Особенности применения различных технологий бурения в процессе строительства скважины | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №3 (189) январь 2018 г.

Дата публикации: 22.01.2018

Статья просмотрена: 983 раза

Библиографическое описание:

Чепик В. С. Особенности применения различных технологий бурения в процессе строительства скважины // Молодой ученый. — 2018. — №3. — С. 55-59. — URL https://moluch.ru/archive/189/47878/ (дата обращения: 24.02.2019).



Динамика цен последних лет на углеводородное сырье заставляет компании — операторы выбирать наиболее эффективные и в то же время рентабельные технологии бурения, стремиться к сокращению непроизводительного времени, минимизировать затраты, связанные со строительством новых скважин и вторичным освоением существующего фонда.

Ключевые слова: управляемые винтовые забойные двигатели, роторные управляемые системы, эффективность направленного бурения

На сегодняшний день наиболее востребованным видом наклонно-направленного бурения являются протяженные горизонтальные скважины и скважины с большим отходом от устья. Сложность бурения подобных скважин компенсируется повышенной эффективностью извлечения углеводородов из них за счет увеличенной площади контакта с продуктивным пластом. Строительство таких скважин сопряжено с рядом технологических и технических проблем, решение которых является одним из приоритетных направлений развития бурения.

Со второй половины прошлого столетия подавляющее большинство наклонно-направленных скважин бурят с применением управляемых забойных двигателей (далее по тексту ВЗД). Использование данной технологии обусловлено простотой и надежностью конструкции, сравнительно невысокой стоимостью эксплуатации и обслуживания, а также широким спектром конфигураций, предназначенных под конкретные параметры и задачи направленного бурения.

Однако, при явных достоинствах использования управляемых забойных двигателей, имеется ряд существенных недостатков, обусловленных конструктивными особенностями и режимами использования ВЗД. Наиболее значимыми из них являются:

‒ Бурение с использованием винтового забойного двигателя не позволяет достичь равномерного искривления ствола скважины: траектория состоит из чередующихся участков условно прямолинейных отрезков роторного бурения с вращением всех элементов бурильной колонны и участков направленного бурения в режиме скольжения КНБК с созданием участков высокой локальной интенсивности искривления. Это вызывает рост крутящего момента при вращении компоновки, повышенный износ замковых соединений бурильных труб, затруднения в процессе спуско-подъемных операций (СПО) и спуска обсадной колонны.

‒ При вращательном бурении с использованием ВЗД изгиб отклоняющей секции заставляет вращаться долото с отклонением от своей оси, что становится причиной большего диаметра ствола и выработку спиралевидной канавки. Стенки ствола скважины получаются более шершавыми, что повышает скручивание и осевые нагрузки на бурильную колонну. Это так же может вызвать проблему при спуске оборудования для заканчивания скважины.

‒ В процессе углубления забоя скважины, при росте зенитного угла и увеличения отхода от устья, возникает проблема равномерной подачи нагрузки на элементы низа бурильной колонны (долото — ВЗД) и как следствие низкой эффективности направленного бурения. Наиболее пагубно это сказывается при бурении горизонтальных участков, зачастую являясь главной причиной несоблюдения плановой траектории ствола скважины, выход за границы продуктивной зоны, и недохождения до расчетного забоя секции.

‒ Технологической особенностью использования объемного винтового забойного двигателя является увеличение дифференциального перепада давления при росте нагрузки на долото в процессе бурения. Исходя из опыта эксплуатации, в большинстве случаев, максимальный рабочий перепад ВЗД достигается при неполной допустимой нагрузке на породоразрушающий инструмент. Кроме того, несоблюдение условий плавного касания забоя и последующего равномерного увеличения нагрузки на долото в процессе бурения, вызывает скачкообразный рост дифференциального перепада, что в свою очередь снижает ресурс ВЗД, компонентов телеметрических систем, а также наземного оборудования и буровых насосов.

‒ Увеличение угла перекоса отклоняющей секции ВЗД создает ограничение на частоту вращения бурильной колонны, что в свою очередь влияет на качество очистки ствола скважины в процессе бурения и проработки. Обратная проработка снизу-вверх является эксплуатацией вне спецификации и может привести к повреждению отклоняющей секции и разрушению блока подшипников шпинделя ВЗД.

‒ Низкая скорость проходки в режиме направленного бурения увеличивает вероятность возникновения прихвата элементов КНБК.

‒ Самопроизвольное искривление ствола скважины под действием геологических условий и параметров бурения.

Эти и прочие факторы могут привести к возникновению осложнений при бурении и заканчивании скважин, что значительно увеличивает временные, и как следствие, финансовые затраты нефтегазодобывающих компаний.

Решением указанных проблем явилось создание автоматизированных систем управляемого роторного бурения. Их использование обеспечивает непрерывный контроль траектории скважины с постоянным вращением элементов компоновки низа бурильной колонны (КНБК), что значительно упрощает проводку скважин сложной траектории, в том числе с протяженным горизонтальным участком, позволяет бурить скважины с высоким индексом DDI (индекс сложности бурения).

Эффективность применения роторных управляемых систем (РУС) определяется следующими обстоятельствами:

‒ Достижение плавного и равномерного искривления профиля ствола скважины на всех участках пробуренного интервала за счет отсутствия интервалов направленного бурения (Рис 1);

Рис. 1. Сравнение плановой и фактической траектории ствола скважины

‒ Сокращение времени бурения секции за счет отсутствия таких технологических операций как ожидание сигнала забойной телеметрической системы для определения направления отклонителя и ориентирование ВЗД.

‒ Увеличение механической скорости проходки (МСП) в режиме 100 % роторного бурения по сравнению с направленным бурением при использовании ВЗД (Рис 2.)

Рис. 2. Сравнение МСП в роторе и средней суточной МСП (с учетом направленного бурения)

‒ Увеличение скорости проходки и длины горизонтального участка за счет снижения сил трения между колонной и стенками скважины вследствие вращения всей колонны, равномерное доведение нагрузки, на долото и отсутствие дифференциального перепада давления;

‒ Улучшение очистки забоя за счет бурения с постоянным вращением бурильной колонны. При использовании роторных управляемых систем не создается зауженных интервалов ствола скважины, что положительно сказывается на качестве очистки ствола от выбуренной породы (рис 3);

Рис 3. Сравнение профилей стволов после применения РУС (а) и ВЗД (б)

‒ Снижение риска возникновения механического и дифференциального прихватов, поскольку нет неподвижных элементов КНБК, контактирующих со стенкой ствола скважины или обсадной колонной;

‒ Наличие наддолотного инклинометра в отклоняющем переводнике обеспечивает контроль траектории скважины в режиме реального времени, что позволяет определить эффективность срезки при бурении боковых стволов (Рис.4);

Рис. 4. Графическое представление расстояния от долота до инклинометра.

Обеспечивается возможность применения при бурении скважин с высокими пластовыми температурами и давлениями, в которых ограничено применение ВЗД.

На практике, при строительстве скважины с горизонтальным окончанием, для бурения вертикального участка, как правило, используют традиционную роторную забойную компоновку. После достижения точки отклонения скважины от вертикали производится смена КНБК, в которую включают управляемый забойный двигатель. После достижения долотом целевого пласта, производится подъем и замена элементов бурильной колонны с включением расширенного комплекса геофизического исследования скважины (ГИС). Использование роторной управляемой системы, позволяет бурить вертикальные, искривленные и боковые участки скважины при помощи одной забойной компоновки, тем самым повышая эффективность бурения, скорость проходки и качество ствола скважины. Датчики, входящие в базовый состав системы, предоставляют обширный диапазон данных ГИС транслируемых в режиме реального времени, что позволяет использовать геонавигацию в бурении.

Резюмируя, можно утверждать, что технология бурения скважин с применением роторных управляемых системам имеет ряд преимуществ перед остальными существующими технологиями направленного бурения. Так, при бурении с применением РУС, механическая скорость бурении возрастает в среднем в 2 раза, по сравнению с бурением винтовым забойным двигателем, что обеспечивает существенную экономию времени бурения, и как следствие снижение затрат компании — оператора.

Стоимостной критерий является наиболее существенным препятствием широкому внедрению роторных управляемых систем. Если согласно геологическим данным основные осложнения связаны с неустойчивостью ствола скважины, что может привести к потере компоновки низа бурильной колонны, то более обоснованным станет выбор именно забойного двигателя.

В настоящее время исследования по повышению эффективности использования роторных управляемых систем позволяют выделить перспективные направления разработок в области РУС: оптимизация и удешевление конструкции управляемых систем, использование комбинированных компоновок, которые позволяют максимально использовать преимущества роторных управляемых систем и модульных винтовых забойных двигателей, работающих совместно.

Литература:

  1. Шевченко И. А. Развитие технологии управляемого роторного бурения при строительстве скважин с субгоризонтальным профилем [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы III междунар. науч. конф. (г. Москва, июль 2014 г.). — М.: Буки-Веди, 2014.
  2. Акбулатов Т. О. Роторные управляемые системы: учебное пособие / Т. О. Акбулатов, Р. А. Хасанов, Л. М. Левинсон — Уфа: УГНТУ, 2006. 6. Хасанов Р. А. Роторные управляемые системы. Преимущества и недостатки: материалы научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых № 55, 2004.
  3. Фелцак Э., Торре А., Годвин Н., Мантл К., Нагнатан С., Хокинс Р., Ли Ке, Джонс С., Слейден Ф. Гибридная роторная управляемая система бурения — сочетание лучшего // Нефтегазовое обозрение. — 2012. — Т.23, № 4. — С.60–52.
  4. Шевченко И. А. Бурение скважин с большим отходом от вертикали с использованием роторных управляемых систем при контроле геофизических параметров в режиме реального времени // Естественные и технические науки. — 2014. — № 1/2. — С.36–39.
  5. Matheus J., Ignova M., Hornblower P. A hybrid approach to closed-loop directional drilling control using rotary steerable systems // SPE Latin America and Caribbean Petroleum Engineering Conference, 21–23 May, Maracaibo, Venezuela. — P. 84–89.
  6. Kelly K. Rotary steerables. Enable extended-reach and precision control in tight zones // Oil&Gas. EURASIA. — 2012. — № 6. — P. 44–46.
Основные термины (генерируются автоматически): направленное бурение, колонна, система, бурение, отклоняющая секция, процесс бурения, винтовой забойный двигатель, реальное время, роторное бурение, дифференциальный перепад давления.


Похожие статьи

Обзор существующих технологий управления отработкой...

В данной работеописываются проблемы, возникающие при бурении, и современные технологии управления отработкой винтовыми забойными двигателями. Ключевые слова:строительство скважины, управление обработкой ВЗД, установки подачи давления...

Развитие технологии управляемого роторного бурения при...

Ключевые слова: роторная управляемая система, бурение, винтовые забойные двигатели. Технологии наклонно-направленного бурения и измерений в процессе бурения обеспечили гораздо более высокую степень контролируемости траектории.

Бурение боковых стволов на примере Уренгойского...

4. Направленное бурение бокового ствола.

2. Забойный двигатель отклонитель. Винтовые забойные двигатели отклонители, являются не только приводом долота, но и устройством для формирования

Рис. 2 Забойный двигатель отклонитель с дополнительными секциями.

Проведения гидродинамических исследований (ГДИ) по...

Для регистрации данных, используют несколько способов измерения забойного давления.

Регистрируют кривую изменения давления во времени, т.н. кривую притока (КП).

Основные задачи геолого-технологических исследований скважин в процессе бурения.

Особенности бурения геологоразведочных скважин и влияние...

Ключевые слова: бурение, температурный режим, давление, забой, скважина, продувка воздухом, коронка, неблагоприятные условия.

В настоящее время, одним из прогрессивных и высокоэффективных способов бурения в определенных условиях является бурение скважин с...

Совершенствование конструкции винтовых забойных...

Во время работы двигателя ротор планетарно вращается внутри статора, постоянно

При бурении глубоких скважин с высокими температурами на забое на обкладку статора ВЗД одновременно воздействует высокое давление промывочной жидкости и температура.

Оперативное определение эквивалентной циркуляционной...

При традиционном бурении плотность бурового раствора подбирается так, чтобы его

Исходя из проектных данных, правил безопасности и паспортных данных забойного оборудования (ВЗД, БТ, Долото) мы

В процессе бурения происходит изменение свойств бурового раствора.

Анализ вращательного бурения | Статья в журнале...

Приведено сравнение адаптивного процесса бурения с бурением при свободной подаче.

Развитие технологии управляемого роторного бурения при строительстве скважин с субгоризонтальным профилем.

Результаты промышленного испытания ингибирующего...

В настоящее время отмечается тенденция увеличения глубин бурения скважин на нефть и газ.

Проходка скважины в этих несовместимых интервалах становится возможной только после перекрытия их промежуточной колонной.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Обзор существующих технологий управления отработкой...

В данной работеописываются проблемы, возникающие при бурении, и современные технологии управления отработкой винтовыми забойными двигателями. Ключевые слова:строительство скважины, управление обработкой ВЗД, установки подачи давления...

Развитие технологии управляемого роторного бурения при...

Ключевые слова: роторная управляемая система, бурение, винтовые забойные двигатели. Технологии наклонно-направленного бурения и измерений в процессе бурения обеспечили гораздо более высокую степень контролируемости траектории.

Бурение боковых стволов на примере Уренгойского...

4. Направленное бурение бокового ствола.

2. Забойный двигатель отклонитель. Винтовые забойные двигатели отклонители, являются не только приводом долота, но и устройством для формирования

Рис. 2 Забойный двигатель отклонитель с дополнительными секциями.

Проведения гидродинамических исследований (ГДИ) по...

Для регистрации данных, используют несколько способов измерения забойного давления.

Регистрируют кривую изменения давления во времени, т.н. кривую притока (КП).

Основные задачи геолого-технологических исследований скважин в процессе бурения.

Особенности бурения геологоразведочных скважин и влияние...

Ключевые слова: бурение, температурный режим, давление, забой, скважина, продувка воздухом, коронка, неблагоприятные условия.

В настоящее время, одним из прогрессивных и высокоэффективных способов бурения в определенных условиях является бурение скважин с...

Совершенствование конструкции винтовых забойных...

Во время работы двигателя ротор планетарно вращается внутри статора, постоянно

При бурении глубоких скважин с высокими температурами на забое на обкладку статора ВЗД одновременно воздействует высокое давление промывочной жидкости и температура.

Оперативное определение эквивалентной циркуляционной...

При традиционном бурении плотность бурового раствора подбирается так, чтобы его

Исходя из проектных данных, правил безопасности и паспортных данных забойного оборудования (ВЗД, БТ, Долото) мы

В процессе бурения происходит изменение свойств бурового раствора.

Анализ вращательного бурения | Статья в журнале...

Приведено сравнение адаптивного процесса бурения с бурением при свободной подаче.

Развитие технологии управляемого роторного бурения при строительстве скважин с субгоризонтальным профилем.

Результаты промышленного испытания ингибирующего...

В настоящее время отмечается тенденция увеличения глубин бурения скважин на нефть и газ.

Проходка скважины в этих несовместимых интервалах становится возможной только после перекрытия их промежуточной колонной.

Задать вопрос