Глубокий взгляд на основы управления скважиной

Обеспечение контроля над скважиной имеет первостепенное значение при проведении буровых работ. Это практика поддержания давления в стволе скважины для предотвращения неконтролируемого потока пластовых флюидов – нефти, газа или воды – к поверхности. Потеря контроля над скважиной, также известная как выброс, может иметь катастрофические последствия, нанося ущерб окружающей среде, ставя под угрозу жизни людей и приводя к значительным финансовым потерям.

В этой статье рассматриваются фундаментальные аспекты управления скважиной, давая вам знания, необходимые для понимания действующих механизмов и важности правильного управления стволом скважины.

Каково  давление в стволе скважины ?

Успех управления скважиной зависит от глубокого понимания различных давлений, действующих в стволе скважины . Вот список ключевых игроков:

• Пластовое давление:  это естественное давление, оказываемое жидкостями (нефть, газ, вода), запертыми в горных породах, окружающих ствол скважины. Пластовое давление является движущей силой, которая выталкивает эти жидкости в ствол скважины, если появляется такая возможность.
• Гидростатическое давление:  это давление оказывает буровой раствор (раствор) на стенки ствола скважины. Вес столба бурового раствора увеличивается с глубиной, противодействуя пластовому давлению и предотвращая попадание пластовых флюидов в ствол скважины. Плотность бурового раствора является решающим фактором, определяющим гидростатическое давление, которое он оказывает.
• Затрубное давление: Это относится к давлению, оказываемому буровым раствором в пространстве между бурильной трубой и обсадной колонной скважины. Затрубное давление играет жизненно важную роль в процедурах контроля скважины, используемых для управления выбросами (притоком пластовых флюидов).
• Забойное давление (BHP):  это общее давление, оказываемое в самой глубокой точке ствола скважины. Крайне важно поддерживать забойное давление на достаточно высоком уровне, чтобы сбалансировать пластовое давление и предотвратить притоки.

Поддержание баланса между этими давлениями на протяжении всего процесса бурения является сутью контроля скважины. Любой значительный дисбаланс может привести к нарушению управления скважиной.

Что такое барьерная система контроля скважины ?

Барьерная система контроля скважины  служит краеугольным камнем безопасности ствола скважины при бурении . Это тщательно разработанный многоуровневый защитный механизм, который неустанно работает, предотвращая неконтролируемый поток флюидов из пласта в ствол скважины. Давайте углубимся в отдельные компоненты, составляющие эту важную систему:

1.  Буровой раствор

Буровой раствор , часто называемый раствором, играет многогранную роль в управлении скважиной. Он действует как первоначальный барьер между стволом скважины и пластом, выполняя несколько важнейших функций:

• Контроль гидростатического давления.  Как обсуждалось ранее, вес бурового раствора оказывает гидростатическое давление. Это давление должно быть выше пластового давления, чтобы предотвратить попадание пластовых флюидов в ствол скважины. Тщательно регулируя вес бурового раствора, инженеры по управлению скважиной могут поддерживать этот важный баланс давления на протяжении всего процесса бурения.
• Охлаждение и очистка ствола скважины. При бурении выделяется значительное количество тепла из-за трения между буровым долотом и пластом. Буровой раствор действует как охлаждающая жидкость, поглощая тепло и предотвращая повреждение бурового долота и другого скважинного оборудования. Кроме того, раствор выносит шлам породы (обломки измельченной породы, образовавшиеся во время бурения) обратно на поверхность, сохраняя ствол скважины чистым и облегчая ход бурения.
• Поддержка стенок пласта:  Буровые растворы имеют особые свойства, позволяющие создавать тонкую фильтровальную корку на стенках ствола скважины. Эта корка действует как барьер, помогая предотвратить миграцию пластовых флюидов в ствол скважины, а также играет роль в стабилизации ствола скважины, сводя к минимуму риск обрушения в слабых пластах.

Свойства бурового раствора – плотность, вязкость, смазывающая способность и скорость фильтрации – тщательно разрабатываются с учетом конкретных характеристик бурящихся пластов. Регулярный мониторинг и корректировка свойств бурового раствора необходимы для обеспечения его эффективности в качестве барьера для контроля скважины.

2. Устьевое оборудование

Устье скважины, расположенное на поверхности ствола скважины, содержит критически важное оборудование, обеспечивающее важные механизмы управления:

• Противовыбросовый превентор:  Эта система клапанов высокого давления представляет собой основную защиту от неконтролируемого потока флюидов из ствола скважины. Стек BOP обычно состоит из нескольких отдельных BOP, каждый из которых служит определенной цели:
• Кольцевой превентор:  этот превентор герметизирует пространство между бурильной трубой и обсадной трубой, предотвращая неконтролируемый поток из затрубного пространства (пространства между бурильной трубой и обсадной колонной).
• Ram BOP:  В этом превенторе используются гидравлические цилиндры для герметизации ствола скважины путем срезания и герметизации бурильной трубы. Это позволяет контролировать скважину даже при находящейся в скважине бурильной трубе.
• Превентор с глухим срезом RAM:  Этот противовыбросовой превентор обеспечивает полную герметизацию ствола скважины путем срезания и полной герметизации ствола скважины, даже при отсутствии бурильной трубы.
• Hydram BOP (аккумуляторный противовыбросовый превентор):  В этом превенторе используется аккумулятор под давлением, обеспечивающий быстродействующую герметизацию ствола скважины в случае возникновения чрезвычайных ситуаций.

Система ПВО представляет собой сложную совокупность клапанов и домкратов, управляемых с панели управления на поверхности. Регулярные испытания под давлением и техническое обслуживание противовыбросовых систем имеют первостепенное значение для обеспечения их работоспособности в случае возникновения проблем с управлением скважиной.

• «Рождественская елка». Как только скважина переходит от бурения к добыче, устьевое оборудование становится более сложным, включая систему клапанов и выкидных линий, известную как «Рождественская елка». Эта сложная сеть позволяет контролировать добычу нефти и газа, сохраняя при этом целостность скважин и обеспечивая возможности управления скважинами.

3. Обсадная колонна и цемент

По мере того, как ствол скважины пробурен глубже, стальные трубы, называемые обсадными колоннами, устанавливаются через определенные промежутки времени. Эти оболочки служат двум основным целям:

• Структурная целостность:  обсадные колонны обеспечивают структурную поддержку ствола скважины, предотвращая обрушение из-за давления, оказываемого окружающими пластами. Диаметр обсадной колонны уменьшается с глубиной, так как каждая новая секция устанавливается внутри предыдущей.
• Изоляция пластов.  Обсадные колонны изолируют различные участки ствола скважины, предотвращая миграцию флюидов между пластами. Это имеет решающее значение для контроля скважины и изоляции зон, что гарантирует добычу флюидов только из целевого пласта.

Пространство между обсадной колонной и стволом скважины заполняется цементом, образуя прочный и непроницаемый барьер. Эта цементная оболочка обеспечивает дополнительную структурную поддержку и предотвращает миграцию флюидов между пластами или в ствол скважины через слабые зоны в породе.

Сколько методов контроля скважины ?

Когда удар (приток пластовых флюидов) нарушает равновесие давления в стволе скважины, в действие вступают процедуры контроля скважины. Эти процедуры основаны на сочетании методов контроля скважины для восстановления контроля над скважиной и безопасной циркуляции выброса. Вот подробный обзор наиболее распространенных методов контроля скважины, а также их сильные и слабые стороны:

1. Метод бурильщика (циркуляция во время бурения – CWD):

• Исполнение:  Метод бурильщика , также известный как «циркуляция во время бурения» (CWD), является самым простым и наиболее часто используемым методом борьбы с небольшими ударами. Он включает в себя два ключевых шага:
• Уменьшите скорость и увеличьте скорость нагнетания:  бурильщик постепенно снижает скорость бурения или вообще приостанавливает бурение. Одновременно увеличивается скорость бурового насоса для циркуляции выбрасываемой жидкости (пластовых флюидов, поступающих в ствол скважины) из ствола скважины и обратно на поверхность.
• Поддержание затрубного давления.  На протяжении всего процесса крайне важно поддерживать адекватное затрубное давление (давление, оказываемое буровым раствором в пространстве между бурильной трубой и обсадной колонной). Это давление помогает сдерживать выброс и предотвращает дальнейший приток пластовых флюидов.

• Сильные стороны: метод бурильщика  представляет собой простой и эффективный подход к устранению незначительных ударов. Он требует минимальных манипуляций со стволом скважины и может быть быстро реализован.
• Ограничения:  Этот метод подходит только для небольших ударов. При более крупных выбросах повышенная скорость закачки, необходимая для циркуляции выброса, может привести к превышению давления разрыва пласта, что потенциально может вызвать еще большие проблемы нестабильности ствола скважины. Кроме того, метод бурильщика требует тщательного мониторинга затрубного давления и может быть неэффективен в сильно трещиноватых пластах, где существуют каналы сообщения со стволом скважины.

2. Метод ожидания и взвешивания (метод остановки, метод давления бурильной трубы):

• Исполнение:  Метод ожидания и взвешивания, также известный как метод закрытия бурильной трубы с давлением, представляет собой более продуманный подход, используемый для ударов средней силы. Вот пошаговая разбивка:
• Закрытие скважины: Закрытие скважины осуществляется путем закрытия всех отверстий ствола скважины, включая стопку противовыбросовых превенторов (ПВП). Это изолирует выброс от поверхности и предотвращает дальнейший приток пластовых флюидов.
• Мониторинг давления:  Скважинные манометры тщательно контролируются, чтобы отслеживать поведение давления при выбросе. Когда удар уравновесится с гидростатическим давлением столба бурового раствора, показания давления стабилизируются.
• Подождите и оцените: как только давление стабилизируется, период ожидания позволяет удару полностью выровняться. В течение этого времени оценивается устойчивость ствола скважины и другие факторы для определения соответствующего курса действий.
• Увеличение веса бурового раствора (увеличение веса): если вес бурового раствора считается безопасным, его постепенно увеличивают. Это создает более высокое гидростатическое давление, которое может безопасно сдержать выброс и обеспечить его циркуляцию из ствола скважины.

• Сильные стороны:  метод ожидания и веса обеспечивает больший контроль над ударом по сравнению с методом бурильщика. Это позволяет стабилизировать давление и оценить ствол скважины, прежде чем приступить к принудительной циркуляции.
• Ограничения: Этот метод требует закрытия скважины, что может привести к временной остановке буровых работ. Кроме того, если выброс не будет своевременно распределен, это может привести к дисбалансу давления в стволе скважины и потенциальной нестабильности ствола скважины.

2.  Совместный метод (бурение с регулируемым давлением – MPD):

• Реализация:  параллельный метод, часто используемый в сочетании с методами бурения с управляемым давлением (MPD) , предлагает более сложный подход к устранению выбросов в сложных условиях ствола скважины. Вот упрощенное объяснение:

а. Поддержание постоянного забойного давления (ЗД):  MPD позволяет в режиме реального времени отслеживать и контролировать забойное давление (ЗД) на буровом долоте. Во время удара система MPD автоматически регулирует поверхностное давление для поддержания постоянного забойного давления.

б. Циркуляция выброса:  при поддержании забойного давления выброс циркулирует из ствола скважины путем регулирования скорости бурового насоса и других параметров бурения.

• Сильные стороны: Параллельный метод обеспечивает наиболее точный контроль за скважинным давлением во время удара. Это особенно полезно в сильно раздробленных пластах или в ситуациях с узким запасом давления.
• Ограничения:  Этот метод требует специального оборудования MPD и опыта. Кроме того, сложный характер систем MPD может создать потенциальные эксплуатационные проблемы.

Что такое процедуры обнаружения выбросов и контроля скважины ?

Ствол скважины можно сравнить с трубой под давлением, уходящей глубоко в земную кору. Поддержание контроля над этой средой под давлением имеет первостепенное значение, и любой приток нежелательных пластовых флюидов может привести к серьезному нарушению контроля над скважиной. Здесь мы углубимся в важнейшие аспекты процедур обнаружения выбросов и контроля скважины:

1.  Обнаружение удара: раннее обнаружение проблем

Обнаружение ударов является краеугольным камнем контроля скважины . Под выбросом подразумевается нежелательный приток пластовых флюидов (нефти, газа, воды) в ствол скважины во время бурения. Раннее обнаружение имеет решающее значение для минимизации серьезности удара и обеспечения безопасного и эффективного реагирования на управление скважиной. Вот основные методы, используемые для обнаружения ударов:

• Метод усиления ямы: Это самый простой метод. Уровень раствора в ямах (больших резервуарах, в которых хранится циркулирующий буровой раствор) постоянно контролируется. Внезапное повышение уровня карьера может указывать на пинок, поскольку приток пластовых флюидов вытесняет буровой раствор в стволе скважины.
• Мониторинг расхода: постоянно измеряется расход бурового раствора, выходящего из ствола скважины. Неожиданное увеличение скорости потока может быть признаком удара, поскольку пластовые флюиды вносят свой вклад в общий поток.
• Мониторинг затрубного давления:  датчики давления контролируют давление бурового раствора в затрубном пространстве (пространстве между бурильной трубой и обсадной колонной). Во время удара приток пластовых флюидов может вызвать снижение затрубного давления.
• Системы раннего обнаружения выбросов (EKD): эти передовые системы используют сложные алгоритмы для анализа множества параметров ствола скважины (давление, скорость потока, свойства бурового раствора) в режиме реального времени. Они могут обнаружить тонкие изменения, которые могут указывать на зарождающийся удар, что позволяет быстрее отреагировать.

Эффективность обнаружения ударов зависит от сочетания этих методов и бдительности буровой бригады. Крайне важно установить соответствующие критерии обнаружения выбросов, основанные на условиях ствола скважины и параметрах бурения.

2.  Процедуры управления скважиной: восстановление управления

Как только выброс обнаружен, необходимы немедленные действия для восстановления контроля над стволом скважины и предотвращения выброса. Процедуры контроля скважины основаны на систематическом подходе, включающем три основных этапа:

• Закрытие: Это первый и самый важный шаг. Цель состоит в том, чтобы изолировать выброс путем закрытия всех отверстий ствола скважины на поверхности. Обычно это включает в себя закрытие стопки противовыбросовых превенторов (ПВО), эффективное герметизацию ствола скважины и предотвращение дальнейшего притока пластовых флюидов.
• Циркуляция:  Когда скважина закрыта, следующим шагом будет циркуляция выбрасываемой жидкости из ствола скважины. Это включает в себя закачку бурового раствора по бурильной трубе и возврат его на поверхность через затрубное пространство. Более тяжелая масса бурового раствора в буровом растворе помогает вытеснить более легкие пластовые флюиды и восстановить контроль давления в стволе скважины.

В зависимости от тяжести выброса и условий ствола скважины применяются различные методы циркуляции:

а. Метод бурильщика:  подходит для небольших выбросов. Этот метод включает в себя замедление или остановку бурения и увеличение скорости бурового насоса для циркуляции выброса.

б. Метод ожидания и взвешивания: При более значительных выбросах бурение останавливают и скважину закрывают. Как только давление стабилизируется, к буровому раствору добавляется дополнительный вес за счет смешивания более тяжелых материалов. Затем скважину осторожно открывают, и более тяжелый раствор циркулирует, чтобы вытеснить выброс.

в. Циркуляция во время сверления (CWD):  этот усовершенствованный метод предполагает продолжение сверления с одновременным выбрасыванием. CWD требует специального оборудования и точного контроля свойств бурового раствора и скорости циркуляции. Обычно он используется опытными бригадами и при определенных условиях скважины.

• Уничтожение скважины:  после того, как выброс был удален, скважина считается «заглушенной». Этот последний шаг включает в себя постоянную герметизацию ствола скважины для предотвращения будущих притоков. В некоторых случаях это может включать закачку тяжелого цемента в ствол скважины для создания постоянного барьера между пластом и стволом скважины.

Конкретные применяемые процедуры контроля скважины будут зависеть от серьезности выброса, состояния ствола скважины и имеющихся ресурсов.

Признавая важность обнаружения выбросов и понимая процедуры управления скважиной, операции в стволе скважины можно проводить с большей безопасностью и эффективностью.

Что такое оборудование для контроля скважины ?

В зоне контроля скважин специализированное оборудование обеспечивает целостность скважин  и борется с неконтролируемым потоком жидкости. Эти инструменты работают вместе с буровыми растворами и барьерами в стволе скважины, создавая надежную защитную систему.

1. Стек противовыбросовых превенторов (ПВП):  Стек противовыбросовых превенторов стоит на страже устья скважины, служа основным физическим барьером против неконтролируемого потока. Это сложная система из нескольких BOP, каждый из которых выполняет определенную функцию.

2. Дроссельный манифольд и дроссельные клапаны.  Дроссельный манифольд точно регулирует поток скважинной жидкости. Дроссельные клапаны, расположенные внутри манифольда, имеют решающее значение для процедур управления скважиной, обеспечивая контролируемую циркуляцию выбрасываемых жидкостей во время операций по управлению скважиной и регулируя поток во время добычи.

3. Линии глушения и клапаны.  Линии глушения представляют собой трубопроводы высокого давления, по которым тяжелые жидкости глушения (часто цемент) перекачиваются в ствол скважины для его постоянной герметизации в чрезвычайных ситуациях. Запорные клапаны, расположенные на устье скважины на поверхности, контролируют поток через эти линии.

4. Манометры и системы мониторинга.  Непрерывный мониторинг давления имеет первостепенное значение для управления скважиной. Манометры и усовершенствованные системы мониторинга предоставляют данные о скважинном давлении в режиме реального времени, необходимые для управления скважинным давлением, обнаружения выбросов и реализации процедур контроля скважины.

По сути, оборудование для управления скважиной составляет основу программы управления скважиной, работая в тандеме с другими мерами по контролю скважины для обеспечения безопасности и защиты окружающей среды.

Обучение и правила управления скважиной

Программы обучения управлению скважиной необходимы для обеспечения того, чтобы персонал, участвующий в буровых операциях, был адекватно обучен эффективно реагировать на инциденты, связанные с управлением скважиной. Эти программы охватывают теоретические знания, практические навыки и процедуры реагирования на чрезвычайные ситуации. Обучение может включать в себя обучение в классе, моделирование и практические упражнения, проводимые сертифицированными инструкторами.

Регулирующие органы, такие как Международная ассоциация буровых подрядчиков (IADC)  и Американский институт нефти (API),  устанавливают отраслевые стандарты и передовой опыт операций по контролю скважин. В этих правилах изложены требования к обучению управлению скважиной, оценке компетентности, стандартам оборудования и протоколам реагирования на чрезвычайные ситуации. Соблюдение этих правил является обязательным для операторов и буровых подрядчиков для обеспечения безопасности и целостности буровых работ.

Кроме того, регулирующие органы, такие как Управление по охране труда (OSHA)  в США и аналогичные организации по всему миру, обеспечивают соблюдение правил контроля скважин и проводят проверки для обеспечения соблюдения стандартов безопасности. Нарушения правил управления скважинами могут привести к штрафам, пеням и юридическим последствиям для операторов и буровых подрядчиков.