивання свердловини та ступінь турбулентності висхідного потоку бурового розчину.
Проблеми спорудження свердловин у районах поширення ММП часом не припиняються після їхнього закріплення колоною (кондуктором). При тривалих зупинках або під час використання охолоджених нижче О °С бурових розчинів відбувається зворотне промерзання розтеплених свердловиною ММП і бурового розчину, що знаходиться в кавернах. В результаті промерзання та пов'язаного з ним збільшення обсягу промерзаючого мате-
ріала з водою виникає величезний, нерівномірний по периметру зовнішній тиск на обсадні труби, що призводить у ряді випадків до їхнього зламу.
Гірські породи, що складають розріз свердловини нижче поширення ММП, мають позитивну температуру,що збільшується у міру поглиблення вибою. На глибині 3000 м температура гірських порід може досягати 80-100 ° С (газове родовище Уренгой в РФ, родовище Прадхо-Бей на Алясці). Природно, що нагрітий на цій глибині буровий розчин, що циркулює, буде нагрівати приствольную зону ММП за кондуктором і розтеплювати її. Так, після закріплення ММП обсадною колоною вона може піддаватися багаторазовому розтепленню та промерзанню. Ймовірно, тому відзначаються як випадки пошкодження кондукторів, так і випадки просідання їх углиб свердловини.
Вирішення проблеми ускладнень, що виникають в результаті розтеплення навколостовбурної зони ММП, полягає, з одного боку, в обліку цього явища при виборі міцності обсадних колон при розрахунку їх на зминання зовнішнім тиском, а з іншого - в запобіганні цьому явищу шляхом регулювання температури нагнітається в свердловину бурового розчину до значень, близьких до температури плавлення льоду, що скріплює частки ММП
Дослідники, які займаються проблемами буріння свердловин у Заполяр'ї, одностайно зазначають, що необхідно застосовувати в комплексі рекомендації щодо запобігання каверноутворенням, сутність яких зводиться до наступного: по-перше, використовувати для буріння ММП охолоджені до температури плавлення льоду бурові розчини; по-друге, звести до мінімуму здатність бурових розчинів розчиняти лід; по-третє, дотримуватися помірних швидкостей циркуляції бурового промивного розчину в кільцевому просторі свердловини.
Основні зусилля дослідників було спрямовано пошук промивних середовищ, найбільш сприятливих з погляду недопущення руйнації ММП. Використовуючи як промивні агенти піни, повітря, емульсії та розчини на нафтовій основі, буровики Канади домоглися значнихуспіхів у профілактиці каверноутворення, осипів та обвалів при проходженні ММП
Такі промивні рідини трохи відфільтровують рідину в пори породи, нейтральні стосовно льоду, мають знижену теплоємність.
Однак навіть при використанні таких систем, що вимагають значного ускладнення техніки та технології промивання свердловин, процес каверноутворення спостерігається при позитивних температурах у циркуляційному потоці, особливо при розбурюванні пісковиків, що зціментовані льодом. Тому, поряд із застосуванням систем, що не розчиняють лід, для запобігання руйнації свердловини зони ММП необхідно регулювати в певних межах температуру використовуваного при бурінні промивного агента.
Встановлено, що температура промивального агента, що циркулює в свердловині, в зоні ММП не повинна перевищувати температуру фазового переходу (плавлення) льоду. Практично вона має бути не вищою + 0,5 °С. Мабуть, єдина можливість підтримувати на низькому рівні температуру розчину, що циркулює, — це охолоджувати його в поверхневій системі.
Завдання охолодження рідини для промивання на денній поверхні
при негативній навколишній температурі не така складна. Але при позитивній температурі на поверхні завдання різко ускладнюється і вимагає для свого вирішення ретельного розрахунку поверхні теплообмінників, холодопродуктивності системи охолодження, інших характеристик.
Для того щоб запроектувати ефективні заходи профілактики ускладнень при спорудженні свердловин, необхідно в кожному конкретному випадку вирішити низку завдань.
1. Вибрати тип і компонентний склад бурового промивного агента відповідно до геолого-технічних умов буріння, за використання ванні якого було бзведено до мінімуму негативний вплив його на ММП.
2. Визначити межі коливань температури у спорудженій сква жіні в залежності від температури промивного агента на денній по верхні.
3. Оцінити ступінь деградації оточуючих свердловину ММП під впливом бурового промивного агента, в першу чергу таку характеристику, як радіус протаювання ММП навколо свердловини.
4. Вибрати метод і систему регулювання температури в свердловині, що дозволяє звести до мінімуму розтеплення навколостовбурної зони ММП.
5. Вибрати міцнісні характеристики кріплення свердловини з урахуванням навантажень, обумовлених як перебігом розтеплених порід, так і їх зворотним промерзанням в результаті відновлення негативної температури в свердловині.