Инженерные расчеты при бурении. 2-е изд.

Предисловие 3 1. Терминология. Базовые формулы 5 1.1. Вес, масса, плотность, удельный вес 5 1.2. Гидростатическое давление 6 1.3. Градиент давления 6 1.4. Эквивалентная плотность бурового раствора 7 1.5. Гидравлическая мощность 8 1.6. Коэффициент плавучести 9 1.7. Температура пласта 9 1.8. Формулы для перевода температур 9 1.9. Формулы для объемов и вместимости 11 1.10. Количество выбуренного шлама 13 1.11. Скорость потока в кольцевом пространстве 14 1.12. Подача бурового насоса 14 1.13. Уменьшение гидростатического давления при подъеме труб из скважины 16 1.14. Расчет пачки утяжеленного раствора для закачки перед подъемом бурильной колонны 19 1.15. Расчет гидростатического давления, требующегося для получения желаемого снижения уровня раствора внутри бурильной колонны 20 1.16. Емкости аккумулятора 21 1.17. Бурение с ограничением скорости проходки 24 1.18. Затраты на метр проходки 25 2. Уравнения для повседневного использования 26 2.1. Объемная плотность бурового шлама 26 2.2. Конструкция бурильной колонны (ограничения) 27 2.3. Расчеты по цементированию обсадных колонн 29 2.4. Расчет операций по установке цементных мостов 35 2.5. Установка цементного моста на равновесии 36 2.6. Расчеты по освобождению прихваченных труб 39 2.7. Давление, необходимое для возникновения циркуляции 44 2.8. Минимальная подача бурового раствора для долота типа «pdc» с поликристаллическими алмазными вставками 46 3. Буровые растворы 48 3.1. Увеличение плотности бурового раствора и изменение объёма 48 3.2. Смешение жидкостей разной плотности 53 3.3. Расчеты для растворов на нефтяной основе 54 3.4. Анализ твердой фазы 59 3.5. Доля твердой фазы (буровые растворы, утяжеленные баритом) 65 3.6. Определение концентрации твердой фазы и нефти в буровом растворе по плотности) 66 3.7. Определение концентрации твердой фазы и нефти в буровом растворе (выпаривание) 68 3.8. Разбавление системы бурового раствора 72 3.9. Оценка гидроциклонов 73 3.10. Оценка работы центрофуги 75 3.11. Объемы материалов и жидкостей для приготовления и обработки буровых растворов 79 3.12. Приготовление бурового раствора 84 3.13. Количественные зависимости между показателями свойств буровых растворов и их компонентных составом 87 4. Основные формулы «Буровой гидравлики» 89 4.1. Уравнения для определения расхода в трубах (Ньютоновские жидкости). Ламинарный режим течения 89 4.2. Уравнения для определения расхода в трубах (Неньютоновские жидкости) 89 4.3. Критерии перехода 92 4.4. Гидравлические потери в трубах и трубах кольцевого сечения. Ньютоновская жидкость 95 4.5. Кольцевое сечение. Ньютонова жидкость 98 4.6. Гидравлические потери в трубах и кольцевом пространстве. Бингамовская жидкость 103 4.7. Вязкопластичная жидкость, подчиняющаяся степенному закону 108 4.8. Истечение жидкостей из отверстий 115 4.9. Гидравлические потери в циркуляционной системе скважины 122 4.10. Гидродинамическое давление при спуске и подъеме колонны труб при равномерном ее движении 129 4.11. Зависимости для определения сопротивления при движении твердого тела (выбуренной породы) в жидкости 132 4.12. Скорость проскальзывания частиц бурового шлама в кольцевом пространстве 138 4.13. Неустановившееся течение жидкостей 144 4.14. Вывод соотношений для оптимизации подачи насосов и размеров насадок долота 147 5. Промывка 153 5.1. Подача буровых насосов 153 5.2. Площадь насадок долота 156 5.3. Давление и скорость струи 157 5.4. Гидравлическая мощность на долоте 158 5.5. Гидравлическая сила удара струи о забой 158 5.6. Транспорт шлама от забоя к устью (степенная модель) 159 5.7. Эффективность транспорта шлама 162 5.8. Концентрация частиц и эффективность транспорта шлама 162 5.9. Эквивалентная циркуляционная плотность бурового раствора 162 5.10. Гидравлические потери в циркуляционной системе 163 5.11. Гидравлические расчёты для вязко-пластичной жидкости (Бингамовская модель) 165 5.12. Гидравлические расчёты для вязких жидкостей 172 6. Инженерные расчеты 177 6.1. Выбор размера промывочных насадок бурового долота 177 6.2. Анализ гидравлики долота 183 6.3. Критическая скорость течения в кольцевом пространстве и критический расход бурового раствора 186 6.4. Экспонента «d» 188 6.5. Гидродинамические давление и разрежение, создаваемые при спуске и подъеме колонны труб 190 6.6. Эквивалентная циркуляционная плотность (ECD) 199 7. Газонефтеводопроявления (ГНВП) 202 7.1. Уравнение состояния газа 202 7.2. Скорость движения (всплытия) газа 205 7.3. Приток флюида в скважину 207 7.4. Определение предельного объёма поступления флюида в скважину, допустимого внутреннего давления, максимального объема и давления газа на устье скважины 208 7.5. Условия возникновения ГНВП 213 7.6. Гидродинамические давления, возникающие при движении колонны труб 215 7.7. Уменьшение гидростатического давления на забое, вызываемое газированным буровым раствором 217 7.8. Фактор сопротивления флюидопроявлению, или коэффициент толерантности 222 8. Глушение газонефтеводопроявлений (ГНВП) 226 8.1. Исходные данные 226 8.2. Вычисления основных технологических параметров глушения скважины 228 8.3. Лист глушения для сильнонаклонной скважины 231 8.4. Предвидение показателей глушения скважины при не достаточной геологической информации 234 8.5. Глушение ГНВП, возникших во время спускоподъемных операций 238 8.6. Расчеты с подводным устьевым оборудованием 241 8.7. Минимальная глубина установки направления 246 8.8. Максимальная плотность бурового раствора на выходе из скважины 248 8.9. Ремонтные работы в скважине 255 8.10. Процедуры спуска инструмента в находящуюся под давлением скважину через универсальный превентор 256 9. Давление гидроразрыва пласт 258 9.1. Формулы для определения давления гидроразрыва пласта применительно к суше 258 9.2. Градиент гидроразрыва для морских месторождений 262 9.3. Испытание на давление утечки 262 9.4. Испытание на эквивалентную плотность бурового раствора 263 9.5. Максимально допустимая плотность раствора исходя из даных испытания на утечку 265 9.6. Максимально допустимое давление в обсадной колонне при закрытом устье, также называемое максимально допустимым затрубым давлением в закрытой скважине 266 9.7. Определение давления гидроразрыва – применительно к скважинам на суше 266 9.8. Градиент давления гидроразрыва – применительно для морских месторождений 270 10. Наклонно направленное бурение 274 10.1. Инклинометрические вычесления 274 10.2. Вычисление отхода по горизонтали 276 10.3. Вычисление интенсивности набора кривизны 277 10.4. Проектирование профилей наклонных скважин 279 10.5. Определение глубины по вертикали 284 10.6. Зарезка и бурение второго ствола 285 10.7. Имеющаяся нагрузка на долото в наклонно-направленных скважинах 287 11. Расчеты для воздуха и газа 288 11.1. Статический столб газа 288 11.2. Прямая циркуляция – течение вверх по кольцевому пространству (от забоя до выхода из скважины) 289 11.3. Прямая циркуляция – течение вниз внутри колонны бурильных труб 292 11.4. Обратная циркуляция – течение вверх по колонне НКТ 294 11.5. Обратная циркуляция – течение вниз по кольцевому пространству 297 12. Программа цементирования 301 12.1. Определение реологических свойств цементного раствора 301 12.2. Потери давления в затрубном пространстве 302 12.3. Плотность цементного раствора 303 12.4. Место установки муфты ступенчатого цементирования 307 12.5. Объемы буферных жидкостей и образующихся смесей 308 12.6. Высота подъема цементного раствора 311 12.7. Методика расчёта центрирования интервалов обсадных колонн в зависимости от пространственного угла скважины 312 12.8. Подача насосов при продавки цементного раствора 317 12.9. Определение объема тампонажного раствора и материалов 319 12.10. Объем продавки и определение давления момента «стоп» 323 12.11. Выбор цементировочной техники 326 12.12. Расчет цементирования эксплуатационной колонны 327 12.13 .Лабораторные испытания тампонажных растворов 339 12.14. Оценка изолирующей способности тампонажных растворов 350 13. Бурильная колонна 359 13.1. Нагружение взвешенной бурильной колонны 359 13.2. Расчет бурильной колонны на прочность 360 13.3. Сопротивление усталости бурильной колонны 366 13.4. Расчет компоновки УБТ (КНБК) 370 14. Обсадная колона 377 14.1. Расчёт внутренних давлений 377 14.2. Расчёт наружных давлений 381 14.3. Расчёт избыточных давлений 382 14.4. Пример расчёта внутренних, наружных и избыточных давлений 382 14.5. Осевая нагрузка от собственного веса 386 14.6. Коэффициенты запаса прочности 387 14.7. Запас прочности для горизонтальных скважин 387 14.8. Расчёт натяжения обсадных колонн 390 15. Освоение скважин 392 15.1. Определение величины депрессии при вызове притока 392 15.2. Вызов притока 395 15.3. Вызов притока при помощи воздушной подушки 398 15.4. Расчет параметров освоения скважин азотом 400 15.5. Вызов притока из пласта методом аэрации 403 15.6. Освоение скважин с использованием пен 405 15.7. Пусковые клапана 406 15.8. Свабирование 408 15.9. Глушение 409 15.10. Расчет колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) 410 Приложение 421 Список литературы 428