CC BY
12
корпуса. В результате происходит отталкивание всей компоновки от стенки скважины в заданном направлении.
Одно из слагаемых успешного проведения работ с использованием РУС - это грамотный подбор бурового инструмента, способного реализовать весь потенциал этих систем. Поэтому в настоящее время НПП «БУРИНТЕХ» активно разрабатывает и внедряет оборудование для работы с управляемыми системами, так как их актуальность растет с каждым годом. Необходимо знать, что РУС разделяются на два основных типа по способу управления смещением долота относительно оси скважины.
НПП «БУРИНТЕХ» производит долота для работы совместно с обоими типами РУС. Инструмент успешно выпускается от 142,9 до 295,3 мм. Причем возможно работать и с комбинированными РУС, совмещающими свойства двух систем.
Список использованной литературы:
1. Осипов Ю.В., Ахметов Д.С., Еникеев Р.В., Бадретдинов Д.Ф. «Применение роторных управляемых систем для бурения».
2. Закиров А.Я. «Первые результаты испытаний роторно-управляемых систем российского производства».
3. Бурение наклонных, горизонтальных и многозабойных скважин А. С. Повалихин, А. Г. Калинин, С. Н. Бастриков, К. М. Солодкий; под общ.ред. доктора технических наук, профессора А. Г. Калинина. - М. : Изд. ЦентрЛитНефтеГаз, 2011. - 647 с.
4. Акбулатов Т.О. Роторные управляемые системы: учебное пособие / Т.О. Акбулатов, Р.А. Хасанов, Л.М. Левинсон - Уфа: УГНТУ, 2006.
© Закарян А.В., 2022
УДК 55
Лихтер А.Р., студент второго курса магистратуры Уфимского государственного нефтяного технического университета
г. Уфа, Российская Федерация Сулейманов К.И., студент второго курса магистратуры Уфимского государственного нефтяного технического университета
г. Уфа, Российская Федерация Мулюков Р.А., доцент, кандидат наук кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин» Горно-нефтяного факультета Уфимского государственного нефтяного технического университета
г. Уфа, Российская Федерация
ЗАВИСИМОСТЬ ПРОЦЕССА ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ШЛАМА ПРИ БУРЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ УЧАСТКОВ БОЛЬШОЙ ПРОТЯЖЕННОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ
Аннотация
Научно обоснованный выбор режима бурения и очистки скважины от образующегося шлама позволяет существенно сократить время и затраты, связанные с геологическими и технологическими рисками. Для выбора оптимального режима необходимо иметь соответствующие инструменты математического моделирования, опирающиеся на современные расчетные алгоритмы и физические модели процессов, которые происходят во время бурения.
Ключевые слова
Наклонно-направленные скважины, транспортировка шлама, моделирование, промывка скважины, буровой раствор
В модели рассчитывается движение флюида, частиц шлама, осаждение этих частиц и формирование неподвижной эффективной глинистой корки (подложки) (рисунок 1).
Реология флюида может быть как ньютоновской, так и неньютоновской. При этом учитывается теплообмен между шламом, флюидом и стенками скважины.
В качестве входных параметров модели рассматриваются: концентрация (источник) шлама на входе; давление (расход) на входе и выходе; температура шлама, флюида и горных пород; скорость вращения долота; угол наклона скважины к горизонту.
В качестве выходных параметров: распределение давления, температуры шлама и флюида, концентрации шлама и площади подложки по стволу скважины в различные моменты времени. Возможно моделирование повторного выноса и осаждения частиц шлама из скважины.
Рисунок 1 - Упрощенная схема модели выноса шлама
Рассмотрим влияние различных факторов на вынос шлама
В общем вынос шлама затрудняется при увеличении зенитного угла. Наибольшие трудности возникают при зенитных углах от 50 до 60, поскольку при таких условиях осевший шлам имеет тенденцию соскальзывать) вниз по стволу и образовывать пробки. При зенитных углах более 60 обломки образуют устойчивую шламовую постель. Такая постель удерживается на стенке скважины за счет сил трения. Диапазон зенитного угла, в котором происходит соскальзывание осадка, в значительной степени зависит от реологических свойств бурового раствора. Трудности с очисткой ствола могут возникнуть в диапазоне зенитных углов от 40 до 60 градусов.
22,1 25,2 2ЗД 31,5 Я,7
Расми иричшххшоП пдкостш, (.Л)
Рисунок 2 - Зависимость содержания шлама в кольцевом пространстве от механической скорости проходки
При повышении механической скорости проходки увеличивается количество шлама в кольцевом пространстве. Предыдущий опыт свидетельствует о том, что для эффективного бурения вертикальных скважин максимально допустимая концентрация шлама в кольцевом пространстве не должна превышать 0,5%. При бурении наклонных скважин увеличение скорости проходки приводит к росту толщины осадка. Для удаления более толстого слоя осевшего шлама необходимо увеличение подачи бурового раствора. Важно контролировать и ограничивать механическую скорость проходки в наклонных скважинах, так как толстый слой осевшего шлама труднее удалить из скважины
Реологические свойства бурового раствора
Скорость осаждения частиц в буровом растворе зависит от его вязкости. Эта зависимость влияет на транспортировку шлама в вертикальных скважинах.
Однако после образования шламовой постели на нижней стенке скважины с зенитным углом более 30 изменение реологических свойств бурового раствора мало улучшает вынос шлама. Маловязкие жидкости наиболее эффективны в скважинах с зенитными углами более 300, так как режим их течения -турбулентный и завихрения потока способствуют выносу шлама.
Л 201) -11И1 6411) N111) 141011
( |А)|МК1 I. П1Ши
Рисунок 3 - Графическое изображение наиболее известных реологических моделей
Для уменьшения гидравлических сопротивлений и обеспечения более плоского профиля скоростей в затрубном пространстве пластическую вязкость следует понизить до минимума. При минимальной вязкости и том же самом расходе промывочной жидкости увеличивается скорость течения ее в наружной части кольцевого пространства. Такой результат легко достигается в скважинах диаметром как 445 (171/2"), так и 311 мм (12-1/4"). При использовании растворов на нефтяной основе ввод специальных реагентов - модификаторов реологических свойств придает раствору необходимую вязкость в диапазоне малых скоростей сдвига.
В статье С. Окражи и Дж. Дж. Азара из Универ нефтяников. Август 1986 г.) рассмотрена зав промывочной жидкости, величины зенитного бурильной колонны в скважине. Были четко установлены три диапазона зенитного угла:
1) 0-45 - Шлам выносится эффективнее при ламинарном режиме течения. Транспортировка улучшается при повышении реологических свойств, особенно динамического напряжения сдвига
2) 45-55 - Ни ламинарный, ни турбулентный режимы не имеют преимуществ друг перед другом. В этом диапазоне наблюдалось соскальзывание вниз шламового осадка.
3) 55-90 - Увеличения отношения не приводит к улучшению выноса шлама. Ствол лучше очищается при турбулентном режиме течения.
Повышение реологических свойств совершенно не влияло на несущую способность при
турбулентном режиме в любом диапазоне зенитного угла (Рисунок 3).
Однако при малых зенитных углах и ламинарном режиме течения повышение динамического напряжения сдвига улучшает вынос шлама. (Уменьшает концентрацию выбуренной породы в кольцевое пространстве). (Рисунок 4).
= *
*
Г —
■и
3 j-i tL c.
s- s.
s —
—
3 □
Si
V
-
2
3 -
2
10
15
20
25
Зенитный угол - v Ланннардос
'>Kt:nuji i [немц е i bi . H 0,5. \ гечевкс
Час una АрйЩСМН . 5ü обмин.
Скорость восходящего потока - 0,8.)м'с (2.66фуi с)
4 б а
Динамическое напряжение сдннш, Мл
10
\2
Рисунок 4 - Влияние динамического напряжения сдвига и режима течения на концентрацию выбуренной породы в кольцевом пространстве.
-£ *
]() У
а
7
Ь
5 Н
J
3
2
О
______ Ламинарное течение * ------ я W
— • е 70'
Э кс центр нчваетт, + 0.5
4jeioj:i bßjnLüJtMil 50 «hi [.
Скорость
восходя щсп> потока 1.1быА! (З.а2фуг.с)
Динамическое
напряжение сдвига 20 фунт 100 кн.ф\т.
О
0.5
2,0
1,0 1,5
О [ hliiiii.'ii iu't / li_ Ц)нгЛ(Ю П>фуГнсП?)
Рисунок 5 - Зависимость концентрации частиц в кольцевом пространстве от величины отношения t0/h
(фунт./100 кв. фут./сПз)
При увеличении зенитного угла вынос шлама при ламинарном режиме течения можно улучшить, повысив отношение (Рис. 4).
Однако влияние повышения отношения Ш/Ъ уменьшается при увеличении скорости восходящего потока (Рисунок 6).
О 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Отношение! /Ь. (фут ¡00 КЕ.фут..сШ)
Рисунок 6 - Зависимость степени очистки ствола от величины отношения Ш/Ь при разных скоростях
потока и ламинарном режиме течения
При зенитных углах до 55 влияние эксцентричного положения бурильных труб в скважине невелико. При углах более 55 и ламинарном режиме течения влияние эксцентричного положения труб становится заметным.
В своей последующей работе «Зависимость выноса шлама от реологических свойств раствора при направленном бурении» (Публикация 19535 Общества Инженеров-нефтяников. Октябрь 1989 г.) Т. Е. Беккер, Дж. Дж. Азар и С. Окражи сделали следующие выводы:
Лучшим параметром, характеризующим несущую способность буровых растворов, является показание ротационного вискозиметра Фэнн при частоте вращения n = 6 об/мин.
Другими параметрами, которые могут характеризовать транспортирующую способность растворов, являются: напряжение сдвига в буровом растворе при скорости сдвига, равной ее среднему значению при течении в кольцевом пространстве показание ротационного вискозиметра Фэнн при частоте вращения n = 3 об/мин начальное статическое напряжение сдвига. Список использованной литературы:
1. Ранзбар Р. Транспорт шлама в наклонных и горизонтальных скважинах: магистерская диссертация. Ставангер, 2010. 102 с.
2. Окразни С.С., Ларсен Т.И., Азар З.З. Влияние реологии бурового раствора на очистку кольцевого пространства в наклонных скважинах // Сообщество нефтяных инженеров. 1986. Идентификация документа: SPE-14178-PA.
3. Локкетт Т.З., Ричаксон С.М., Ворракер В.З. Важность вращения бурильных труб для эффективного выноса шлама в процессе бурения // Сообщество нефтяных инженеров. 1993. Идентификация документа: SPE-25768-MS.
4. Менгзиао Ю., Даниел М., Николас Т., Стефан З.М., Рамадан А. Новый подход к совершенствованию процесса очистки от шлама в наклонных и горизонтальных скважинах // Сообщество нефтяных инженеров. 1993. Идентификация документа: SPE-90529-MS.
5. Yu. M., Takach, N.E., Nakamura, D.R., Shariff, M.M., 2007. An experimental study of hole cleaning under simulated downhole conditions // Proceedings of the SPE Annual Technical Conference and Exhibition. -2007. USA, November -P.11-14.
6. Akhshik S., Behzad M., Rajabi M. CFD-DEM Approach to Investigate the Effect of Drill Pipe Rotation on Cuttings Transport Behavior // Journal of petroleum science and engineering. -2015. -P.230-244.
© Лихтер А.Р., Сулейманов К.И., Мулюков Р.А., 2022
УДК 55
Лихтер А.Р.,
студент второго курса магистратуры Уфимского государственного нефтяного технического университета
г. Уфа, Российская Федерация Сулейманов К.И., студент второго курса магистратуры Уфимского государственного нефтяного технического университета
г. Уфа, Российская Федерация Мулюков Р.А.,
доцент, кандидат наук кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин»
Горно-нефтяного факультета Уфимского государственного нефтяного технического университета
г. Уфа, Российская Федерация
ВЛИЯНИЕ ВРАЩЕНИЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ НА ТРАНСПОРТ ШЛАМА
Аннотация
Одной из причин разработки роторных отклоняющих компоновок для проводки горизонтальных и пологих с большими отклонениями скважин явились трудности с транспортом шлама при проводке ГС с использованием забойных двигателей, когда бурильная колонна не вращается. Эти трудности связаны с тем, что под действием силы тяжести частицы шлама стремятся опуститься в нижнюю часть кольцевого пространства, в котором скорость течения жидкости значительно меньше средней.
Ключевые слова
Наклонно-направленные скважины, транспортировка шлама, моделирование, промывка скважины, буровой раствор
Бурильная колона в ГС располагается всегда эксцентрично. Течение жидкости по эксцентричному кольцевому пространству зависит от реологических свойств жидкости и величины эксцентриситета. Относительный эксцентриситет бурильной колонны е в ГС зависит от соотношения диаметров скважины замков Яз и труб
е = БС-БТ (1)
Для труб диаметром 127 мм, используемых чаще всего с долотами диаметром 215,9 мм, эксцентриситет может изменяться от е=0,44 (при использовании замков ЗП-178) до е=0,69 (при использовании замков ЗУ-155).
Горизонтальные стволы проходят с промывкой, как правило, полимерными растворами, их реологические лучше всего описываются степенной моделью:
т = к • ф" (2)
Для степенных жидкостей зависимость скорости течения от раскрытости (размера) канала Ъ определяется зависимостью
и = а • (3)
Где п - показатель нелинейности, для большинства полимерных растворов он изменяется в пределах 0,3-0,6
