Уважаемые коллеги, решил для Вас набросать небольшую статью на тему предупреждения и ликвидации газонефтеводопроявлений (далее-ГНВП).
Осторожно: ясноглазым менеджерам и любителям концепций!
Статья написана исключительно для практиков - бурильщиков, мастеров и технологов, которые ежедневно работают у скважины. Здесь вы не найдете теорий о повышении эффективности или модных управленческих программ. Только проверенная практика, формулы и конкретные рекомендации для тех, кто несет реальную ответственность за безопасность на буровой.
До этого написал уже текст про заполнение таблички перед дросселем, хотя похоже начинать было нужно именно с данного текста.
Начнем как говорится с основ.
Итак, для понимания, на рисунке в крайне примитивном виде изображена как ни удивительно скважина, которая вскрыла продуктивный пласт.
Пройдемся немного по приведенным на рисунке условным обозначениям, чтобы было понятно о чем идет речь.
Итак, пластовое давление (Рпл) — это естественное давление флюидов (газа, нефти, воды) в коллекторе. Оно «хочет» вытолкнуть содержимое пласта в скважину.
Забойное давление (Рзаб) — это давление, которое мы создаем в стволе скважины на забое, чтобы сдержать Рпл.
Если отбросить в сторону разную экзотику с бурением скважины при загерметизированном устье, то у нас устье скважины свободно сообщается с атмосферой через затрубное пространство.
В связи с этим величина забойного давления рассчитывается по формуле гидростатики:
P = (ρ · g · H) / 1 000 000 (МПа)
где:
- ρ - плотность расчетной жидкости, кг/м³;
- H - высота столба жидкости по вертикали, м;
- g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с².
Деление на 1 000 000 необходимо для перевода единиц измерения из Паскалей в Мегапаскали.
Физически формула ρ·g·H дает давление в Паскалях [Па], так как:
[кг/м³] × [м/с²] × [м] = [кг/(м·с²)] = [Па]
Все расчеты в области противофонтанной безопасности так или иначе построены на этой формуле, поэтому запоминайте ее.
Единственной и фундаментальной причиной возникновения ГНВП является превышение пластового давления над забойным. Это — аксиома и отправная точка во всей системе противофонтанной безопасности. Выражается это базовым неравенством:
Рпл > Рзаб
Величина этого превышения называется депрессией:
∆Р = Рпл - Рзаб
К этому опасному состоянию можно прийти разными путями: снизив плотность раствора, допустив падение уровня в затрубном пространстве или оставив скважину на длительный простой без промывки при вскрытом продуктивном пласте. Однако, какой бы ни была причина снижения Рзаб, суть и итог всегда одни — возникает депрессия и пласт начинает работать.
Если Рзаб > Рпл, то такая величина называется репрессией. Однако избыточная репрессия также опасна, поскольку может привести к гидроразрыву и поглощению бурового раствора.
Градиент давления - это темп увеличения давления с увеличением глубины скважины.
Согласно правилам безопасности в нефтяной и газовой промышленности:
- при глубине скважины до 1200 м репрессия должна составлять не более 10%, но не более 1,5 МПа;
- при глубине от 1200 м репрессия должна составлять не более 5%, но не более 2,5-3,0 МПа.
Таким образом, процесс бурения осуществляется в рамках безопасного "коридора давлений", где забойное давление поддерживается выше пластового, но не превышает установленных нормативных пределов. Это равновесие обеспечивает предотвращение как газонефтеводопроявлений, так и поглощений бурового раствора.
Причины возникновения ГНВП.
Как уже отмечалось ранее, коренная причина возникновения ГНВП заключается исключительно в возникновении депрессии на продуктивный пласт. Принципиально важно, что состав пластового флюида — будь то нефть, газ, газоконденсат, минерализованная вода или рассол — не имеет значения. Все эти компоненты объединяются под общим термином пластовый флюид, который на протяжении миллионов лет находится в недрах под значительным давлением и стремится высвободиться при первой же возможности.
Важное уточнение: пластовое давление не всегда соответствует расчетным градиентам. Оно может быть:
• Аномально высоким (АВПД)
• Аномально низким (АНПД)
Одной из основных причин формирования АВПД является гидродинамическая связь пласта с зоной питания, расположенной значительно выше устья скважины. В этом случае, как показано на рисунке, пластовое давление будет существенно превышать нормальное гидростатическое давление столба жидкости в скважине за счет перепада высот между зоной питания и устьем скважины.
Этот эффект аналогичен сообщающимся сосудам, где повышенный уровень жидкости в зоне питания создает избыточное давление во всей системе.
Ну а теперь собственно пройдемся по вариантам, при которых происходит снижение забойного давления по отношению к пластовому.
Классификация причин снижения забойного давления
На самом деле если не вдаваться в детали, то причин, по которым забойное давление может упасть ниже пластвого всего две (еще раз смотрим на главную формулу):
Первая причина - это снижение плотности бурового раствора до значений, при которых давление столба жидкости перестает создавать достаточное противодавление на пласт. Происходит это в основном из-за:
- Ошибок в расчетах требуемой плотности.
- Применения раствора с плотностью ниже проектной или при недостоверных данных о пластовом давлении.
- Установки нефтяных или нефтекислотных ванн с пониженной плотностью при ликвидации осложнений и аварий в процессе бурения.
- Изменения реологических свойств раствора, вследствие некачественной рецептуры и ошибок при приготовлении.
И вторая основная причина снижения забойного давления, которая связана со снижением непосредственно высоты столба жидкости в скважине. Она возникает в следующих ситуациях, таких как:
- Поглощение бурового раствора в проницаемый пласт, приводящее к резкому падению высоты столба жидкости.
- Недолив скважины при подъеме труб, а также эффект поршневания (свабирования) при быстром подъеме инструмента. Сюда же можно отнести подъем инструмента с "сифоном" при закупоренном трубном пространстве.
Важное уточнение о скрытых процессах:
Плотность жидкости в скважине и соответственно забойное давление может неявно снизиться даже без очевидных ошибок в технологии — за счет поступления флюида при бурении. Этот процесс включает перенос флюида с выбуренной породой, диффузию, капиллярные эффекты и осмотическое давление.
Что это означает на практике?
- Механизм при бурении: При разбуривании продуктивного пласта порода, насыщенная газом, выносится потоком раствора к устью. По мере подъема давление на газ, заключенный в шламе, падает. В определенный момент этот газ высвобождается и, расширяясь в сотни раз (по законам физики), насыщает раствор. Плотность раствора падает, гидростатическое давление на забой снижается, что и может спровоцировать ГНВП.
- Механизм при простое: После длительного простоя без циркуляции номинальное давление столба жидкости сохраняется, но на уровне пласта происходит медленное смешивание флюида и раствора. Образуется "забойная пачка" — зона раствора, насыщенного флюидом. Если после этого начать подъем инструмента без предварительной промывки, даже при правильном доливе снижения уровня может оказаться достаточно для начала проявления.
Заключение
Запомните раз и навсегда: не бывает «незначительных» проявлений. Бывает лишь цепь событий, которая либо прервана на первом же звене, либо приводит к фонтану.
Все перечисленные причины и сложные процессы в итоге упираются в одно — в вашу способность вовремя заметить признаки ГНВП и немедленно, без раздумий, отработать по плану ликвидации аварий. Теория создает основу для понимания, но безопасность создается только действиями на буровой.
Подробный разбор признаков ГНВП и порядок действий вахты при их обнаружении будут рассмотрены в следующих материалах. Следите за новыми публикациями на моем Телеграм-канале. Не забывайте подписываться!
На сегодня все! Всем добра и безаварийной работы!