Влияние реологических свойств промывочной жидкости на транспорт шлама по горизонтальному стволу скважины

БУРЕНИЕ

УДК 622.243.1

Ф.А. Агзамов, д.т.н., профессор; Т.О. Акбулатов, к.т.н., доцент; И.А. Хабибуллин, аспирант;

Р.А. Карамов, студент; М.В. Костров, студент, кафедра РГЭ УГНТУ Рецензент - Н.И. Крысин, д.т.н., зав. лабораторией ООО «ПермьНИПИнефть»

ВЛИЯНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ НА ТРАНСПОРТ ШЛАМА ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОМУ СТВОЛУ СКВАЖИНЫ

Известно, что при проводке горизонтальных скважин (ГС) частицы шлама стремяться опустится на нижнюю стенку скважины, образуя шламовую постель. При чрезмерной высоте осадка возможны различные осложнения: затяжки, посадки и даже прихваты бурильного инструмента.

Руководствами по проводке горизонтальных скважин рекомендуется при первых признаках указанных осложнений периодически прокачивать порцию высоковязкого раствора. Такая рекомендация, вполне очевидная при проводке вертикальных и наклонно направленных скважин (с углами не более 40-650), для ГС скважин требует проверки.

С этой целью на кафедре бурения УГНТУ были проведены исследования по транспорту твердых частиц растворами разной вязкости на специально смонтированных с учетом критериев подобия экспериментальных установках. Установки представляют собой длинную горизонтальную трубу, моделирующую скважину, в которой располагались трубы меньшего диаметра, моделирующие бурильные трубы. Длина каждой установки составляла не менее 200 гидравлических диаметров.

Изменение диаметров «замков» позволяло проводить исследования при различных эксцентриситетах кольцевого пространства. Более детальное описание установок дано в [1, 2].

В качестве промывочных жидкостей использовались вода и водные растворы КМЦ 1,0% и 1,5% концентрации. Реологические параметры растворов приведены в таблице 1.

В качестве модели шлама использовались кварцевый песок фракций 0,17-0,22 мм и 0,8-1,2 мм плотностью 2300 кг/м3 и пропант со средним размером зерен 1 мм плотностью 3200 кг/м3.

Методика исследования заключалась в следующем. Создавался заведомо завышенный расход промывочной жидкости, при котором не образовывался осадок. Расход постепенно уменьшали и фиксировали момент образования осадка.Таким образом, определялся минимальный незаиляющий расход 0_г_ и средняя по кольцевому пространству незаиляющая скорость СтШ.

с.

Рисунок 1. Зависимость минимально необходимого расхода и средней скорости йтЫ от эксцентриситета е для выноса шлама при использовании различных растворов.

Во всех опытах было получено, что при течении жидкости в эксцентричном кольцевом пространстве для транспорта шлама расход более вязкой жидкости должен быть больше, чем менее вязкой (рис. 1).

Получается, что более вязкие промывочные жидкости обладают как бы худшей транспортирующей способностью.

С целью выявления данного, как бы нелогичного, результата было найдено распределение осевой скорости потока по окружности эксцентричного кольцевого пространства.

Ширину кольцевого зазора в эксцентричном кольцевом пространстве

где е - относительный эксцентриситет кольцевого пространства,

е = (Од — ИдУфс — 1)Т); 1)с , Од , От -

диаметры, соответственно, скважины, бурильного замка и труб;

На = 0,5 (Ос -йо).

При прочих равных условиях зависимость скорости течения жидкости от диаметрального размера канала, в данном случае от ширины кольцевого зазора, можно описать выражением

Щ<р) = к

где х - показатель, зависящий от режима течения и свойств жидкости.

16 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № 9 \\ сентябрь \ 2008

При турбулентном течении х=0,5 и 0,7, соответственно, в области гидравлически шероховатых и гладких труб.

При ламинарном течении жидкости, описываемой степенным уравнением Оствальда-де Вааля

т-к , х - (т +)/ т.

Для жидкости Бингама

{ о. аи\

ГТ°+г1*)

Щ<р) =

к (<р)2 | АР _ 2 т0

V I Ь(<р)\

Известно, что при низких градиентах скорости сдвига, характерных для течения буровых растворов в кольцевом пространстве, уравнение Оствальда-де Вааля лучше описывает поведение глинистых и полимерных растворов. Расчеты показали, что распределение осевой скорости течения жидкости по окружности эксцентричного кольцевого пространства с достаточной точностью (погрешность не более 5%) описывается выражением

17^ = =

Распределение относительной скорости течения жидкости в эксцентричном кольцевом пространстве при е=0,4 показано на рис. 3.

Из рис. 3 следует, что чем меньше т (соответственно чем больше гв), тем меньше скорость течения жидкости в узкой части кольцевого пространства. Рассчитанные в соответствии с зависимостью (4) незаиляющие скорости те-

на правах рекламы

на правах рекламы

БУРЕНИЕ

чения жидкости для опыта, результаты которых приведены на рис 1, показаны в табл. 2 и на рис. 4.

Из приведенных данных следует, что более вязкие жидкости на самом деле обладают более высокой несущей способностью, у них незаиляющая скорость меньше. Но чем больше ДНС раствора, соответственно, меньше показатель нелинейности m, тем меньше скорость течения жидкости в нижней, самой узкой части кольцевого пространства, тем больше расход требуется для обеспечения транспорта шлама.

выводы

1. Высоковязкие растворы требуют большего расхода для транспорта выбуренной породы в эксцентричном кольцевом пространстве горизонтальной скважины, если повышенная вязкость сопровождается высоким значением ДНС, соответственно, меньшим значением показателя нелинейности т.

2. Для обеспечения лучшего транспорта раствора в ГС необходимо иметь как можно меньший эксцентриситет кольцевого пространства (применять бурильные замки максимального диаметра) и использовать растворы с минимальным ДНС.

Q,ji/c 14-13« 1211 -109 -8 -7 - XI. м/с

2.2

’ >

• 1.8 ***** „

1,6 *’J

• 1.4 її — ...

• 1 У

0.3 0 ♦ - в + - 1, *- 1. А 0 зла 0%р-рКМЦТ-25 5%р-р КМЦ Т-35 5 0 - пропа •••• - IICCOK с ,6 0 lid 1мм d 1 мм J *

Рисунок 4. Зависимость незаиляющей скорости в наиболее узкой части кольцевого пространства от свойств жидкости и эксцентриситета при транспортировании пропанта.

Литература

1. Моделирование лабораторной установки по исследованию процессов транспортирования выбуренной породы при проходке горизонтальных участков скважин. Т.О. Акбулатов, И.А. Хабибуллин. УГНТУ. Издание «Территория не-фтегаз».№12, 2007 г. стр.18-21.

2. Лабораторная установка по исследованию процессов транспорта частиц шлама при промывке горизонтальных скважин. Т.О. Акбулатов, И.А. Хабибуллин, Л.М. Левинсон. УГНТУ. Международная научно-техническая конференция «Повышение качества строительства скважины» Сб. научных трудов, монография. г.Уфа, 7-9 декабря 2005 г.

ЗАО «Машиностроительный завод им. В. В. Воровского»

Буровое оборудование:

УРБ-2А2 УРБ-2А2Д УРБ-2ДЗ АВБ-2М УКБ-12/25

УКБ-12/25-02(ГЮМБУР) 620142, г. Екатеринбург, МОТОБУР М-1 О

и КМ-10

220-82-50 Факс: (343) 269-12-26,

210-11-31 e-mail: zivw@sky.ru

Отдел маркетинга и сбыта тел: (343) 260-40-55, 220-83-90, 257-90-59 Факс: (343) 269-12-26 e-mail:zivsb@sky.ru

Адрес в Интернете: http://www.ziv.ur.ru