ООО «Бурсофтпроект» Программный комплекс «Инженерные расчеты строительства скважин»
1 ООО «Бурсофтпроект» Программный комплекс «Инженерные расчеты строительства скважин» (Руководство пользователя) Москва 2008
2 1. ГЛАВНАЯ ФОРМА Ввод и редактирование месторождений, кустов, скважин Копирование информации в базе данных Копирование информации из внешней базы данных ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Форма «Скважина» Форма «Геология» Форма «Буровой раствор/буровой насос» Форма «Профиль» Форма «Обсадная колонна» Форма «Рейсы/КНБК/Бурильная колонна» Растворы Обсадные трубы Бурильные трубы Двигатели КНБК Каталог ПРОФИЛЬ Загрузка формы «Проектирование профиля/анализ сближения стволов» Форма «Инклиномтрия» Форма «Объекты бурения» Форма «Проектирование профиля» Форма «Анализ пересечений» ОБСАДНАЯ КОЛОННА Загрузка формы «Обсадная колонна» Форма «Параметры расчета» Подбор конструкции обсадной колонны Форма «Эпюры» Форма «Результаты расчета» Форма «Отчеты» ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ Загрузка формы «Цементирование» Форма «Параметры цементирования» Форма «Скважина» Форма «Растворы» Расчет Результаты расчетов БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА Загрузка формы «Бурильная колонна» Форма «Проверочные расчеты для заданной глубины» Форма «Анализ нагрузок и моментов для всех глубин» Форма «Подбор состава бурильной колонны» Спуск обсадной колонны на бурильных трубах Форма «Расчет проходимости» Форма «Турбобур-отклонитель» Форма «Расчет прихвата» ГИДРАВЛИКА ПРОМЫВКИ Загрузка формы «Гидравлика промывки» Форма «Скважина» Форма «Параметры расчета» Форма «Результаты расчета» Форма «Отчеты»
3 9. БУРОВАЯ УСТАНОВКА ПОДЪЕМ/СПУСК ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ ПОДЪЕМ/СПУСК ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ Загрузка формы «Подъем/Спуск обсадной колонны» Форма «Параметры расчета» Форма «Эпюры/Скважина» Форма «Расчет проходимости» \ 3
4 ВВЕДЕНИЕ Программный комплекс «Инженерные расчеты строительства скважин» представляет собой интегрированный пакет программных модулей, позволяющий решать инженерные задачи и задачи оперативного контроля процесса строительства скважин, оперативно анализировать процессы, протекающие в ходе строительства скважины, накапливать данные о построенных скважинах. В качестве методической базы программного комплекса используются утвержденные отечественные руководящие документы. В состав программного комплекса входят следующие модули: Профиль. Обсадная колонна. Цементирование. Бурильная колонна. Гидравлика промывки. Нормативно-справочная информация. Отчетность. Модули «Обсадная колонна», «Бурильная колонна», «Гидравлика промывки» обладают возможностью проводить проектные расчеты и получать оптимизированные решения по конструкции обсадной колонны, компоновке колонны бурильных труб, программе промывки. Комплекс проектных расчетов позволяет на базе Группового проекта провести проектные расчеты для индивидуальной скважины с учетом ее геологических и конструктивных особенностей. 4
8 2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ При эксплуатации программного комплекса необходимо учитывать, что результаты решения одной задачи могут являться исходными данными для других задач. И после изменения, например конструкции обсадных колонн, необходимо заново провести расчеты цементирования, бурильной колонны, гидравлики промывки с новыми исходными данными. Исходные данные по геологии относятся ко всем вариантам расчета (стволам), остальные исходные данные принадлежат конкретному варианту расчета. Для вызова форм ввода исходных данных можно воспользоваться пиктограммой в верхней части главной формы или дважды щелкнуть на соответствующем названии дерева левой части формы. 2.1 Форма «Скважина». На форме «Скважина» вводятся и редактируются основные данные о скважине и ее координатах. Координаты устья скважины вводятся в декартовых координатах в виде смещений от реперной точки. В случае, если известны координаты какой-либо скважины на том же кусте, можно ввести «Азимут смещения» (направление движения станка) и «Смещение по азимуту» (сдвижку) и рассчитать через них координаты вводимой скважины. На рисунке в правой части формы отображается взаимное расположение скважин куста. 2.2 Форма «Геология». На форме находятся семь вкладок. Вкладки «Стратиграфия», «Нефтеносные пласты». «Газоносные пласты», «Водоносные пласты», «Поглощение бурового раствора» служат для ввода и редактирования данных, вкладки «Геология» и «Диаграммы» для отображения введенных параметров. Для редактирования пласта необходимо дважды по нему щелкнуть. Для ввода давлений и градиентов давлений существуют следующие правила: 8
10 2.3 Форма «Буровой раствор/буровой насос». При добавлении или редактировании бурового раствора можно воспользоваться справочником растворов. Загружаемые при этом реологические свойства растворов (плотность, пластическую вязкость, ДНС) можно поменять непосредственно на форме. Для задания глубины применения раствора существуют следующие правила: начало применения раствора определяется как конец интервала применения предыдущего раствора; глубина раствора может устанавливаться по стволу, вертикали, до забоя; пересчет вертикальных глубин в ствольные и наоборот происходит автоматически по кнопке «Сохранить». На форме отражается график введенной плотности раствора и предельных, рассчитанных с учетом п «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности». Буровые насосы выбираются из справочника. В нижней части формы отражается расход и максимальное давление насоса для возможных диаметров поршня. В поле «Расход насоса, л/сек» можно пересчитать подачу насоса с учетом справочной нормы наполнения. 10
12 редактирования нескольких точек. Кроме того, в форму быстрого ввода легко вставить данные из буфера памяти компьютера, предварительно скопировав их, например из Excel или Word. При этом важно соблюдать последовательность столбцов: глубина по стволу, зенитный угол, азимут. Важно! Для актуализации данных после ввода и редактирования необходимо воспользоваться кнопкой «Расчет». 2.4 Форма «Обсадная колонна». Ввод конструкции обсадной колонны осуществляется в два этапа: Задание типа, глубины спуска, внешнего диаметра колонны и диаметра долота, которым ведется бурение под колонну. Задание секций, включая длину, тип соединения, толщину стенки, группу прочности. Для задания глубины остановки обсадной колонны существуют следующие правила: глубина спуска колонны может устанавливаться по стволу, вертикали, до забоя; пересчет вертикальных глубин в ствольные и наоборот происходит автоматически. При вводе колонны можно назначить одну секцию на всю длину, задав тип соединения, толщину стенки и группу прочности. 12
13 Секции обсадной колонны выбираются из справочника. Длина секции может задаваться или рассчитываться автоматически до устья. Нормативные коэффициенты запаса прочности для каждой секции рассчитываются по «Инструкции по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин», 1997г. в зависимости от диаметра колонны и типа соединения. Важно! Для расчета цементирования хвостовиков необходимо, чтобы колонна была доведена до устья. Осуществляется за счет секций БК или НКТ, на которых хвостовик спускается и через которые осуществляется цементирование. Порядок спуска секций колонн можно менять стрелками. По умолчанию для колонны (если заданы две ступени цементирования для каждой ступени) задаются параметры растворов, применяемых в процессе крепления скважины. В модуле «Проверка ОК на прочность» по составному столбу этих растворов рассчитываются внешние давления на момент окончания цементирования. Кроме того, эти данные являются исходными для расчетов в модуле «Цементирование». 2.4 Форма «Рейсы/КНБК/Бурильная колонна». Под рейсом понимается интервал одинаковой буримости, для которого применяются одинаковая компоновка буровой колонны и режимные параметры бурения. В автоматизированном режиме рейсы формируются по кнопке «Сформировать рейсы по обсадным колоннам и буровым растворам» в зависимости от интервалов расположения обсадных колонн и применения буровых растворов. 13
14 В нижней части формы для каждого рейса задается состав бурильной колонны и компоновка низа бурильной колонны. Форма поэлементного ввода и редактирования компоновки позволяет работать с различными типами оборудования, при этом в нижней части формы отражаются свойства, присущие конкретному типу. Элемент панели управления позволяет менять очередность компонентов в конструкции колонны. Элемент позволяет загрузить компоновку для текущего рейса из справочника. Элемент позволяет сохранить компоновку текущего рейса в справочнике для дальнейшего использования. В случае ввода (редактирования) бурильной трубы на форме ввода становятся доступными кнопки для учета ее износа. Износ определяется согласно «Рекомендациям по эксплуатации и порядку разбраковки бурильных труб на предприятиях нефтегазодобывающего комплекса» 2000 г. При нажатии кнопок II или III толщина стенки бурильной трубы уменьшается согласно раздела 3.5. «Рекомендаций по эксплуатации и порядку разбраковки бурильных труб на предприятиях нефтегазодобывающего комплекса» 2000 г. При нажатии кнопок I толщина стенки восстанавливается до номинального размера. Изменения геометрии бурильной колонны учитываются в дальнейшем при расчетах несущей способности. 14
15 3. СПРАВОЧНИКИ При решении задач оптимального проектирования колонн обсадных труб, бурильных колонн, программы промывки алгоритм программы самостоятельно подбирает оборудование, применяемое в процессе бурения. Для того, чтобы оборудование участвовало в алгоритме автоматизированного подбора, необходимо отметить поле «Наличие» соответствующего справочника. 3.1 Растворы. При вводе растворов указываются реологические свойства, которые участвуют в гидравлических расчетах. Кроме того, указывается в каком качестве может использоваться жидкость Обсадные трубы. Структура и состав данных об обсадных трубах соответствует «Инструкции по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин», Москва, 1997г. Информация вводится в двух формах: «Типы соединений обсадных» и «Обсадные трубы» Бурильные трубы. Структура и состав данных о бурильных трубах соответствует «Инструкции по расчету бурильных колонн для нефтяных и газовых скважин», Москва, 1997г. Форма «Типы бурильных труб» соответствует Приложению 1 «Обозначения труб, принятые в ИРБК». Форма «Группы прочности бурильных труб» соответствует Приложению 17 «Механические свойства материалов бурильных труб по ГОСТ Р / стандартам АНИ» и Приложению 18 «Механические свойства материалов бурильных труб по ГОСТ (СБТ) и РД (АБТ)». Форма «Группы прочности бурильных труб» соответствует Приложению 21 «Геометрические и прочностные характеристики бурильных замков по ГОСТ » и Приложениям «Допускаемые осевые растягивающие нагрузки и крутящие моменты для замковых соединений» Двигатели. Справочник двигатели содержит сведения о турбобурах, турбобурах-отклонителях, винтовых двигателях. 15
16 При вводе характеристик двигателей следует руководствоваться следующим: 1. Справочная величина «Перепад давления на турбине в рабочем режиме» рассчитывается для «Оптимального расхода» (рабочего расхода) и «Плотности бурового раствора». В задаче расчета промывки скважины перепад давления на турбодвигателе пересчитывается с учетом реальных расходов и плотности бурового раствора. 2. В случае ввода новых двигателей в первоисточнике могут отсутствовать параметры «Оптимальный расход» (рабочий расход) и «Плотность бурового раствора». В этом случае расход можно определять как среднее арифметическое между минимальным и максимальным расходом, а плотность бурового раствора принимать равной 1.2 г/см КНБК. Справочник содержит «стандартные» наборы элементов КНБК, применяющиеся для бурения (проработки) определенных интервалов одинаковой буримости. Формируются «стандартные» КНБК в модуле ввода данных «Рейсы/КНБК/Бурильная колонна». 16
17 3.6. Каталог. Каталог содержит номенклатуру месторождений, типов операций, элементов, материалов и других списков, использемых в программном комплексе, в том числе и в справочниках. Например, для ввода (редактирования) типов элментов, входящих в состав КНБК, необходимо выбрать категорию «Конструкция» и группу «КНБК». Для ввода (редактирования) диаметров долот, необходимо выбрать категорию «Конструкция» и группу «Диаметр долота». 17
21 После закрытия интерфейса для выбора скважин на вкладке «Табличные данные» появляются три таблицы. В верхней части экрана отображаются данные по отдельным точкам анализируемого ствола. При установке курсора на определенную точку в двух нижних таблицах для отображаются расстояния от этой точки до отобранных скважин в горизонтальной плоскости и минимальное в пространстве (в последнем столбце). В остальных столбцах приведены пространственные параметры точек отобранных скважин, от которых отсчитываются расстояния. Вкладка «Диаграмма сближений» предназначена для отображения минимальных расстояний в графическом виде. По оси абсцисс (горизонтальной) откладываются ствольные глубины анализируемой скважины, начиная от точки, отмеченной на вкладке «Табличные данные», до забоя. По оси ординат (вертикальной) откладываются минимальные расстояния между скважинами. Допустимое сближение между скважинами задается в поле «Допустимое сближение» и отображается на диаграмме зеленой линией. На вкладке «Трехмерный профиль» отражаются профили выбранных для анализа скважин. Отметками в поле «Минимальное сближение в плоскости» и в поле «Минимальное сближение в пространстве» можно вывести точки, отмеченные на вкладке «Табличные данные». 21
22 5. ОБСАДНАЯ КОЛОННА 5.1. Загрузка формы «Обсадная колонна» В левой верхней части формы, загружающейся при вызове задачи, находится элемент «Обсадная колонна», в который выбирает колонну, для которой проводятся расчеты. Ниже находится пункты меню «Эпюры», «Параметры расчета», «Подбор секций», «Результаты расчета», которые вызывают соответствующие формы Форма «Параметры расчета». Форма «Параметры расчета» загружается при инициализации задачи и служит для формирования исходных данных расчета. В средней части формы отражается: конструкция обсадной колонны; геология; буровой раствор; параметры цементирования обсадной колонны. В нижней части формы выводятся редактируемые нормативные коэффициенты запасов прочности. Значения коэффициентов принимаются согласно «Инструкции по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин», Москва, 1997г. В верхней части формы приведены редактируемые параметры, участвующие в расчетах нагрузок на обсадную колонну. Расчет внешних избыточных давлений производится как разность наружных и внутренних давлений или по составному столбу бурового и цементного растворов с учетом разгрузки (п «Инструкции по расчету обсадных колонн») Подбор конструкции обсадной колонны. По кнопке «Подбор секций» производится проектировочный расчет многосекционной обсадной колонны согласно раздела «Порядок выбора конструкций эксплуатационных обсадных колонн» «Инструкции по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин» Форма «Эпюры» На форме «Эпюры» результаты вычислений представлены в виде графиков. По кнопке «Расчеты» вычисляются эпюры наружных и внутренних давлений, на их основе эпюры наружных и внутренних избыточных давлений для различных этапов строительства и эксплуатации скважин. Сравнение избыточных давлений с нормативными позволяет построить эпюры коэффициентов запаса прочности. Растягивающая нагрузка в обсадной колонне на соответствующих эпюрах сравнивается с нормативной для растяжения в замках (по телу трубы) и для работы в клиновом захвате Форма «Результаты расчета» На форме «Результаты расчета» отражаются числовые значения эпюр давлений, а также нормативные и минимальные расчетные коэффициенты запаса прочности от всех нагрузок. 22
23 5.6. Форма «Отчеты». Форма «отчеты» позволяет выбрать произвольную номенклатуру отчетов по исходным данным и результатам расчетов и вывести их в форме документа Word. 23
26 Формирование плана закачки жидкостей. План закачки формируется для всех жидкостей за исключением промывочной. Текущий план, отражаемый в таблице закачки относится к строке, выделенной в таблице жидкостей. При добавлении (редактировании) порции закачки объем порции можно задать следующими способами: произвольный объем вручную По кнопке Max будет задан нераспределенный на ранее введенные порции объем жидкости. По кнопке MAX будет задан весь заданный при вводе объем жидкости. С использованием характеристик цементировочных агрегатов. В загружаемой по кнопке форме выбирается агрегат, втулка, скорость и двойным щелчком или кнопкой «Добавить расход» определяется расход, сумма которого отражается в поле «Суммарный расход». По кнопке «Проверить на гидроразрыв» производится сравнение давлений в открытом стволе и давления гидроразрыва на момент окончания закачки анализируемой порции. Отражение плана закачки. Диаграмма в правой нижней части формы имеет две вкладки: План закачки растворов. План безопасной продавки. План закачки растворов отражает сформированный план в координатах «РасходВремя». План безопасной продавки предназначен для контроля правильности задания расходов продавочной жидкости и имеет следующее содержание. Известно, что наиболее опасным с точки зрения гидроразрава пласта в открытом стволе является окончание этапа закачки продавочной жидкости, когда основной объем цемента находится в затрубье. Кривая на плане выделяет область расходов без гидроразрыва, скорректированная с учетом коэффициента безопасности. План закачки продавочной жидкости не должен пересекать кривую. Для изменения последовательности порций закачки предназначены кнопки. 26
27 План безопасной продавки. На форме, вызываемой кнопкой «Рассчитать план продавки», производится: Автоматизированное формирование плана безопасной продавки. Расчет расходов, обеспечивающих замещение буферной жидкости цементом на турбулентном режиме. Под планом безопасной продавки понимается план закачки продавочной жидкости, обеспечивающий гидродинамические давления в стволе не более, чем давления гидроразрыва умноженные на коэффициент безопасности. Для автоматического назначения расходов всем жидкостям, кроме продавочной, необходимо снять метку «Оставить план закачки растворов до продавки без изменений» и назначить один расход на все жидкости. Количество порций для продавки задается от одной до четырех. На каждую порцию, кроме первой, задается объем. Объем первой порции определяется автоматически. 27
28 По кнопке «Рассчитать план закачки» рассчитываются расходы, при которых максимальные гидродинамические давления для каждой порции отличаются от давления гидроразрыва на величину коэффициента безопасности и строится график безопасной продавки на вкладке «План безопасной продавки». На вкладке «План закачки растворов» в графическом виде представлен полный план закачки растворов. Кроме того, приведен график рекомендуемых расходов жидкостей, обеспечивающий замещение буферной жидкости цементом на турбулентном режиме в открытом стволе. Начало графика соответствует выходу цемента в затрубье, конец входу головной части цемента в предыдущую колонну или окончанию цементирования Расчет. В ходе расчета производится детальное моделирование процесса цементирования. При установке метки «Ликвидировать отрыв» расчеты производятся из условий отсутствия отрыва, при этом определяется величина противодавления на выходе канала цементирования, необходимого для устранения отрыва Результаты расчетов. Результаты моделирования представлены в виде графиков: Объемы растворов. Уровни растворов. Давление в открытом стволе. Закачанный объем. Коэффициент вытеснения. Давления. Расход. Скорости замещения. Графики «Объемы растворов», «Уровни растворов», «Закачанный объем» строятся в зависимости от времени в секундах и минутах или от закачанного объема. На графиках «Объемы растворов» и «Уровни растворов» по оси ординат снизу вверх откладывается канал, по которому проходит цементирование. Горизонтальная прямая на графике проводится на глубине забоя и отделяет участок в обсадной трубе от затрубья. 28
29 7. БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА 7.1. Загрузка формы «Бурильная колонна».. Модуль построен на методической основе «Инструкции по расчету бурильных колонн для нефтяных и газовых скважин», 1997г., (принята взамен РД ). Задачи инженерных расчетов бурильной колонны в программном комплексе разделены на четыре группы. Вызов групп задач производится из меню, которое находится в левой части загружаемой формы. Алгоритмы «Проверочных расчетов для заданной глубины» детально анализируют нагрузки, напряжения и запасы пррочности для различных видов нагружения бурильной колонны, спущенной на заданную глубину. При «Анализе нагрузок и моментов для всех глубин» с заданным шагом проводятся расчеты нагружения колонны для подъема без вращения и роторного бурения и на основе этих вычислений строятся диаграммы назрузок и запасов прочности для интервала глубин, относящегося к определенному рейсу. В задачах «Расчета проходимости» проводятся расчеты спуска колонны с учетом жесткости колонны, анализируются силы сопротивления, возникающие при движении турбобура-отклонителя (кривого переводника) в искривленном стволе. На основании этих расчетов делаются выводы о возможности спуска колонны. При «Расчете прихвата бурильной колонны» определяется место прихвата бурильной колонны и допустимые нагрузки на крюке и моменты на устье при страгивании колонны. 7.2 Форма «Проверочные расчеты для заданной глубины». Форма загружается при инициализации задачи «Бурильная колонна». и служит для формирования исходных данных расчета. На форме находятся четыре вкдадки: «Параметры расчета», «Результаты расчета» (эпюры), «Результаты расчета» (таблицы), «Отклонения». В верхней части формы находятся поля, в которых выбирается глубина низа бурильной колонны, тип расчета, а также кнопки, запускающие расчет и вызывающие форму для создания отчетов. По умолчанию расчет производится для максимальной глубины рейса. Для расчета на произвольной глубины бурения необходимо установить галочку «Произвольная глубина» и ввести значение в поле «Глуб.(ствол)». Меню «Тип расчета» позволяет выбрать режим функционирования БК, включая: Подъем. Подъем с вращением. Спуск. Спуск с вращением. Вращение над забоем. Бурение турбинное. Бурение роторное. Вкладка «Параметры расчета» содержит три поля. В поле «Углубление скважины» производится выбор рейса (интервала глубин), для которого будут производиться 29
30 расчеты. В поле «Конструкция КНБК/Бурильной колонны» отражаются данные, которые вводчтся и редактираются на форме ввода «Рейсы/КНБК/Бурильной колонны». В поле «Конструкция КНБК/Бурильной колонны» отражаются данные, которые вводятся и редактираются на форме ввода «Рейсы/КНБК/Бурильной колонны». В поле «Геология» отражаются данные, которые вводятся и редактираются на форме ввода «Геология». При расчетах бурильной колонны данные геологии (коэффициенты кавернозности) необходимы для определения диаметров открытого ствола скважин. В поле «Параметры» часть данных формируется из ранее введенных, часть принимается по умолчанию. Плотность бурового раствора соответствует введенной в форме «Буровой раствор/буровой насос». Осевая нагрузка и момент на долоте вычисляются в зависимости от диаметра долота и твердости разбуриваемой породы. Скорость вращения долота, перепад давления бурового раствора на долоте, коэффициенты трения задаются по умолчанию. Коэффициент К (формулы 1 «Инструкции по расчету БК» учитывает влияние сил трения, сил сопротивления движению бурового раствора и сил инерции. Устанавливается по данным замеров в конкретных условиях бурения. При проектировочных расчетах ориентировочно можно принимать К=1,15). 30
33 коэффициента запаса прочности равно 1. Если флажок установлен, значение коэффициента запаса прочности принимает следующие значения: для подъема, спуска, бурения турбинного; для подъема и спуска с вращением, бурения роторного. ДИАГРАММА НАПРЯЖЕНИЯ. Напряжение растяжения/сжатия напряжение, расчитанное по формуле 2 «Инструкции». Напряжение изгиба напряжение, расчитанное по формуле 28 «Инструкции». Напряжение кручения напряжение, расчитанное по формуле 25 «Инструкции». Напряжение эквивалентное напряжение, учитывающие совместное действие напряжений растяжения, изгиба и кручения и расчитанное по формуле 47 «Инструкции». Эпюра «Напряжения изгиба/кручения» отражает напряжения от нагрузок изгиба в искривленном стволе и при потере БК прямолинейной формы устойчивости в результате вращения растяжения (сжатия), а также касательные напряжения при вращении ротором или от реактивного момента забойного двигателя. ДИАГРАММА КОЭФФИЦИЕНТЫ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ. КЗ по статич. прочности (факт.) расчитывается соответствии с разделом 4 «Инструкции» по эквивалнтным напряжениям. КЗП по усталости (факт.) расчитывается соответствии с п. 4.3 «Инструкции». КЗП нормативный- принят в соответствии с п.4.2 «Инструкции» и составляет: для подъема, спуска, бурения турбинного; для подъема и спуска с вращением, бурения роторного. Для расчетов по усталости КЗП согласно п.4.3 «Инструкции» принимается равным 1.5. Вкладка «Результаты расчета» (таблица) представляет результаты расчетов в табличном виде. Для каждой секции бурильной колонны приводятся напряжения, КЗП, наличие потери устойчивости. Если КЗП ниже нормативного, значение подкрашивается красным цветом. 33
34 Вкладка «Отклонения» отражает интервалы БК, на которых ниже допустимых значения КЗП по статической прочности, по усталости, больше допустимых значений нагрузки и моменты на замках или происходит потеря устойчивости БК Форма «Отчеты» вызывается по кнопке. На форме можно выбрать произвольную номенклатуру отчетов по исходным данным и результатам расчетов и вывести их в форме документа Word. В случае оперативных расчетов бурильной колонны согласно «Инструкции по расчету БК» производится корректировка коэффициента К по данным замеров в конкретных условиях бурения. Откорректированный коэффициент используется в расчетах бурильной колонны при дальнейшем углублении и при расчете спуска обсадной колонны. Кнопка «Подбор К по весу на крюке» активируется после проведения расчетов спуска или подъема колонны. На появляющейся форме необходимо ввести фактический вес на крюке. При нажатии Enter будет расчитан К, обеспечивающий соответствие расчетных и фактических значений веса на крюке. Значение K можно сохранить для текущих расчетов. 7.3 Форма «Анализ нагрузок и моментов для всех глубин». При «Анализе нагрузок и моментов для всех глубин» с заданным шагом проводятся расчеты нагружения колонны для подъема без вращения и роторного бурения и на основе этих вычислений строятся диаграммы назрузок и запасов прочности для интервала глубин, относящегося к определенному рейсу. На форме находятся две вкдадки: «Параметры расчета» и «Результаты расчета». вкдадки: «Параметры расчета». Данные вкладки «Параметры расчета» на формах «Анализ нагрузок и моментов для всех глубин» и «Проверочные расчеты для заданной глубины» совпадают. В верхней части формы находятся поля в которых выбирается глубина низа бурильной колонны, находятся кнопки, запускающие расчет и вызывающие отчетные формы. По умолчанию расчет производится для максимальной глубины рейса. Для расчета на произвольной глубины бурения необходимо установить галочку «Произвольная 34
36 нормативного коэффициента запаса прочности. При превышении момент на устье значения, указанного на эпюре, коэффициент запаса прочности в одном из сечений БК становятся меньше нормативного. 3. Эпюры «Минимальные КЗП». В качестве значений графиков для глубин спуска колонны с заданным шагом вычисляются минимальные по длине колонны значения КЗП. Важно! 1. Компоновка бурильной колонны удовлетворяет условиям прочности в определенном рейсе (интервале глубин), если на эпюре «Минимальные КЗП» значения запасов по статической и усталостной прочности превышают нормативные. 2. Если при подъеме БК или роторном бурении производится замер нагрузки на крюке, ее значение на эпюре «Нагрузки на крюке» не должно превышать допустимые. Если при роторном бурении или вращении над забоем производится замер момента на устье, его значение на эпюре «Моменты» не должно превышать допустимые. Замечание. Соотношение данных форм «Проверочные расчеты для заданной глубины» и «Анализе нагрузок и моментов для всех глубин». Поскольку на данных формах проводятся идентичные по смыслу и алгоритам расчеты, их результаты соотносятся следующим образом: 1. Значение нагрузку на крюке эпюр «Нагрузки на крюке» формы «Анализ нагрузок и моментов для всех глубин» соответствует значениям растягивающей нагрузки на устье формы «Проверочные расчеты для заданной глубины» для случаев подъема без вращения и роторного бурения.. 2. Значение моментов на устье эпюр «Моменты» формы «Анализ нагрузок и моментов для всех глубин» соответствует значениям крутящего момента на устье формы «Проверочные расчеты для заданной глубины» для случаев вращения над забоем и роторного бурения Форма «Подбор состава бурильной колонны». По кнопке «Подбор БК» производится проектировочный расчет многосекционной бурильной колонны согласно раздела 7 «Инструкции по расчету бурильных колонн для нефтяных и газовых скважин» Спуск обсадной колонны на бурильных трубах. Задача расчета спуска обсадной колонны на бурильных трубах требует составить конструкцию, низ которой состоит из обсадных труб, а верхняя часть из секций бурильных колонн. Такая составная колонна формируется на форме ввода исходныхданных «Рейсы/КНБК/Бурильная колонна». Рекомендуется ввести новый, дополнительный «рейс». Например, для спуска хвостовика вводится дополнительный рейс обсадная колонна хвостовик. Для него вводится конструкция первая секция хвостовик, вторая (остальные) секции обсадная труба. Для автоматического выбора в качестве первой секции соответствующей обсадной колонны, необходимо на форме ввода секций нажать кнопку. 36
37 7.6. Форма «Расчет проходимости». При расчете спуска по методике «Инструкции по расчету бурильных колонн для нефтяных и газовых скважин» применяется моделирование, в качестве модели бурильной колонны используется «тяжелая нить». Для более качественного анализа проходимости спускаемой бурильной колонны необходимо дополнительно учитывать два фактора. Вопервых, компоновка бурильной трубы обладает изгибной жесткостью, поэтому на участках интенсивного искривления необходимо учитывать дополнительные прижимные силы и силы трения. Во-вторых, спуск турбобура-отклонителя или компоновки с кривым переводником по обсаженному искривленному стволу создает дополнительные прижимные усилия, и изгибные напряжения в компоновке, которые могут превзойти допустимые. Анализ спуска колонны с учетом изгибной жесткости прозводится на форме «Расчет проходимости». Анализ спуска колонны с учетом сил сопротивления движению, создаваемых турбобуром-отклонителем или компоновкой с кривым переводником, производится на форме «Турбобур-отклонитель». Расчет производится для множества положений низа (долота) спускаемой бурильной колонны. Положения определяются следующим образом. Конечная точка расчета полная глубина спуска колонны или заданная глубина в случае, если отмечено поле. Начальная точка устье скважины. Шаг, на который сдвигается башмак колонны при каждом последующем расчете, задается в поле. Результаты расчетов приведены на графиках, выбираемых в выпадающем меню. Графики нагрузок на крюке отличаются учетом сопротивления движению от изгибной жесткости труб. Диаграмма «Нагрузка на крюке/зоны Баклин-эффекта» является главной. По ней можно судить о 37
38 возможноси спуска бурильной колонны. На диаграмме приведена зависимость нагрузки на крюке от глубины спуска колонны. Глубины спуска, на которых колонна имеет участки потери устойчивости, на диаграмме помечены красным цветом. График «Прижимающая (изгибная жесткость)» отражает силы, которые возникают за счет изгиба трубы и прижимают колонну к стволу скважины, увеличивая тем самым силы трения. Важно! Если при спуске колонны нагрузка на крюке меньше нуля (диаграмма «Нагрузка на крюке/зоны Баклин-эффекта»), силы, противодейтсвующие движению колонны в скважину, превышают силы веса колонны, двигающие колонну. Спуск колонны невозможен. Возникновение Баклин-эффекта (винтового изгиба) само по себе не означает нарушения условий прочности или невоможности спуска колонны. Существует достаточное количество успешно выполненных в таких условиях проектов. Но при этом существует большая вероятность заклинивания буровой колонны, спуск в таких условиях не рекомендуется. На эпюре «Нагрузки в конце интервала» приведено распределение растягивающей (сжимающей) нагрузки по длине БК. Низ колонны находится на глубине, приведенной в поле. Также приведены ограничения по нагрузке, которые необходимо выдерживать. Подробно отдельные графики описаны на форме «Проверочные расчеты». Рекомендуется следующий алгоритм анализа процесса спуска бурильной колонны: 1. На диаграмме «Нагрузка на крюке/зоны Баклин эффекта» отмечаются глубины, с отрицательной нагрузкой на крюке или Баклин-эффектом. 2. Задав эти глубины в поле, проводится детальный анализ нагружения колонны на эпюре «Нагрузки в конце интервала» Форма «Турбобур-отклонитель». Расчеты и результаты расчетов на форме «Турбобур-отклонитель» в соотвтветствуют форме «Расчет проходимости». Отличие составляет расчет прижимной силы и силы сопротивления движению турбобура-отклонителя или компоновки с кривым переводником и учет этих сил при оценке возможностей спуска колонны. Исходные данные по компоновке вводятся в отдельном интерфейсе. Значения D и d по умолчанию берутся из ранее введенной компоновки. Если применяется кривой переводник, значние L2 принимается равным 0. На форме помимо анализа проходимости буровой колонны проводится оценка прочности изогнутой конструкции. Результаты приводятся на диаграмме «Коэффициент запаса прочности турбобура» Форма «Расчет прихвата». В модуле реализованы две методики, связанные с прихватом бурильной колонны: определение неприхваченной части бурильной колонны и определение допустмых нагрузок растяжения и кручения при страгивании бурильной колонны. 1. Исходыми данными для задачи определение неприхваченной части бурильной колонны являются: конструкция выбранной в меню бурильной колонны, плотность бурового раствора, влияющая на Архимедову силу, разность нагрузок при замерах и 38
39 удлинение колонны, образовавшейся при приложении дополнительной нагрузки. Расчет производится автоматически при изменении значений в одном из полей: «Разность нагрузок при замерах» и «Удлинение колонны» и переводе курсора на другое поле. Результат расчета отражается в поле «Расчетная глубина прихвата». 2. Расчет допустимых нагрузок на страгивание производится из условий соблюдения статической прочности колонны с учетом коэффициента запаса прочности при совместном действии напряжений растяжения и кручения. В качестве общих исходых данных используются конструкция выбранной в меню бурильной колонны, плотность бурового раствора, расчетная глубина прихвта колонны. Алгоритм решения задачи построен таким образом, что можно определить допустимый вращающий момент (количество оборотов при закручавании колонны) при известной растягивающей нагрузке или растягивающую нагрузку при известном моменте (количество оборотов закручавания колонны). 39
40 8. ГИДРАВЛИКА ПРОМЫВКИ 8.1. Загрузка формы «Гидравлика промывки». В левой верхней части формы, появляющейся при вызове задачи, находится элемент «Рейсы КНБК», в котором выбирается интервал глубин, для которого проводятся расчеты. Ниже находится пункты меню «Скважина», «Параметры расчета», «Результаты расчета», которые вызывают соответствующие формы. По умолчанию расчет проводится для конца интервала. Если необходимо провести расчет для произвольной глубины интервала, необходимо отметить флажок «Произвольная глубина» и ввести значение ствольной глубины. 8.2 Форма «Скважина». На форме «Скважина» данные не редактируются, она служит для отражения в табличном и графическом виде основных сведений по конструкции скважины, БК, КНБК. 8.3 Форма «Параметры расчета». Форма «Параметры расчета» загружается при инициализации задачи и служит для формирования исходных данных расчета. По умолчанию загружаются данные насосов и буровых растворов, введенные на форме «Буровой раствор/буровой насос», данные турбобуров, введенные на форме «Рейсы/КНБК/Бурильные трубы». Буровой насос. Для выбора справочных данных по расходу и ограничениям давления насосов необходимо: Выбрать диаметр поршня; При необходимости поменять количество насосов, число двойных ходов, норму наполнения; Нажатием кнопки перенести значения в поле «Расход насосов». Произвольное значение расхода может быть введено вручную. Насадки долота. Для подбора насадок необходимо: Выбрать количество насадок; Нажатием кнопки перенести значения в поле «Суммарная площадь». Автоматически в поле «Потери давления» отражаются потери давления на долоте при текущем расходе и суммарной площади насадок. Двигатель. В поле «Потери давления» отражаются потери давления на двигателе, пересчитанные из справочных значений с учетом реальных расхода и плотности бурового раствора. Наземное оборудование. Потери давления рассчитываются для текущего расхода и реологических свойств бурового раствора для задаваемых конструктивных характеристик основных элементов наземного оборудования и отражаются в поле «Потери давления». Буровой раствор. В поле «Плотность» раствора можно поменять значение, определенное для текущего интервала бурения на форме «Буровой раствор/буровой насос». Для остальных реологичесих свойств раствора действуют следующие правила расчетов: 40
41 1. Если вводятся значения реологических свойств раствора (динамическая вязкость и ДНС для Бингамовской жидкости или индекс консистенции и показатель поведения для степенной жидкости), автоматически рассчитываются показания прибора Fann, которым соответствует данная реология раствора; 2. Если вводятся показания прибора Fann, рассчитываются реологические свойства растворов. 3. Если введены реологические свойства одной жидкости, а затем изменяется тип жидкости, сначала автоматически рассчитываются показания прибора Fann, соответствующие реологии первого типа жидкости, затем по этим показаниям рассчитываются реологические свойства второй жидкости. Модуль содержит оптимизационный алгоритм, позволяющий подобрать режимы работы насосов и долотные насадки. Суть его сводится к следующему. При нажатии кнопки по значениям, введенным в поле «Минимальная скорость в открытом стволе», определяется требуемая подача буровых насосов. При турбинном бурении проверяется возможность работы двигателя при вычисленном расходе. Затем определяются гидравлические потери в магистрали без учета потерь на долоте. По паспортной характеристике подбираются диаметры втулок насосов, которые при заданных норм наполнения насосов, обеспечивают требуемую подачу и давления (с учетом прогнозируемых рациональных потерь на долоте). Определяется площадь насадок исходя из разности между максимальным паспортным давлением нагнетания для выбранных втулок (с учетом коэффициента использования мощности насосов) и вычисленными потерями давлений на гидравлические сопротивления в магистрали. Потери давления на долоте ограничиваются прочностными характеристиками элементов: 120 кг/см2 для роторного бурения и 60 кг/см2 для турбинного бурения. В процессе бурения гидравлический забойный двигатель, долото и забой находятся в сложном взаимодействии. Математическое описание этого взаимодействия позволяет пересчитать характеристики функционирования ГЗД и решить такие задачи, как: 1. Определить нагрузку на долоте, для которой при заданном расходе ГЗД будет работать на режиме максимальной мощности. 2. Определить расход бурового раствора, для которой при заданной нагрузке на долоте ГЗД будет работать на режиме максимальной мощности. На первой из двух вкладок, анализирующих работу ГЗД, приводятся паспортные характеристики двигателя и фактические, пересчитанные с учетом реальных данных. Момент силы (на долоте) расчитывается в зависимости от твердости породы, считываемой из стратиграфии, типа и диаметра долота. Частота вращения и потери давления турбодвигателя расчитывается в зависмости от плотности и 41
43 9. БУРОВАЯ УСТАНОВКА На последней вкладке главной формы находится интерфейс для выбора буровой установки. Выбор производится согласно п «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности» сравнением параметра Допускаемая нагрузка на крюке буровой установки и максимальной расчетной массы бурильной колонны и наибольшей расчетной массы обсадных. В первых двух таблицах отображаются конструкция обсадных колонн и компоновка обсадных труб с суммарной массой, в поле «Буровая установка должна обеспечивать» вычисленная согласно «Правил» требуемая грузоподъемность. В нижней таблице приведены паспортные характеристики буровых установок, подходящих для бурения скважины по условиям грузоподъемности. 43
44 10. ПОДЪЕМ/СПУСК ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ 10. ПОДЪЕМ/СПУСК ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ Согласно «Инструкции по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин»: «осевую нагрузку от собственного веса определяют с учетом теоретического веса спущенной колонны в воздухе». Такой подход не учитывает перераспределния нагрузки в наклонной скважине, сил трения, возникающих при движении, архимедовых сил, возникающих в буровом растворе и не учитавает дополнительные прижимные силы, возникающие за счет жесткости колонны на искривленных участках. Эти недостатки исключены в «Инструкции по расчету бурильных колонн для нефтяных и газовых скважин». Исключением составляет то, что для труба представлена моделью тяжелой нити, которая не учитывает жесткость на искривленных участках. В методическом обеспечении данного модуля дополнительные прижимные силы, возникающие за счет жесткости колонны учитываются согласно подходов, изложенных в монографии Александрова М.М. «Силы сопротивления при движении труб в скажине», М., «Недра», 1978 г. В ходе проверки проходимости обсадной колонны определяются два условия: возможность опустить колонну за счет собственного веса, то есть не будет ли иметть отрицательное занчение нагрузка на крюке; наличие Баклин-эффекта, то есть присутствуют ли потеря устойчивости какихлибо участков колонны Загрузка формы «Подъем/Спуск обсадной колонны». В левой верхней части формы, загружающейся при вызове задачи, находится элемент «Обсадная колонна», в котором выбирается колонна, для которой проводятся расчеты. Ниже находится пункты меню «Эпюры», «Параметры расчета», «Проходимость/КЗП», которые вызывают соответствующие формы Форма «Параметры расчета». Форма «Параметры расчета» служит для формирования исходных данных расчета. В нижней части формы отражается конструкция бурильной колонны и низа бурильной колонны. В верхней части формы приведены редактируемые параметры, участвующие в расчетах нагрузок на обсадную колонну. 44