CC BY
20
УДК 55
Дохотеру Б.В., студент второго курса магистратуры Тюменского Индустриального Университета
г. Тюмень, РФ
Салтыков В.В., профессор, доктор технических наук кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин», Институт геологии и нефтегазодобычи
Тюменского Индустриального Университета
г. Тюмень, РФ
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ БУРЕНИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ
И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН
Аннотация
На современном этапе добычи углеводородов и развития технологий бурения разработка новых месторождений влечет за собой проводку скважин, имеющих сложные профили, вследствие усложненных горно-геологических и технологических условий бурения.
Важнейшей задачей при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин является постоянный контроль оптимальных режимов бурения:
1) расход промывочной жидкости;
2) частота вращения элементов КНБК;
3) значение осевой нагрузки на долото, а также применение технологических способов доведения большей ее части до породоразрушающего инструмента.
Известно, что изменение осевой нагрузки обусловлено прежде всего силой сопротивления (трения), возникающей между бурильной колонной и стенкой скважины.
Это объясняется такими факторами как:
1) неоднородность физико-механических свойств разбуриваемых пластов, обусловленной его пространственной изменчивостью;
2) изменение пространственного положения бурового инструмента в скважине, вследствие восприятия реактивного момента двигателя и появления угла закручивания бурильной колонны;
3) нарушение технологии химической обработки буровых промывочных растворов;
4) нерациональный выбор компоновки бурильной колонны, ее составных элементов, а также их техническое состояние.
Ключевые слова
Осевая нагрузка, вибрация, осцилятор, режим бурения, горизонтальная скважина, силы трения
Цель работы
Целью работы является анализ современного состояния технологий строительства скважин, включающего оптимизацию процессов бурения, рациональный выбор элементов КНБК, а также разработка эффективных методов строительства скважин в сложно-геологических условиях и условиях большой протяженности ствола скважины.
При бурении скважин с горизонтальным окончанием в условиях сложно-геологической обстановки сила сопротивления, возникающая между бурильной колонной и стенкой скважины, является ключевым фактором в отношении сроков строительства скважин.
Сила сопротивления (трения), возникающая между бурильной колонной и стенкой скважины, особенно в горизонтальных участках ствола скважины, является одной из главных причин невозможности доведения оптимальной осевой нагрузки на долото [1].
Из теории влияния вибрационных колебаний на трение известно, что если каким-либо способом в одном из соприкасающихся тел возбудить колебания с некоторой частотой, то сила сопротивления уменьшится.
Общеизвестно, что колебания в теле трубы могут возникать как в продольном сечении, так и в
поперечном. Рассмотрим механизм действия колебаний в обоих случаях, представленных на рисунке 1.
б)
а) Колебания в продольном сечении; б) Колебания в поперечном сечении. Рисунок 1 - Механизм действия колебаний в бурильной трубе
Из теории известно, что сила трения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры. При действии достаточной колебательной силы, превышающей силу нормальной реакции опоры, имеет место периодического "отрыва" бурильной колонны от стенки скважины. Следовательно, при отсутствии соприкосновения стенки скважины с бурильной колонной, сила трения равна 0 [3].
Во первом случае, при действии колебаний в поперечном сечении тела трубы, эффекта «отрыва» не наблюдается. Направление движения колебаний в этом случае в течение одного промежутка времени совпадает с движением бурильной колонны, а в течении другого - противоположено.
Современным решением применения вибрации является включение в состав компоновки низа бурильной колонны осциллятора (рисунок 2).
Рисунок 2 - Схема системы осциллятор компании «NOV» [1]
Силовая секция заставляет клапанную пару создавать пульсацию давления жидкости. Это, в свою очередь, активизирует генератор импульса, создающий осевые колебания бурильной колонны, таким образом обеспечивается снижение сил трения. Клапанная секция оригинальной конструкции является наиболее важным узлом инструмента, она преобразует энергию протекающей жидкости в пульсацию давления. Этот эффект достигается путем создания циклического ограничения проходного сечения при помощи клапанной пары. Клапан открывается и закрывается периодически, в результате чего проходное сечение циклически меняется от минимума до максимума. Сам по себе осциллятор создает только пульсацию давления жидкости. Для трансформации импульса в механические колебания при работе с муфтовым инструментом применяется генератор импульса, который монтируется в компоновку выше осциллятора.
Осциллятор сообщает КНБК или бурильной колонне легкие колебательные движения, за счет чего существенно снижается сила трения бурильной колонны о стенки скважины. Это позволяет улучшить передачу необходимой нагрузки на долото и уменьшить «прихваты-срывы» при бурении в любом режиме, а особенно при ориентированном бурении с помощью управляемого забойного двигателя.
Технология применения.
Как правило, технология применения осцилляторов, а также их область ограничивается частотой работы, местоположением в составе КНБК.
Частота работы телесистемы не должна совпадать с частотой работы осциллятора. В связи с данным ограничением данный элемент КНБК обычно имеет частоту больше 20 Гц, когда, в свою очередь частота работы современных телесистем редко превышает данное значение.
Эффективность осциллятора также зависит от его местоположения в составе компоновки низа бурильной колонны.
Заключение. Данная вибрационная технология успешно применяются в современной практике на многих месторождениях Российской Федерации. На месторождении применение осцилляторов типоразмером 172 мм, 120 мм положительно сказывается на МСП и сокращение времени на выставление отклонителя при направленной работе.
После работы данного оборудования был проведен анализ, который показал, что при использовании осциллятора размеров 172 мм проходка за рейс не изменилась, однако при этом процентное соотношение времени на выставление при направленной работе уменьшилось на 5 процентов.
Незначительное изменение наблюдается при выставлении отклонителя при направленной работе.
Основными достоинствами применения осциллятора являются возможность доведения большей части осевой нагрузки на долото при направленном режиме бурения в горизонтальных участках скважин большой протяженности, минимизация времени на ориентирование отклонителя, а также снижение прихватоопасности бурильной колонны, за счет постоянного воздействия поперечных вибраций, что в конечном итоге снижает срок строительства скважины, однако на практике данную технологию необходимо усовершенствовать с целью оптимизации процессов бурения.
Список использованной литературы:
1. Ш.Х. Фахрутдинов Повышение эффективности бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин с помощью осциллятора - турбулизатора /Фахрутдинов Ш.Х., Хузина Л.Б. // Современные технологии и техника бурения нефтяных и газовых скважин: АГНТИ - Альметьевск, 2010
2. Яшков В.А Опыт применения осциллятора с целью повышения эффективности бурения скважин в АО «Самаранефтегаз» /В.А. Яшков, Чуркин О.А., М.А. Рвалов, и др. // журнал «Инженерная практика»: №4 2016
3. Любимова С.В. Повышение эффективности бурения наклонно - направленных скважин с горизонтальными участками путем снижения прихватоопасности: диссертация на соискания у.с. к.т.н. АГНИ, Альметьевск, 2012 - 137 с.
© Дохотеру Б.В., Салтыков В.В., 2022
