CC BY
45БУРЕНИЕ
УДК. 622
С.С. Пекин, к.т.н., доцент, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина
НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В БУРЕНИИ
Дальнейшее развитие сырьевой базы нефтегазовой промышленности предполагает развитие и новых технологий бурения. Это связано с необходимостью бурения в новых районах, а также бурения для добычи нетрадиционных запасов углеводородов. Перспективы разработки новых месторождений связаны с увеличением глубин бурения, наличием вечной мерзлоты и соляных про-пластков. Все это будет происходить в местах с низко развитой инфраструктурой и суровыми климатическими условиями.
В этих условиях востребованными будут технологии и оборудование, позволяющие снижать затраты времени на строительство скважин и расход материалов. Очевидно, что это будут установки блоч-но- модульного исполнения. Для повышения мобильности агрегатов возможно использование небольших по высоте вышек с использованием однотрубок.Это будет эффективно в случае снижения затрат времени на спуско-подъемные операции (СПО).
В настоящее время можно отметить следующие направления, с помощью которых планируется уменьшение удельного веса СПО в процессе строительства скважин. Первое - повышение долговечности породоразрушающего инструмента (ПРИ). В этом случае СПО проводятся в основном для установки обсадных колонн. При бурении обсадной колонной резко снижаются затраты времени на СПО, т.к. замена ПРИ и забойного двигателя производится с использованием канатной техники. При этом сокращается или исключается использование бурильных труб, но возникают вопросы по применению хвостовиков и металлических пластырей, рациональное использование которых позволяет сократить затраты на бурение. Широкое внедрение бурения обсадной колонной в настоящее время сдерживается недостаточной долговечностью обсадных труб и сложностью контроля качества скважины перед цементированием. Условия эксплуатации обсадных труб при обычной эксплуатации и в процессе бурения существенно отличаются в первую очередь по нагрузкам. При бурении это усталостные нагрузки растяжения, сжатия, кручения и изгиба в гладких трубах с резьбой отличной от бурильных
труб. Необходимы исследовательские работы по поиску оптимальной конструкции обсадных труб, которые должны проводиться для условий повышения надежности собственно скважины. Третий путь - использование систем автоматизации СПО. Это направление, зародившееся у нас стране, в настоящее время применяется в полностью гидрофицированных зарубежных установках и позволяет существенно сократить время на СПО и трудоемкость работ. Применение гидропривода в основном и вспомогательном оборудовании позволяет получить мощные, компактные установки, но при этом необходима высокая квалификация персонала как при бурении, так и при обслуживании установок, особенно в суровых климатических условиях.
Снижение затрат материалов можно получить, используя бурильные трубы повышенной прочности с уменьшенной толщиной стенки. В этом случае снижается общий вес труб и мощность на прокачку бурового раствора из-за увеличения внутреннего диаметра труб. Кроме этого снижаются затраты мощности на СПО и на бурение ротором. Расчетные данные показывают, что может быть получено снижение веса труб до 70% и, следовательно, использование БУ с меньшей грузоподъемностью. С другой стороны, необходимо проводить повышение износостойкости наружной поверхности муфт и установку центраторов, т.к. предельный износ на тонкостенных трубах наступает раньше. При одинаковых нагрузках уровень напряжений в тонкостенных трубах выше и, следовательно, усталостная долговечность ниже. Кроме того, необходимы дополнительные исследования долго-
вечности соединений в тонкостенных трубах.
С увеличением глубины увеличиваются затраты на буровой раствор, т.к. возрастает его необходимый объем и его потери в процессе бурения. Одним из перспективных направлений можно считать использование двойных бурильных труб, реализующих обратную промывку. В геологразведочном бурении на глубины 100-300 м за рубежом и у нас разработаны и применяются установки, реализующие такое бурение. В 2009г. компания ReeLweLL была удостоена награды ОТС 2009 в области новых технологий за новый метод бурения колонной двойных бурильных труб [1]. Данная технология имеет следующие преимущества. Бурение ведется при контролируемом давлении, снижаются затраты на прокачку, потери жидкости, возрастает геологическая информация. Компания Шлюмберже указывала, что при подборе бурового раствора кроме условий бурения необходимо руководствоваться также и качеством цементирования. В этом случае удорожание бурового раствора окупается снижением затрат на цементирование. Технология бурения с колонной двойных труб позволяет закачивать в затрубное пространство растворы, отличающиеся от буровых. Снижается также вероятность растепления вечномерзлых пород при бурении,
/ 2 3 15 6/7
Рис. 1. Соединение двойных бурильных труб
24 \\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\
\\ № 2 \\ февраль \ 2010
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ 2 \\ февраль \ 2010
Рис. 2. Схемы обеспечения внутритрубной циркуляции. а - заполнение затрубного зазора вязким агентом; б - эрлифт; в -эжекторное устройство; г - устьевой герметизатор; д,е - забойные пакера
т.к. время контакта буровой жидкости и породы раствора сводится к минимуму, а в затрубье можно закачивать пену. Сложность реализации бурения с колонной двойных труб заключается в создании промывки внутри колонны труб, в увеличении ее веса и в усложнении конструкции вертлюга. Для рассмотрения технологии и конструкции двойных бурильных труб воспользуемся информацией []. Конструкция трубы представлена на рис.1. Внутренние трубы 1 имеют наконечники 3 и 5 с уплотнениями 4. Наружные трубы 2 и 7 соединяются по конической резьбе с опорным кольцом 6. Внутренние трубы удерживаются с помощью центраторов.
Для реализации внутритрубной циркуляции применяются различные схемы, часть из которых показана на рис.2. Бурение может производиться как со спошным разрушением забоя, так и с отбором керна, который транспортируется потоком жидкости (рис.3). Последнее повышает геологическую ин-
Рис. 3 Гидротранспорт керна
формативность и не прерывает процесса бурения.
Бурение колонной двойных бурильных труб может вестись и поверхностным, и скважинным вращателями. Сложность использования данной технологии заключается в ее приспособлении к глубокому бурению, и в первую очередь к использованию вязких буровых растворов вместо воды.
К нетрадиционным направлениям можно отнести бурение для получения метана из угольных скважин, а также бурение для добычи битуминозных нефтей. Добыча из нетрадиционных месторождений хотя и дороже, но и запасы этих месторождений очень значительны и за рубежом подобная работа уже ведется. Рассмотрим перспективы бурения на таких месторождениях. Угольные месторождения часто расположены относительно неглубоко, от 300 до 900м. При этом дебит скважин мало предсказуем. Но при этом резко снижается опасность добычи угля. При бурении на таких глубинах необходимо использовать мобильные установки. Это связано с тем, что время собственно бурения мало, затраты мощности на бурение тоже меньше, чем на традиционных нефтяных и газовых скважинах, и поэтому можно снизить затраты времени на монтаж-демонтаж и переезды для повышения эффективности работ. В этом случае эффективно использовать мачты, как в агрегатах для подземного ремонта, существенно облегчая установку. При использовании обсадных труб диаметром 140мм, с толщиной стенки 6,2мм нагрузка на крюк составит около 220кН. Применение такого инструмента вполне оправдано, учитывая, что давления в пластах невысокие. Для бурильных труб с учетом коэффициентов перегрузки получаем порядка 450кН. Это соответствует грузоподъемности большинства агрегатов для подземного ремонта. При этом необходимо их дооборудование системой, обеспечивающей бурение силовым вертлюгом, а также механизации вспомогательных работ. Для снижения времени строительства скважин подойдет новая технология бурения на обсадных трубах. При высоких скоростях проходки скважина сохраняет естественную устойчивость стенок, что положительно сказывается на качестве ее крепления. Снижение необходимо-
Рис.4. Двухустьевая скважина. 1- устье, 2- продуктивный пласт, 3 - забой
го диаметра бурения требует подбора долговечной компоновки насосного оборудования, для откачки попутной воды в условиях выноса механических примесей в виде угля. Проведение дополнительных исследований позволит с помощью компоновки «долото - расширитель» уменьшить диаметр бурения и увеличить скорость бурения и, следовательно, снизить стоимость скважины без ущерба качеству. Бурение скважин для добычи битумных нефтей в настоящее время ведется различными способами в зависимости от конкретных условий. Как правило, это неглубоко залегающие пласты. Наиболее перспективной представляется т.н. двухустьевая скважина (рис.4), забоем в которой является ствол скважины, проходящий в продуктивном пласте. Это существенно повышает дебит скважины в сочетании с термической обработкой. Для бурения таких скважин целесообразно применение установки с наклонной мачтой, что снижает кривизну скважины и упрощает процесс бурения. Особенностью бурения является повышенные потери на трение, осложнения при выносе шлама и контроль за устойчивостью стенок скважины. Снижение трения будет решаться использованием различных центраторов. Промывка скважины, осложненная неустойчивостью пород, может быть решена с использованием двойных бурильных труб с необходимой модернизацией. Решение указанных выше задач может быть решено при проведении дополнительных исследований со стороны заинтересованных организаций так, как это делается ведущими зарубежными фирмами.
Литература:
1. Кардыш В.Г., Пешнов А.Н., Кузнецов А.В., Кузьмин И.В., Новиков Г.П.// Техника и технология бурения с гидротранспортом керна. М., Недра. 1993. 253 с.
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ бурение \\ 25
