CC BY
22
УДК 622.243.272
1 2 3
Н.А. Буглов , А.В. Карпиков , П.С. Гриб
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова 83.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЦЕНТРИРОВАННЫХ КОЛОНКОВЫХ НАБОРОВ
Представлена методика оперативного определения стабилизирующей способности технических средств борьбы с естественным искривлением геологоразведочных скважин.
Ключевые слова: геологоразведочная скважина, колонковый набор, естественное искривление, стабилизирующая компоновка, методика. Библиогр. 7 назв. Ил.6.
N.A.Buglov, A.V. Karpikov, P.S. Grib
Nathaniel Scientifically Irkutsk State Technical University; 664074, Irkutsk, Lermontov st. 83.
THE DETERMINATION OF STABILIZED CAPABILITY OF CENTERING DRILLING STEMS
The methodic of prompt determination of stabilized capability technical means struggle against the natural curve of borehole is represented.
Key words: borehole, drilling stem, natural curve, stabilized drilling tool, methodic Bibliogr. 7 sources, 6figures
В последние годы большое внимание специалистов научных, учебных и производственных организаций было уделено разработке и внедрению в практику геологического изучения недр широкого спектра стабилизирующих технических средств и способов управления интенсивностью естественного искривления. Это позволило на многих рудных месторож-
дениях страны заметно снизить стоимость одного метра проходки скважин в анизотропных породах за счет сокращения количества корректирующих постановок от-клонителей и повышения технико-экономических показателей буровых работ от использования новой техники и технологий.
буглов Николай Александрович, кандидат технических наук, зав. кафедрой нефтяного дела, тел.: 405 090, e-mail: burenie@istu.edu
Buglov Nikolay Alexandrovich, a candidate of technical sciences, the head of the Chair of oil works, phone: 405-653, e-mail: dis@istu.edu
2Карпиков Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, тел.: 405 090, e-mail: burenie@istu.edu
Karpikov Alexander Vladimirovich, a candidate of technical sciences, an associate professor of oil and gas chair, phone: 405-090, e-mail:burenie@istu.edu
3Гриб Петр Сергеевич, старший преподаватель кафедры нефтегазового дела, тел.: 405 090, e-mail: burenie@istu.edu/
Grib Petr Sergeevich, a senior lecturer of oil and gas chair, phone: 405-090, e-mail: burenie@istu.edu
В процессе их эксплуатации было установлено (Карпиков А.В., 2002 г), что в неоднородных по физико-механическим свойствам геологических разрезах предлагаемая компоновка нижней части бурильной колонны (КНБК) помимо малой стоимости изготовления должна обладать и более высоким ресурсом по сравнению с базовой, в течении которого обеспечивается выполнение всех показателей, заложенных в техническое задание на ее разработку.
Соблюдение данных условий гарантирует получение максимального экономического эффекта от применения данной КНБК.
Анализ литературных источников и большого фактического материала по использованию в производственных условиях широкого спектра технических средств борьбы с естественным искривлением показал, что у одних стабилизирующая способность практически не зависит от времени работы в скважине, а у других, наоборот, оно существенным образом влияет на величину этого показателя[1, 2, 4, 5, 6, 7].
К первой группе можно отнести следующие из них: компоновки для гидроударного бурения; колонковые наборы с повышенной толщиной стенки; колонковые и бурильные трубы со смещенным центром тяжести; алмазные коронки специальных конструкций; различные компоновки нижней части бурильной колонны, устанавливаемые над стандартным колонковым набором.
Данные технические средства, кроме породоразрушающего инструмента, снимаются с эксплуатации в основном по критерию максимально допустимого износа стенок труб, гарантирующего безаварийную их работу в скважине, то есть по причине, напрямую не связанной с изменением стабилизирующей способности. В подтверждение сказанному приведем результаты испытаний алмазных коронок К-09, БС-16 и БА-24 в Комсомольской ГРЭ ГГП "Дальгеология" и эксцентричных колонковых наборов комплекса ССК-59 в Ангарской ГРЭ ГГП "Иркутскгеология". В Комсомольской ГРЭ (зона Нежданная)
опытные коронки отрабатывались с круглосуточными хронометражными наблюдениями методом чередования с базовой (К-08), на трех рядом расположенных скважинах (№№ 664, 669, 670).
Все скважины пробуренные на участке работ, в том числе и те, на которых реа-лизовывались эксперименты, выполажива-лись с одновременным уходом вправо по азимуту.
Средний ресурс нового породораз-рушающего инструмента (К-09, БС-09, БА-24) в горно-геологических условиях зоны Нежданной составил соответственно - 50.0м.; 40.2м. и 29.4м., а базового - 18.1м.
Результаты исследований показаны на рис.1, из которого видно, что коэффициенты стабилизирующей способности опытного породоразрушающего инструмента практически не зависят от глубины скважин.
1,8
1 -I--------
60 120 180 240 300 360 420 480 540
Глубина скважины, м
Рис. 1. Зависимость коэффициента стабилизирующей способности алмазных коронок К-09, БС-09 и БА-24 от глубины скважин
Точками на графиках отмечены их средние значения одного парного чередования. Под этим термином нами понимается отношение интенсивности естественного искривления скважины на интервале, пробуренном базовым породоразрушаю-щим инструментом, к интенсивности искривления на следующем за ним интервале, пройденном, коронкой К-08.
Инклинометрическая съемка скважин при проведении данных работ осуществлялась по несколько усложненной схеме. Первоначально, при каждом выезде каротажной станции измерялись угловые параметры их стволов с шагом, принятым на
I 2,6
180 220 260 300 Глубина скважины, м
Рис. 2. Зависимость коэффициента стабилизирующей способности эксцентричного колонкового набора комплекса ССК-59 от глубины скважины № 101
месторождении - 20 м., а затем в начале и конце интервала применения каждой коронки.
Далее, по известному выражению А. Лубинского [3], вычислялись средние величины интенсивности естественного искривления скважин по полному углу для всех интересующих нас отрезков их стволов. Испытания эксцентричных колонковых наборов комплекса ССК-59 реализо-вывались на плановых скважинах №№ 102 и 101 предварительной разведки участка "Центральный" Байкальского железорудного месторождения, объекте работ Ангарской ГРЭ ПГО "Иркутскгеология".
В период экспериментов на буровых агрегатах были организованы круглосуточные хронометражные вахты, состоящие из сотрудников ИрГТУ и ОМПНТ ГГП "Иркутскгеология".
На участке "Центральный" все скважины при бурении выполаживались с одновременным уходом влево. В основу плана исследований была положена поочередная проходка равных интервалов одной выработки базовой и опытной компоновками. При этом их длина принималась адекватной двойной проходке на коронку К-08, что составляло 30 м.
Необходимые технологические параметры процесса бурения заносились на диаграммную ленту самопишущего ваттметра Н-395.
Методика расчета средних значений коэффициентов стабилизирующей способ-
ности одного парного чередования конкурирующих компоновок полностью соответствовала выше описанной.
Результаты экспериментов показаны на рис. 2, из которого видно, что коэффициенты стабилизирующей способности эксцентричного колонкового набора практически не зависят от глубины скважины № 101.
Опытная компоновка снималась с эксплуатации при одностороннем износе ее наружной поверхности у верхней резьбы на величину 1,3-1,5 мм.
Средний ресурс новой техники составил 200 м.
Ко второй группе технических средств борьбы с естественным искривлением нами относятся:
- жесткие компоновки комплексов ССК и КССК;
- центрированные колонковые наборы различных конструкций;
- эллипсные колонковые наборы;
- центрированные бурильные трубы профильного поперечного сечения, устанавливаемые над колонковым набором.
При их применении на значение интенсивности естественного искривления основное влияние оказывают геометрические размеры центрирующих элементов. В процессе бурения по мере уменьшения наружного диаметра центраторов, происходит увеличение кривизны ствола скважины.
Использование компоновки как стабилизирующего устройства, а не как обычного колонкового набора, прекращается, если износ центраторов по этому параметру составляет 0,5-0,7 мм [1, 6]. Почему именно такая его величина является "критической", авторы не объясняют. Остается на сегодняшний день также открытым вопрос определения коэффициента стабилизирующей способности технических средств данной группы по отношению к базовому объекту.
Так, например, Килин Я.Н. [4], описывая результаты эксплуатации колонковой стабилизирующей винтовой трубы (ТКСВ), утверждает, что она снижает ин-
□ £2,2
,8
1,4
60
00
140
340
380
420
тенсивность естественного искривления скважин по сравнению с обычным колонковым набором комплекса ССК-59 в 2-4 раза. Однако, при этом он ничего не говорит о том, в каком случае будет первая цифра, а в каком вторая.
Подобную информацию, только о применении снарядов СБИС в условиях Холоднинского полиметаллического месторождения, приводит в своем отчете Рындин И.Ф. (И.Ф Рындин., 1980).
С целью восполнения данного пробела авторами на плановых скважинах №№ 1007 и 1011 Пограничного флюоритового месторождения были проведены производственные исследования, направленные на выявление зависимостей коэффициента стабилизирующей способности специальных колонковых наборов комплекса КССК-76 от глубины скважины и проходки на них.
В качестве технических средств борьбы с естественным искривлением использовались разработанные сотрудниками Иркутского государственного технического университета центрированные КССК-76Ц и профилированные КССК-76П компоновки, которые конструктивно отличались друг от друга только формой поперечного сечения и количеством вставок твесала, размещенного на их наружной поверхности.
Методика экспериментов предусматривала поочередную проходку отрезков ствола одной скважины, равных ресурсу породоразрушающего инструмента (в среднем 20 м), базовой и новой техникой.
Инклинометрические измерения и их обработка производились по описанной выше схеме.
На скважинах №№ 1007 и 1011 опытное бурение осуществлялось соответственно в интервалах 152 м - 550 м. и 210м - 620 м., представленных сланцами различного состава. В данных породах интенсивность естественного искривления при применении комплексов КССК со стандартными колонковыми наборами изменялась от 6 до 15о/100 м. Итоговые материалы исследований показаны на рис. 3, 4 и 5, из которых видно, что:
-величина коэффициентов стабилизирующей способности центрированных компоновок уменьшается с увеличением глубины скважин;
-для каждого технического средства
300 350 400 Глубина скважины, м
Рис. 3. Зависимость коэффициента стабилизирующей способности цен-триро-ванной компоновки КССК-76Ц от глубины скважины № 1007
I 18
Е1,б
N
400 500
Глубина скважины, м
Рис. 4. Зависимость коэффициента стабилизирующей способности центрированной компоновки КССК-76П от глубины скважины № 1011.
50 100 150
Объем бурения компоновкой, м
Рис. 5. Зависимость коэффициента стабилизирующей способности центрированной компоновки КССК-76Ц от объема ее эксплуатации
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
,5
50
200
250
450
500
550
2
£ й ч £21,4
,2
200
300
600
700
4,5
4
3,5
3 2,5
2
,5
0
200
борьбы с естественным искривлением, входящего во вторую группу, существует определенный "критический" объем бурения, при превышении которого реализуемая им кривизна ствола скважины равна кривизне, реализуемой базовым объектом;
-зависимости коэффициентов стабилизирующей способности центрированных колонковых наборов от глубины скважин и количества пробуренных ими метров близки к линейным.
Результаты проведенных работ позволили авторам предложить методику определения стабилизирующей способности компоновок, включающих центрирующие элементы, суть которой сводится к следующему.
По материалам опытного бурения строится график изменения данного показателя от проходки на новое техническое средство. Получив такую зависимость (рис.6), нетрудно вычислить среднюю величину коэффициента стабилизирующей способности конкретной компоновки, соответствующую как ее полному (критическому) ресурсу (N), так и его любому
промежуточному значению (N'2 ) по формулам, приведенным ниже:
1 ср _ 1тах ^ 1 1 Nкр) - 2 !
(1)
к(М)
к(Ы2)
Прох Объем бурения компоновкой, м
Рис. 6. Схема к определению текущего значения коэффициента стабилизирующей способности компоновки
1СР -
1 N1) -
Чр) -
ктах + к( ^) 2
ктах + к( N)
2
(3)
где к{кР), кК)
к^р | -средние коэффи-
циенты стабилизирующей способности новой техники при ее ресурсе: N, N1 и
N2; ктах -максимальный коэффициент стабилизирующей способности нового технического средства; к и к -
текущие коэффициенты стабилизирующей способности, соответствующие объемам бурения N2 и N2.
Так, например, из представленного на рис.5 графика видно, что текущее значение коэффициента стабилизирующей способности центрированной компоновки КССК-76Ц при ее ресурсе в 80 м составляет - 3,5, а его средняя величина, при этом объеме эксплуатации, равна - 4,0.
Практическая реализация предложенной выше методики позволит специалистам технологической службы геологоразведочных организаций оперативно, и самое главное объективно, определять стабилизирующую способность технических средств борьбы с естественным искривлением скважин в каждом конкретном случае.
Библиографический список
1. Анищенко А.Я., Дзюбаев Д.И., Успа-нов Н.М. Опыт бурения комплексами ССК- 59 с применением центраторов // Технический прогресс в разведочном бурении. Алма-Ата: КазИМС, 1980. -С. 8-13.
2. Бухаров А.А., Протасов В.Г., Воногра-дов С.Н. Опыт применения КНБК в условиях Северной Карелии // Науч. -техн. достижения и передов. опыт в обл.геол. и разведки недр: Науч.-техн. информ. сб./ ВИЭМС. МГП "Геоин-
форммарк". М.: 1991, -Вып.8, -С. 3844.
3. Вудс Г., Лубинский А. Искривление скважин. М.: Гостоптехиздат, 1980. -138 с.
4. Килин Я.Н. Эффективность применения колонковой стабилизирующей винтовой трубы при направленном бурении скважин // Техника и технология направленного бурения, Л.: ВИТР, 1986. -С. 87-92.
5. Кривошеев В.В., Дельва В.А. Закономерности искривления и управления траекторией трасс скважин в аниза-тропных породах. М.: Обзор/ ВИЭМС. МГП "Геоинформмарк", 1991. -43с.
6. Кушельный В.М., Плавский Д.Н. Применение центрирующих компоновок для бурения направленных скважин комплексами ССК // Исследование, разработка и внедрение технологии аламзного бурения скважин на твердые полезные ископаемые. Л. : ВИТР, 1984. - С. 82-89.
7. Музопаров М.Ж., Скобочкин Б.Е. Основы и практика управления трассой скважин с помощью гидроударников (Методичесокое руководство). Алма-Ата: ОНТИ КазИМСа, 1980. -55с.
Рецензент: кандидат геолого-минералогических наук, доцент НИ ИрГТУ Г.В.Зверев
