ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОЛОННЫ ГИБКИХ ТРУБ ПРИ БУРЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин-Курсовая работа

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОЛОННЫ ГИБКИХ ТРУБ ПРИ БУРЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин-Курсовая работа
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫНОСА ЧАСТИЦ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ ИЗ СТВОЛА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ ПРИ БУРЕНИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ КГТ.

Представляемая модель является комплексным математическим описанием движения газированной промывочной жидкости в горизонтальной скважине при бурении с применением колонны гибкой непрерывной трубы Coil Tubing.
Схема конструкции скважины при бурении под эксплуатационную колонну представлена на рис. 20.

Рис 20. Схема движения газожидкостной смеси
в горизонтальной скважине

Соответственно схема разделена на следующие участки :
1. вертикальный участок внутри КГТ.
2. участок набора кривизны внутри КГТ.
3. горизонтальный участок внутри КГТ.
4. горизонтальный участок в кольцевом пространстве.
5. участок набора кривизны в кольцевом пространстве.
6. вертикальный участок в кольцевом пространстве.
Особое внимание уделялось моделированию процесса выноса частиц выбуренной породы из кольцевого пространства горизонтального участка скважины.
Безмуфтовая конструкция непрерывной бурильной трубы позволяет КГТ занимать в скважине положение с максимальным значением эксцентриситета, плотно прилегая, при этом, к стенкам скважины. В местах с максимальным эксцентриситетом бурильной трубы осевшие частицы выбуренной породы образуют скопления, застойные зоны. Эти зоны со временем увеличиваются, создавая барханы. Образование барханов значительно ухудшает эффективность очистки скважины, приводит к пульсациям параметров промывки, снижению скорости бурения.

Рис. 21. Основные виды структур газожидкостных потоков
Таким образом, выбуренная порода, вымытая с забоя по длине горизонтального участка ствола скважины при установившемся движении промывочного флюида, образует неподвижный слой. Первоначально слой начинает образовываться на некотором удалении от забоя, где действие влекущей силы потока жидкости начинает ослабевать в сравнении с действием силы тяжести.
В свою очередь, промывочная жидкость движется над неподвижным слоем и образует, так называемый, подвижный слой трехфазной смеси (жидкость, газ и частицы выбуренной породы). Изменение параметров течения газожидкостной смеси, может изменяться в зависимости от структуры газожидкостного потока. Структура газожидкостного потока определяется вязкостью, давлением, физическими свойствами газа и др. факторами [2] и может быть нескольких видов: пузырьковая; снарядная; пробковая; кольцевая; дисперсная (см рис. 21).
Со временем неподвижный слой осевших частиц образует бархан, препятствующий свободному течению жидкости в кольцевом пространстве. С ростом бархана кольцевое пространство уменьшается, возрастает скорость потока смеси. Увеличение бархана по высоте продолжается до того момента, как скорость потока достигнет некоторого критического значения, при котором действие силы тяжести на частицы будет скомпенсировано силами Архимеда и сопротивления осаждению.
Однако при достижении критической скорости промывки, бархан еще продолжает расти, но уже вдоль ствола скважины от забоя до участка набора кривизны с постоянной высотой. Явление барханообразования хорошо представлено в исследованиях зарубежных специалистов международной ассоциации инженеров-нефтяников SPE [12]. На рис. 22 представлена диаграмма роста бархана по длине ствола горизонтальной скважины с течением времени.

Рис. 22 Изменение высоты депозитного уровня по длине секции.

Суть моделирования процесса выноса частиц сводится к определению критического значения скорости промывки, при котором застойные зоны прекращают расти.
Значения рабочего давления насоса и расхода газожидкостной смеси при установившейся критической скорости являются требуемыми параметрами для обеспечения процесса эффективного выноса частиц выбуренной породы из скважины.
В представленной математической модели произведен учет многих параметров влияющих на поведение жидкости в скважине, таких как:
- плотность и вязкость газожидкостной смеси, и их изменение по длине ствола скважины;
- максимальный эксцентриситет КГТ и высота образующегося неподвижного слоя частиц выбуренной породы (ЧВП) в застойных зонах кольцевого пространства;
- параметры режимов течения жидкости на соответствующем интервале длины ствола скважины;
- диаметр и плотность ЧВП.

4.1 Допущения модели.

В представленной модели, как и в любой математической модели, существует ряд упрощений, отличий от реального процесса:
1. Температура потока по длине ствола скважины принимается постоянной;
2. Плотность и вязкость трехфазной жидкости по длине соответствующего участка скважины постоянны.
3. На горизонтальном участке высота слоя застойной зоны и расходная концентрация частиц выбуренной породы по длине постоянны.
4. Форма частиц выбуренной породы принимается сферической, все частицы имеют одинаковый диаметр;
5. Не учитывается взаимодействие между частицами выбуренной породы при движении трехфазной смеси в кольцевом пространстве
6. Поток газожидкостной смеси имеет дисперсную структуру по всей длине ствола скважины.
7. Образовавшийся слой частиц выбуренной породы в кольцевом пространстве считается неподвижным.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫНОСА ЧАСТИЦ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ ИЗ СТВОЛА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ ПРИ БУРЕНИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ КГТ.

Представляемая модель является комплексным математическим описанием движения газированной промывочной жидкости в горизонтальной скважине при бурении с применением колонны гибкой непрерывной трубы Coil Tubing.
Схема конструкции скважины при бурении под эксплуатационную колонну представлена на рис. 20.

Рис 20. Схема движения газожидкостной смеси
в горизонтальной скважине

Соответственно схема разделена на следующие участки :
1. вертикальный участок внутри КГТ.
2. участок набора кривизны внутри КГТ.
3. горизонтальный участок внутри КГТ.
4. горизонтальный участок в кольцевом пространстве.
5. участок набора кривизны в кольцевом пространстве.
6. вертикальный участок в кольцевом пространстве.
Особое внимание уделялось моделированию процесса выноса частиц выбуренной породы из кольцевого пространства горизонтального участка скважины.
Безмуфтовая конструкция непрерывной бурильной трубы позволяет КГТ занимать в скважине положение с максимальным значением эксцентриситета, плотно прилегая, при этом, к стенкам скважины. В местах с максимальным эксцентриситетом бурильной трубы осевшие частицы выбуренной породы образуют скопления, застойные зоны. Эти зоны со временем увеличиваются, создавая барханы. Образование барханов значительно ухудшает эффективность очистки скважины, приводит к пульсациям параметров промывки, снижению скорости бурения.

Рис. 21. Основные виды структур газожидкостных потоков
Таким образом, выбуренная порода, вымытая с забоя по длине горизонтального участка ствола скважины при установившемся движении промывочного флюида, образует неподвижный слой. Первоначально слой начинает образовываться на некотором удалении от забоя, где действие влекущей силы потока жидкости начинает ослабевать в сравнении с действием силы тяжести.
В свою очередь, промывочная жидкость движется над неподвижным слоем и образует, так называемый, подвижный слой трехфазной смеси (жидкость, газ и частицы выбуренной породы). Изменение параметров течения газожидкостной смеси, может изменяться в зависимости от структуры газожидкостного потока. Структура газожидкостного потока определяется вязкостью, давлением, физическими свойствами газа и др. факторами [2] и может быть нескольких видов: пузырьковая; снарядная; пробковая; кольцевая; дисперсная (см рис. 21).
Со временем неподвижный слой осевших частиц образует бархан, препятствующий свободному течению жидкости в кольцевом пространстве. С ростом бархана кольцевое пространство уменьшается, возрастает скорость потока смеси. Увеличение бархана по высоте продолжается до того момента, как скорость потока достигнет некоторого критического значения, при котором действие силы тяжести на частицы будет скомпенсировано силами Архимеда и сопротивления осаждению.
Однако при достижении критической скорости промывки, бархан еще продолжает расти, но уже вдоль ствола скважины от забоя до участка набора кривизны с постоянной высотой. Явление барханообразования хорошо представлено в исследованиях зарубежных специалистов международной ассоциации инженеров-нефтяников SPE [12]. На рис. 22 представлена диаграмма роста бархана по длине ствола горизонтальной скважины с течением времени.

Рис. 22 Изменение высоты депозитного уровня по длине секции.

Суть моделирования процесса выноса частиц сводится к определению критического значения скорости промывки, при котором застойные зоны прекращают расти.
Значения рабочего давления насоса и расхода газожидкостной смеси при установившейся критической скорости являются требуемыми параметрами для обеспечения процесса эффективного выноса частиц выбуренной породы из скважины.
В представленной математической модели произведен учет многих параметров влияющих на поведение жидкости в скважине, таких как:
- плотность и вязкость газожидкостной смеси, и их изменение по длине ствола скважины;
- максимальный эксцентриситет КГТ и высота образующегося неподвижного слоя частиц выбуренной породы (ЧВП) в застойных зонах кольцевого пространства;
- параметры режимов течения жидкости на соответствующем интервале длины ствола скважины;
- диаметр и плотность ЧВП.

4.1 Допущения модели.

В представленной модели, как и в любой математической модели, существует ряд упрощений, отличий от реального процесса:
1. Температура потока по длине ствола скважины принимается постоянной;
2. Плотность и вязкость трехфазной жидкости по длине соответствующего участка скважины постоянны.
3. На горизонтальном участке высота слоя застойной зоны и расходная концентрация частиц выбуренной породы по длине постоянны.
4. Форма частиц выбуренной породы принимается сферической, все частицы имеют одинаковый диаметр;
5. Не учитывается взаимодействие между частицами выбуренной породы при движении трехфазной смеси в кольцевом пространстве
6. Поток газожидкостной смеси имеет дисперсную структуру по всей длине ствола скважины.
7. Образовавшийся слой частиц выбуренной породы в кольцевом пространстве считается неподвижным.