Эффективность применения буровых растворов пониженной плотности

Предварительные, приемочные испытания и промышленное применение бурового раствора пониженной плотности проводилось при бурении эксплуатационных и разведочных скважин на месторождениях ООО «Лукойл-Пермь».

В качестве пресных буровых растворов использовали нефтеэмульсионный глинистый и ЭГКР, а минерализованных — буровой раствор с ЕПСМ. В Кунгурском УРБ испытания пресных буровых растворов пониженной плотности Р= 1080-1120 кг/м³ осуществлены при бурении скважин 1135, 1132, 1170, 1171 Кукуйской площади. За базу для сравнения приняты скважины 1180, 1110, 1156 и 1159, пробуренные с промывкой буровыми растворами плотностью 1160-1180 кг/м³. Сравниваемые скважины пробурены в одинаковых геологотехнических условиях: 1135, 1132, 1180 и 1110 долотами 215,9 СЗ-ГВ, а 1170, 1171, 1156 и 1159— долотами 190,5 ТКЗ. Режимы бурения были одинаковыми. Нагрузка на долото диаметром 190,5 и 215,9 составляла 140 и 140-160 кН соответственно.

В качестве забойных двигателей использовали турбобуры ЭТСШ-172 и ЭТСШ-195. Промывку осуществляли одним насосом У8-6М с расходом 23-27 л/сек при бурении долотами диаметром 190,5 и 215,9 мм соответственно. Бурение скважин осуществляли с буровых установок БУ-75 БрЭ. Буровые растворы готовили по типовой схеме. Первоначально с помощью глиномешалки МГ2-4 готовили 8 %-ную суспензию из ОБ. Для улучшения дис-пергации глины и снижения жесткости фильтрата до 6 ммоль/л раствор обрабатывали карбонатом натрия. Снижение показателя фильтрации достигали обработкой раствора 0,75-1,5% УЩР. На скважине 1170 и 1110 произведены разовые обработки КМЦ-500 с расходом по 0,1 т. Аналогичные обработки проводились и по базовым скважинам.

В процессе бурения показатели раствора изменялись в следующих пределах: р = 1080-1120 кг/м³, УВ = 19-20 с, Ф = (8-12) х 10’⁶ м³, S = (0,5-1,5) х 10'³ м, 0|/ю= 0,6-1,5/ 1,5-3,8 Па, pH = 8,5, Ж— 2,5-7,5 ммоль/л. Смазывающие и противоизнос-ные свойства буровых растворов повышали вводом нефти (путем ввода МНБ и, реже, через всасывающий коллектор бурового насоса).

Испытания пресных буровых растворов пониженной плотности проведены на скважинах 731, 381 и 233 Баклановской площади. За базу для сравнения приняты скважины 242, 674 и 524, пробуренные на этой же площади в одинаковых геолого-технических условиях с промывкой буровыми растворами плотностью 1150-1160 кг/м³. Все скважины пробурены по однотипной конструкции долотами 215,9 СЗ-ГВ. Режимы бурения по скважинам идентичны: нагрузка на долото 140-160 кН, расход бурового раствора 27 л/сек. В качестве забойного двигателя на всех скважинах применяли турбобуры ЗТСШ-195. Бурение осуществляли с буровых установок БУ-75БрЭ.

Переход на буровой раствор проводили следующим образом. Первоначально с помощью цементировочного агрегата и цементосмесительной машины готовили 6 или 8%-ную суспензию из БМ-1 или ОБ либо 5%-ную из БМ-1. Глинопорошок добавляли для получения требуемой плотности раствора. Снижение жесткости фильтрата бурового раствора и повышение степени дисперсности глин производили обработкой ИагСОз, снижение показателя фильтрации — водом 0,75-1,0 %УЩР.

На скважинах 731 и 233 так же, как и на базовых скважинах, делали разовые обработки КМЦ-500 в среднем по 0,1 т на скважину. В процессе бурения показатели бурового раствора пониженной платности изменялись в следующих пределах: р = 1060-1070 кг/м³; УВ = 20-24 с; Ф = (10-12) х 10'⁶м³;5 = 1 х 10’³ м; Єі/іо= 1,2-1,5 / 1,8-2,2 Па; Ж —66,5 ммоль/л.

Приемочные испытания бурового раствора с ЕПСМ пониженной плотности проведены в Чернушинском УБР при бурении скважин 1056, 2050, 1015 и 973 Гожанской площади. В качестве базовых приняты скважины 1168, 690 и 478, пробуренные на этой же площади с промывкой буровым раствором плотностью 1160-1200 кг/м³, Все скважины пробурены в аналогичных геолого-технических условиях по однотипной конструкции. На всех скважинах в сравниваемых интервалах применялись долота 215,9 СЗ-ГВ. Выдерживался следующий режим бурения: нагрузка на долото 140-160 кН, расход раствора 27 л/сек. Бурение велось турбобурами ЗТСШ-195. Все скважины пробурены с буровых установок БУ-75 БрЭ.

Переход на бурение с промывкой буровым раствором пониженной плотности осуществляли следующим образом. Первоначально техническую воду обрабатывали 0,2 % КагСОз. Затем с помощью цементировочного агрегата и цементосмесительной машины готовили 8%-ную суспензию из ОБ и закачивали в скважину. Для снижения показателя фильтрации буровой раствор обрабатывали 1,5-2,2 % КССБ и 0,2-0,3 % КМЦ-500. Предупреждение пенообразования при обработках КССБ достигали добавкой 0,5 % Т-66. На скважинах 1056 и 2050 стабилизацию раствора производили только КССБ, а на 1015 — только КМЦ.

С целью повышения смазочных и противоизносных свойств в раствор вводили нефть в виде МНБ или через прием насоса или технологический патрубок стояка.

В процессе бурения скважин с промывкой буровым раствором с ЕПСМ пониженной плотности его показатели свойств были следующими: р = 1100-1120 кг/м³; УВ = 18-25 с; Ф = (8-10) х Ю’⁶ м³; 5 = 1 х Ю’³ м; 0|/ю= 0,5-1,0 / 1,5-2,5 Па; Ж — 55-83 ммоль/л.

По базовым скважинам показатели свойств буровых растворов с ЕПСМ изменялись в следующих пределах: р = 1180-1200 кг/м³, УВ = 25-35 с, Ф = (10-17) х 10'⁶ м³, 8 = 1 х 10'³ м, 91/ю⁼ 2,0-2,2 / 4,5-5,0 Па, Ж — 50-75 ммоль/л. На базовых скважинах буровой раствор повсеместно имел повышенные значения вязкости и статистических напряжений сдвига.

В процессе бурения с промывкой буровыми растворами пониженной плотности, пресными и с ЕПСМ, не отмечено отклонений показателей раствора от требуемых геолого-техническими нарядами. Технология их приготовления и методы химической обработки просты и легко осваиваются буровыми бригадами.

Выявлено, что бурение скважин с промывкой буровыми растворами пониженной плотности позволяет повысить коммерческую скорость бурения и уменьшить расход материалов и химических реагентов на приготовление и обработку раствора.

Повышение коммерческой скорости бурения достигнуто за счет улучшения механических показателей работы долот и снижения затрат времени на работы, связанные с приготовлением и обработкой растворов. Так, по скважинам, пробуренным на Кокуйской площади долотами диаметром 215,9 и 190,5 мм, проходка на долото повысилась на 7 и 10 %, а механическая скорость— на 21 и 11 % соответственно (таблица 1.55); по скважинам Бакланов-ской площади проходка на долото повышена на 17%, а механическая скорость — на 12 % (таблица 1.57), по скважинам Гожанской площади получено повышение проходки на долото и механической скорости на 18 и 52 % соответственно (таблица 1.55).

Таблица 1.55

Сравнение показателей работы долот по скважинам, пробуренным с промывкой буровыми растворами пониженной и нормальной плотности

Рост показателей работы долот при бурении с промывкой буровыми растворами пониженной плотности обусловлен малым содержанием в них твердой фазы, в т. ч. активной, и лучшей гидравлической характеристикой растворов. Кроме того, низкие значения структурно-механических показателей буровых растворов пониженной плотности способствовали их лучшей очистке, что предупреждало повышение концентрации твердой фазы.

Широкое промышленное внедрение буровых растворов пониженной плотности позволило впервые на основе большого промыслового материала снизить плотности бурового раствора на показатели бурения. С этой целью выполнен анализ работы долот по трем площадям, на которых ведется основной объем эксплуатационного бурения в ООО «Лукойл-Псрмь»: Кокуйской, Баклановской и Гожанской. Анализ выполнен по скважинам, пробуренным в идентичных геолого-технических условиях с использованием однотипных буровых установок. Рассмотрены показатели работы долот одного типоразмера 215,9 СЗ-ГВ. Всего проанализирована работа 1053 долот. Анализ изменения проходки на долото от величины плотности бурового раствора показал, что независимо от типа бурового раствора и глубины скважины с повышением плотности бурового раствора происходит снижение проходки на долото. Более резко проходка на долото снижается при повышении плотности от 1060 до 1120 кг/м³. Это характерно для скважин, пробуренных на Баклановской и Гожанской площадях.

Постановкой промышленного эксперимента по скважинам, пробуренным на Шуртан-ской площади, изучено влияние плотности ГКР на показатели работы долот. Для оценки степени влияния каждого показателя бурового раствора на показатели работы долот применен метод регрессионного анализа [87]. После обработки данных получены следующие уравнения множественной регрессии:

V_M = 68,69 - 59,5р - 0,32 ув + 0,2ф ; (10)

Н = 102,14 - 81,4р - 0,22 ув + 0,01ф , (11)

где Vm — механическая скорость,

Н — проходка на долото,

р, УВ, Ф — плотность, условная вязкость и показатель фильтрации бурового раствора соответственно.

Статистический анализ уравнений показал, что они адекватно описывают изменение Vm и Н в зависимости от р, УВ и Ф.

Коэффициенты множественной корреляции для уравнений (10) и (11) равны 0,93 и 0,91, а коэффициенты детерминации — 0,86 и 0,82 соответственно.

Анализ частных коэффициентов эластичности показывает, что наибольшее влияние на механическую скорость проходки проходку на долото оказывает плотность бурового раствора. Увеличение плотности на 1 % приводит к снижению механической скорости и проходки на долото соответственно на 8,6 и 8,5 %.

По скважинам Кукуйской площади проведен анализ изменения величины проходки на долото от плотности бурового раствора по отдельным горизонтам. Исходя из величины пластового давления в рассматриваемом горизонте установлен характер изменения проходки на долото в зависимости от перепада между пластовым и гидростатическим давлением. Показано, что в каждом горизонте происходит снижение показателей работы долот с увеличением перепада давлений между гидростатическим и пластовым, причем наиболее резко снижение проходки на долото происходит при величине перепада давления до 2 МПа или изменения плотности бурового раствора от 1060 до 1140 кг/м'’ (рис. 7.1). Проходка на долото при этом снижается примерно в 2 раза, с 70-85 до 35 40 м. При дальнейшем повышении плотности проходка на долото снижается уже не так резко, приближаясь к минимальному значению 15-20 м.

В ходе исследования скважин Гожанской площади наряду с изучением влияния плотности бурового раствора проведена оценка влияния показателя фильтрации на проходку на долото. Установлено, что независимо от глубины скважины с повышением показателя фильтрации с (10-20) х 10'⁶ м³ до (40-60) х 10'⁶ м³ проходка на долото возрастает в среднем на 15-20 %. Однако этот путь повышения показателей бурения не всегда приемлем, так как повышенная фильтрация бурового раствора неизбежно сопровождается формированием толстой и рыхлой глинистой корки, что может привести к возникновению затяжек и прихватов инструмента. Последнего можно избежать, применяя буровые растворы без твердой фазы, то есть безглинистые буровые растворы.

Испытаниями и практикой применения установлено, что применение буровых растворов пониженной плотности позволит уменьшить затраты по статье «Материалы и химические реагенты» в расчете на одну скважину в 1,4-3,8 раза (таблица 1.56).

Снижение расхода материалов и химических реагентов в случае применения буровых растворов пониженной плотности вызвано уменьшением их плотности и, соответственно, расхода глинопорошка и стабилизатора.

Бурение скважин с промывкой буровыми растворами пониженной плотности приводит к уменьшению затрат времени на работы, связанные с приготовлением и химической обработкой буровых растворов, в 1,3-1,6 раза. Последнее обусловлено уменьшением общей трудоемкости и устойчивостью показателей этих растворов во времени и с глубиной.

Начиная с 1981 года, буровые растворы пониженной платности широко применяются в буровых предприятиях объединения Пермнефть (таблица 1.57).

Таблица 1.56

Сравнение стоимости материалов, химических реагентов и затрат времени на приготовление и химическую обработку буровых растворов

Примечание. По Кокуйской площади в числителе приведены затраты по скважинам, пробуренным долотами 215,9-СЗ-ГВ, в знаменателе— 190,5 ТКЗ.

Таблица 1.57

Объем и эффективность применения буровых растворов пониженной плотности за 1981-1982 гг.

Общая проходка с промывкой буровыми растворами пониженной плотности за 1981-1982 гг. составила 1 096 818 м. Экономический эффект от применения буровых растворов пониженной плотности составил 1877,97 тыс. руб.

По результатам НИР, приемочных испытаний и промышленного применения разработана «Инструкция по рецептурам, технологии приготовления и способам химической обработки буровых растворов пониженной плотности» [390].