Диссертация (1173025), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Расчетная схемаАнализ полученных результатовНа примере некоторой глубоководной скважины анализируется влияниерасхода буровой жидкости, скорости бурения, входной температуры буровогораствора, плотности бурового раствора, а также теплоты фазового переходагидрата на критическую точку разложения гидрата и забойное давление. Численные значения параметров, требуемых при расчетах, были приняты следующими: глубина воды 1500 м, температура дна 3℃, температурный градиент2.7℃/ ч ∗ м; давление гидрата 23.2 MПa, насыщенность газогидратом породы70%, толщина продуктивного пласта 50 м, давление разрыва пласта 25.8 MПa;глубина скважины 2000 м, плотность бурового раствора 1.1 г/см3, пластическая вязкость бурового раствора 3мПа∙с, диаметр скважины 0.445 м, диаметрбурильной колонны 0.127 м, диаметр райзера 0.508 м.75(1) Расход буровой жидкостиГрафики на рис.34 показывают как при плотности бурового раствора 1.2г/см3, входной температуре 25℃, механической скорости бурения 10 м/ч, вусловиях различного расхода бурового раствора со временем изменяется положение критической точки разложения гидрата и изменяется забойное давление.
По рис.31 можно увидеть, что при слишком большом расходе буровойжидкости гидрата разлагается крайне медленно. Это связано с тем, что привысоком расходе теплообмен между стволом скважины и внешней средой происходит за очень короткий промежуток времени, кроме того, объёмное содержание компонентов гидрата в буровой жидкости понижено, влияние теплотыразложения на тепловое поле низкое. Влияние вышеперечисленных факторовприводит к тому, что температура ствола скважины относительно высокая, ипри условии равного давления глубина разложения гидрата меньше. При снижении расхода буровой жидкости, роль воздействия теплопередачи увеличивается, температура жидкости снижается, глубина начала разложения уменьшается.
При заданном значении расхода с течением времени глубина разложения гидрата увеличивается. При низком расходе буровой жидкости глубинаразложения гидрата увеличивается.Рис.31. Влияние расхода на положение разложения газогидрата и забойноедавление76Из-за совместного влияния глубина разложения гидрата и объёмного содержания газа, забойное давление тоже зависит от расхода буровой жидкости.Согласно, что когда расход буровой жидкости крайне низкий, забойное давление явно понижено.
Например, когда расход 40 л/с, забойное давление понижено на 1.3 MПa, а когда расход 20 л/с, забойное давление, в конечном счёте,понижено на 2.5 MПa. Таким образом, чтобы уменьшить снижение забойногодавления, нужно увеличивать расход циркуляции буровой жидкости.(2) Скорость буренияРазличная скорость бурения, влияет на скорость образования обломковгорных пород, при равных условиях, объём газа, появляющегося при расщеплении тоже различен, что ведёт к разнице в значениях понижения давления встволе скважины, и сказывается на скорости и забойном давлении при разложении газогидрата в обломках горных пород. На рис.32 результаты расчетапри расходе бурового раствора 30 л/с, плотности бурового раствора 1.2 г/см3,входной температуре расхода 25℃.
Видно, что при слишком большой механической скорости бурения, критическая точка расщепления газогидрата находится слишком глубоко. Это ведёт к слишком большому понижению забойного давления, что неблагоприятно сказывается на процессе бурения.Рис.32. Влияние скорости бурения на положение разложения газогидрата изабойное давление77(3) Входная температура буровой жидкостиВлияние входной температуры буровой жидкости на положение разложения газогидрата проявляется через температуру кольцевого пространства.Если входная температура бурового раствора крайне низкая, температуракольцевого пространства то же крайне низкая, начальное положение разложения газогидрата находится крайне высоко, как указано на рис.33. При начальной температуре 15°С, начальное положение разложение гидрата находитсяна глубине скважины 520 м, а когда начальная температура 20° и 25°С, положение разложения соответственно на глубинах скважины 580 м и 650 м.
Вместе с разложением газогидрата, давление в стволе скважины постепенно снижается, критическое положение разложения газогидрата снижается, во всёмстволе скважины увеличивается объём продуцируемого газа при разложениигазогидратов, что приводит к снижению давления в стволе скважины.Рис.33. Влияние входной температуры буровой жидкости на положение разложения газогидрата и забойное давление(4) Плотность буровой жидкостиПри увеличении плотности буровой жидкости увеличивается давление встволе скважины, положение разложения газогидрата движется вверх (рис.34).78Рис.34. Влияние плотности буровой жидкости на положение разложения газогидрата и забойное давлениеКак видно из рис.34, когда плотность буровой жидкости 1.3 г/см3, послестабилизации разложения газогидрата, место разложения газогидрата находится на глубине скважины 720 м; при относительной плотности 1.1 г/см3 место разложения снижается на 100 м, на глубину 820 м.
Когда плотность бурового раствора 1.3 г/см3, забойное давление достигает 20.5 MПa; когда плотность бурового раствора 1.2 г/см3 и 1.3 г/см3, забойное давление 22.3 MПa и24.1 MПa соответственно. Так как забойное давление увеличивается, то гидратная порода становится более стабильной, вследствие чего (удаётся) избежать сложных подземных ситуаций. Так в процессе бурения газогидратныхпород используются буровые жидкости подходящей плотности, с помощьюкоторых контролируется забойное давление, или же используются сдерживающее технологии бурения, которые способствуют контролю процесса разложения газогидрата и являются эффективным методом предотвращения аварийна буровых скважинах.(5) Теплота фазового перехода гидратовРассмотрим уравнение теплового фазового перехода газогидрата, изменение температуры влечёт к изменению фазового состояния газогидрата, а такжеизменению забойного давления.
Рис.35 описывает закономерности измененийкритического положения разложения газогидрата и забойного давления с79течением времени от влияния скрытой теплоты выделяющейся при расщеплении газогидрата в обломках горных пород.Рис.35. Влияние теплоты фазового перехода на положение разложения газогидрата и на забойное давлениеИз рис.38 видно, что, если учитывать теплоту фазового перехода газогидрата до того как начнется процесс разложения газогидрата, начальная глубинаразложения и забойное давление одинаково зависят от теплоты фазового перехода газогидратов.После начала разложения газогидрата из-за влияния теплоты фазового перехода начальная глубина разложения уменьшается. Оставшийся газогидрат вбольшом количестве разлагается в верхней части скважины, при этом глубинаначала разложения увеличивается.
После полного разложения газогидратаглубина начала разложения больше не зависит от теплоты фазового перехода,при этом забойное давление так же становится постоянным.И, наоборот, теплота фазового перехода газогидрата оказывает влияниена забойное давление только после достижения гидратом конкретной глубиныв скважине, когда гидрат только подходит к конкретной глубине начала разложения, из-за влияния теплоты фазового перехода, расщепление газогидратаотносительно небольшое, забойное давление по сравнению с неучтённым влиянием теплоты фазового перехода выше.
С процессом увеличения количествагидрата увеличивается и объём выделяющегося газа, забойное давление понижается относительно быстро, в итоге оно стремится к равенству с неучтённой80теплотой фазового перехода. Если не учитывать теплоту фазового переход, невозможно определить скорость снижения забойного давления, поэтому в процессе бурения, с позиции безопасности, нельзя пренебрегать теплотой разложения гидрата и ее влиянием на расщепление газогидрата и изменение забойного давления.2.4. ВыводыМодель многофазового потока в кольцевом пространстве с фазовым превращением газогидратов является основой для расчета параметров фаз повсему стволу скважины при глубоководном бурении нефтяных и газовых скважин, особенно при добыче газа из газогидратов. В работе получены характерные значения этих параметров при глубоководном бурении газогидратных месторождений.(1) Выведено уравнение для расчета температурного поля в стволе скважины и уравнение для кинетической энергии в процессе бурения залежи газогидрата, учитывающее скрытую теплоту распада газогидрата, когда в процессефазового превращения происходит поглощение/выделение определенного количества тепла.(2) При глубоководном бурении на газогидратных залежах из пород, содержащих газогидрат, выделяется газ, а критическая точка расщепление в таких породах постепенно сдвигается вниз до стабильного состояния.(3) Повышение скорости бурения и понижение входной температуры буровой жидкости помогают контролировать процесс расщепление гидрата, стабилизировать забойное давление.(4) Своевременное увеличение плотности бурового раствора для контроля забойного давления эффективно при контроле расщепления гидрата.
Вслучае соблюдения (необходимых) условий, контроль давления при бурении– это один из эффективных методов бурения газогидратных залежей, которыйпри бурении на глубоководье может применяться для улучшения технологии.81ГЛАВА 3 ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ РИСКИ ПРИРАЗЛОЖЕНИИ ГАЗОГИДРАТОВГазогидратные залежи располагаются в отложениях кайнозойского диагенеза или в диагенетических отложениях, при этом факторами, влияющимина разложение газогидратов являются изменения механических и физическихпараметров пласта.В процессе разработки газогидратных залежей выделяют следующие основные геологические риски: возникновение нарушения устойчивости обсадки скважины, пластовое оседание, оползни морского дна, что приводит кнеобходимости проведения соответствующих исследований (рис.36).Рис.36. Оползень морского дна вызванный освоением газогидратных месторождений3.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
