CC BY
222
УДК 629.113.001
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДОЛОТ PDC НА НЕФТЕГАЗОПОИСКОВЫХ СКВАЖИНАХ В ПРЕДЕЛАХ НЕПСКОГО СВОДА
© Р.У. Сираев1, Р.Х. Акчурин2, В.В. Че3, А.Г. Вахромеев4
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрены результаты бурения новейшими шарошечными и PDC долотами, предлагаемыми иностранными и отечественными компаниями. Исследованы и оценены результаты эффективности их применения на нефтега-зопоисковых скважинах в пределах Непского свода. Ил. 8. Табл. 1. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: долото PDC; шарошечное долото; эксплуатационные затраты на 1 метр проходки; отработка долот.
ANALYSIS OF PDC BIT APPLICATION EFFECTIVENESS IN OIL AND GAS EXPLORATORY WELLS WITHIN NEPA ARCH
R.U. Siraev, R.Kh. Akchurin, V.V. Che, A.G. Vakhromeev
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia
The article considers the results of drilling by the latest cone cutter bits and PDC bits offered by foreign and domestic companies. The efficiency of their application in the oil and gas exploratory wells within the Nepa arch is studied and assessed.
8 figures. 1 table. 5 sources.
Key words: PDC bit; cone cutter bit; operating costs per 1 meter of penetration; drilling bit run.
За последние время объемы глубокого бурения на нефть и газ в Восточной Сибири постоянно увеличиваются. В отличие от Западной Сибири геологический разрез здесь представлен древними литифицирован-ными породами (кембрийские отложения начинаются с глубины 25 м), что обуславливает во многом их высокую прочность. В связи с этим в регионе предъявляются повышенные требования к буровым долотам, от характеристик которых во многом зависит время строительства скважин и основные ТЭП бурения.
Буровые долота составляют только долю (от 1 до 5%) от общей стоимости скважины, но при этом являются основным компонентом экономики строительства скважины. Время, необходимое для бурения нефтяных и газовых скважин, напрямую зависит от скорости бурения, которая обеспечивается долотом, продолжительностью его работы до износа, КНБК и способом бурения. На основе относительной стоимости проходки одного метра, инвестирование в правильно подобранное долото значительно снизит время бурения и количество спуско-подъемных операций.
В настоящее время в мировой и российской практике строительства и реконструкции нефтяных и газовых скважин существует два типа породоразрушаю-щих инструментов, которые разнятся по принципу действия. К первому типу относятся шарошечные до-
лота, разрушающие породу дробяще-скалывающим действием. Ко второму типу относят долота РйО, принцип работы которых основан на сдвиговом действии вооружения на забой и разрушение происходит путем срезания слоя горной породы [1]. Поскольку существуют разные типы долот, то возникает проблема в их выборе. Это одна из базовых проблем, с которой приходится сталкиваться нефтяным компаниям-недропользователям и буровым подрядчикам при планировании строительства скважины. Ясно, что выбор встанет за тем типом долота, который будет более эффективно работать в определенных горногеологических условиях [2]. В свою очередь эффективность работы долота определяется величиной эксплуатационных затрат на 1 м проходки [3].
При рассмотрении новейших шарошечных и РйО долот, предлагаемых иностранными и отечественными компаниями, были исследованы и оценены результаты эффективности их применения при бурении нефтяных и газовых скважинах Восточной Сибири. Для того чтобы сделать корректное сравнение эффективности работы долот, сравним эксплуатационные затраты нового и базового долота. В качестве нового возьмем долото РйО, поскольку данный тип является технологически новым поколением долот и применяется относительно недавно. Соответственно, за базо-
1Сираев Рафаил Улфатович, аспирант. Siraev Rafail, Postgraduate.
2Акчурин Ренат Хасанович, аспирант. Akchurin Renat, Postgraduate.
3Че Вячеслав Викторович, студент, тел.: 89246392566, e-mail: [email protected] Che Vyacheslav, Student, tel.: 89246392566, e-mail: [email protected]
4Вахромеев Андрей Гелиевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры нефтегазового дела. Vakhromeev Andrei, Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Professor of the Department of Oil and Gas Business.
вое долото принимаем шарошечное долото, поскольку такие долота используются уже на протяжении более 60 лет.
Эксплуатационные затраты на 1 метр проходки С1м рассчитываются по следующей формуле [6]:
Г _ / 1 , СП +1В \ п , С Д
С1м - К— +---) • + — ,
V, h h
(1)
где С1м - стоимость 1 м проходки, руб; VM - механическая скорость проходки, м/ч; tcn - нормативные затраты на спускоподъемные операции, отнесенные к рейсу, ч; te - нормативное время затрат на подготовительно-заключительные операции, отнесенные к рейсу, ч; h - проходка на долото, м; Сд - стоимость долота, руб.; Св - стоимость 1 ч работы буровой установки, руб/ч.
Затраты времени на подготовительно-заключительные и спускоподъемные операции приняты в соответствии с Едиными нормами времени на бурение скважин [4].
Такие данные как механическая скорость, проходка на долото, стоимость долота, стоимость 1 ч работы буровой установки, а так же износ долот берем по результатам отработки в условиях Восточной Сибири. Статистика отработки долот на поисковых скважинах в пределах Непского свода сведена в таблицу. Эти показатели являются исходными данными для расчета
эксплуатационных затрат на 1 м проходки. Долота РйО применялись при бурении под техническую колонну.
Поскольку разные типы долот использовались на разных интервалах, то для корректного анализа сравним их работу в типичных по геологическому строению интервалах разреза осадочного чехла. Исходя из данных табл. 1, можно выделить два интервала бурения под техническую колонну:
1) ангарская, булайская и бельская свиты нижнего кембрия (500-1500 м);
2) верхне-нижне-бельская свиты нижнего кембрия (900-1500 м).
Значения механической скорости при бурении под техническую колонну (для применяемых типов долот) указаны на рис. 1 и 3. Значения проходки на долото при бурении под техническую колонну (для применяемых типов долот) указаны на рис. 2 и 4.
Анализируя данные по проходке, механической скорости, времени затраченного на СПО, можно сказать, что долота РйО на выделенных интервалах бурения превосходят как по скорости, длине рейса, так и по проходке (практически во всех случаях). При этом для более полного анализа эффективности применения шарошечных долот и долот РйС определим затраты на 1 м проходки.
Данные по отработке долот, полученные при бурении скважин на нефть и газ в Восточной Сибири, Непский свод, 2010-2012 гг.
Тип Диаметр, мм Модель Интервал, м Код отработки
от до
РйО 292,9 БИТ В 716 УСМ 598 1578 2-1 -WT,CT, BU-A-X-IN -RR-HP
РйО 292,9 БИТ В 716 УСМ 986 1448 1 -1-WT-N-X-I-RR-TD
РйО 215,9 БИТ В913О 1415 1536 2-2-WT-A-X-IN-RR-CP
Шарошка 215,9 MXL-44C 215,10 1900 1956 1 -1-WT-A-E-I-BT-LOG
РйО 215,9 БИТ В716УСМ 1578 1705 0-1-CT,WT-N-X-IN-RR-LOG
Шарошка 215,9 MXL-44С 1935, 5 1970 1-1-WT-A-E-I-BT-TD
Шарошка 215,9 GX- 44GDX 1783 1873 O-1-CT-G1,3-EEE-I-NO-CP
РйО 215,9 В613УЕСМ.382 1812 1908 3-4-WT,HC-N,T,S,G -X-I-CT,BF-PR
Шарошка 295,3 MXL-30H 941 1144 4-8-BT-M,G-EEE-I-JD-PR
Шарошка 295,3 GX-44G 540 1033 0-7-BTCTWT-GM-E-1-NR, HR
РйО 292.9 БИТ В 716 УСМ 521 986 2-1-CT-N-X-I-HC-PR
РйО 292,9 FMX553Z 518 1269 2-4-RO-G,S-X-I-HC,CT-PR
Шарошка 295,3 БИТ Z47KRS 1033 1189 8-8-BT,CT,LT-M,G-E,F,N-2-PR
Шарошка 295,3 HR-44G 549 1000 1 -1 -WT-A-E-I-CT-LOG
СХ -440 295,3 GX-44G 1249 1377 0-8-CT-M-T-I-JD-PR
Интервал 500-1500 м
В"
-§ 13 * 12
о -р
о И о
№
а
И
О
9 8 7 6 5
f 4 s 3 на 2
S 1
S 0
7,2
11,9
7,2
5,6
I
9,6
БИТ GX-44G БИТ FMX553Z
292,9В716УСМ 292,9В716УСМ
■ Шарошечное долото ■ Долото PDC
HR-44G
Рис. 1. Механическая скорость при бурении под техническую колонну для применяемых типов долот
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
980
Интервал 500-1500 м
а
и ч о
и
о р
В
БИТ 292,9В716УСМ
751
493
465
I I
451
1
GX-44G
БИТ 292,9В716УСМ
FMX553Z
HR-44G
I Шарошечное долото ■ Долото РБС
Рис. 2. Проходка на долото при бурении под техническую колонну для применяемых типов долот
т
I 11 . 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Интервал 900-1500 м
9,6
■а н о о а о
и
о
№
сЗ
и
о щ
т
a
и
4,68
4,8
2,6
БИТ 292,9В716УСМ MXL-30H БИТ 295,3Z47KRS
■ Шарошечное долото ■ Долото PDC
GX-44G
Рис. 3. Механическая скорость при бурении под техническую колонну для применяемых типов долот
500 450 § 400 Св 350 Ш 300 § 250
и 200
а 150 И 100 50 0
Интервал 900-1500 м
462
203
124
БИТ 292,9В716УСМ ЫХЬ-30И БИТ 295,3247КЯ8 ОХ-44в
■ Шарошечное долото ■ Долото РБС
Рис. 4. Проходка на долото при бурении под техническую колонну для применяемых типов долот
Определяем эксплуатационные затраты на 1 м проходки С1м при бурении долотом БИТ 292,9В716УСМ (598-1578 м) по формуле:
1 15 3 С = (— + _!_). 33331 + 1ж 7,2 980
850000 __ , '
+-= 6017 руб/м
980
Код износа 2-1-т,ОТ,Ви-Л-Х-!1Ч-РР-НР. Расшифровку кода износа долота производим по системе кодов !ЛйО [6].
2 - износ внутренних резцов на 1/4;
1 - износ внешних резцов на 1/8;
Ж - износ резцов;
СТ - скол резцов;
Ви - образование сальника на долоте;
А - износ по всем участкам;
X - НЕТ;
!Ы - сохранение калибра;
РР - подлежит повторному спуску;
НР - подъем по причине аварии.
Расчеты эксплуатационных затраты на 1 м проходки на остальных скважинах подобны примеру, изложенному выше. Пример износа долот в условиях разреза Восточной Сибири показан на рис. 5 и 6. Результаты расчета эксплуатационных затрат показаны на рис. 7 и 8.
Рис. 5. Долото БИТ 292,9В716УСМ. Интервал бурения 521-986 м
Рис. 6. Долото 295,3 GX-44G. Интервал бурения 1249-1377 м
Интервал 500-1500 м
a п о и о
р
в
р
т е
Л CJ
н 3 та т
м
е
a а т
а
^
л
8400 8000 7600 7200 6800 6400 6000 5600 5200 4800 4400 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 0
о И <D
7696 3
7636
БИТ 292,9В716УСМ
GX-44G
БИТ В 716 УСМ
FMX553Z
HR-44G
■ Шарошечное долото ■ Долото PDC Рис. 7. Эксплуатационные затраты при бурении под техническую колонну
Интервал 900-1500 м
о
и <D
19200 18400 17600 16800 16000 15200 14400 13600 12800 12000 11200 10400 9600 8800 8000 7200 6400 5600 4800 4000 3200 2400 1600 800 0
17947,5
11801
6610
146П4 0
БИТ 292,9 В 716 УСМ
MXL-30H
БИТ 295,3 Z47KRS
GX-44G
■ Шарошечное долото ■ Долото РБС Рис. 8. Эксплуатационные затраты при бурении под техническую колонну
Анализируя результаты расчета (рис. 7, 8), можно утверждать, что в большинстве случаев наименьшие эксплуатационные затраты на 1 м проходки достигнуты при бурении долотами РйО. Лишь в одном случае при бурении шарошечным долотом (интервал бурения 549-1000 м) они оказались меньше чем РйО. В данном интервале залегали большие пласты солей, чем и объясняется высокая скорость проходки и незначительный износ долота (1-1-^-Д-Е-!-ОТ-1_ОС).
Так же важно отметить, что при бурении шарошечными долотами наблюдается следующая тенденция - сильный износ наружного вооружения, оставление металла на забое и падение механической скорости, при этом дальнейшее применение невозможно: необходимы дополнительные временные затраты, связанные с очисткой забоя от постороннего металла.
Что касается долот РйО, то здесь ситуация неоднозначная. Так же как и в случае с шарошечными долотами, подъем происходил из-за снижения механической скорости, либо по достижению проектного забоя. При этом долото было готово к повторному использованию, а это значит, что его можно использо-
вать на соседних скважинах. Отсюда можно сделать вывод, что использование долот РйО более эффективно и рационально при строительстве эксплуатационных скважин на кустовых площадках.
Таким образом, на основе исследования опыта бурения поисковых скважин, на лицензионных участках Восточной Сибири, применение новейших долот РйО (как отечественного так и зарубежного производства), показывающих более высокую механическую скорость и проходку на долото по сравнению с шарошечными долотами, позволяет сократить затраты на 1 м проходки при бурении под техническую колонну в интервале 500-2000 м.
Применение долот РйО уменьшает риск возникновения аварийных ситуаций, так как в конструкции этих долот отсутствуют движущиеся детали. Этого нельзя сказать о высокооборотистых шарошечных долотах, в которых используются подшипники качения и твердосплавное штырьевое вооружение, соответственно повышается риск аварийной ситуации (оставление шарошки в скважине или частей вооружения долота).
1. Влияние типа и параметров буровых долот на сохранность кристаллов алмазов / А.Е. Беляев [и др.] // Вестник ИрГТУ. 2003. № 2. С. 18-22.
2. Ашимов Р.Р., Шестаков А.Н. От правильной расстановки -к выигрышной комбинации // Инновационные решения в строительстве скважин: тез. Всерос. науч.-техн. конф. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011. С. 10-14.
Библиографический список
3. Ганджумян А., Калинин А.Г., Сердюк Н.И. Расчеты в бурении: справ. пособие / под ред. А.Г. Калинина. М.: РГГРУ, 2007 г.
4. Единые нормы времени на бурение скважин. М., 2000 г.
5. Справочник бурового мастера. М.: Инфра-Инженерия, 2006 г.
