Ключевые слова: малый диаметр, тонкие стволы, горизонтальная скважина, осевая нагрузка, анализ бурения.
В настоящее время внимание многих иностранных компаний и буровых предприятий Азербайджанской республики все более привлекает технология бурения тонких стволов (скважин малого диаметра).
Бурение скважин такого типа имеет много достоинств. Уменьшаются габариты установок, уменьшается объем выбуренной породы, уменьшаются диаметры обсадных колонн, улучшается экологическая обстановка на месторождении.
Вместе с тем данная технология имеет ряд проблем, которые требуют незамедлительного решения.
Решение проблемы.
На рисунке 1 представлен анализ алгоритма анализа отдельных этапов бурения горизонтальной скважины малого диаметра.
Необходимо провести анализ бурильной колонны и определить возможность доведения осевой нагрузки до забоя скважины и коэффициент сопротивления. В данном анализе нами была применена простая аналитическая модель. Результаты анализа будут описаны далее. В случае отрицательного результата следует изменить дизайн колонны. Если результат положительный, то следует продолжить анализ.
Далее анализируем качество очистки скважины, то есть высоту предполагаемого слоя выбуренной породы, скорость промывки, основываясь на анализе промысловых данных, проведенных экспериментах и моделировании. Если результат отрицательный, то следует изменить плотность раствора и его реологические параметры. Если результат положительный, то проводим следующий анализ.
Анализируем эквивалентную плотность циркулирующего бурового раствора. В случае несоответствия полученных результатов безопасным условиям бурения, меняем реологию раствора. В противном случае считаем весь анализ законченным.
Рис. 1. Схема анализа скважины с малым диаметром
Для анализа сил сопротивлений и уточнения доведения осевой нагрузки на долото существуют различные скважинные глубинные приборы (например CoPilot от Baker Hughes) и системы измерений (например (EMS) от National Oilwell Varco) [1–3].
Несмотря на то, что эти инструменты могут использоваться для точного измерения нагрузки, они относительно дороги.
Далее нами было установлено, что компьютерное моделирование может стать менее дорогостоящим способом расчета нагрузки на основе данных бурения в режиме реального времени.
На основе принятых моделей [1–3] мы провели компьютерный расчет для реальной горизонтальной скважины малого диаметра и сравнили полученные результаты с измеренными прибором Baker Hughes CoPilot и прибором на поверхности значениями в реальной скважине на горизонтальном участке 2500–3800 м.
Результаты приведены в табл. 1 и на рис. 2.
Таблица 1
Сравнительного анализа трех полученных нагрузок на долото
|
Глубина. м |
Нагрузка на долото (прибор на поверхности) |
Нагрузка на долото CO- Pilot' |
Аналитически определенная нагрузка на долото |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
2520.21 |
12.3 |
10.42 |
9.8 |
|
2556.28 |
11.6 |
9.4 |
9.58 |
|
2585.03 |
12.3 |
9.6 |
9.46 |
|
2605.02 |
12.1 |
8.73 |
8.98 |
|
2636.75 |
14.7 |
11.23 |
10.82 |
|
2669.42 |
15.2 |
11.1 |
10.74 |
|
2685.15 |
12.5 |
10.1 |
9.7 |
|
2706.6 |
14.2 |
11.23 |
11.1 |
|
2730.19 |
14.7 |
11.8 |
11.02 |
|
2766.07 |
14.8 |
11.4 |
10.96 |
|
2805.07 |
14.8 |
11.92 |
11.68 |
|
2825.27 |
14.6 |
11.76 |
11.04 |
|
2854.26 |
14.1 |
11.63 |
10.64 |
|
2891.37 |
15.1 |
11.53 |
11.2 |
|
2926.17 |
13.1 |
10.4 |
9.98 |
|
2945.05 |
14.3 |
11.98 |
11.24 |
|
2983.37 |
14.8 |
12.15 |
11.32 |
|
3002.92 |
15 |
12.52 |
11.54 |
|
3028.61 |
15.1 |
12 |
11.68 |
|
3060.01 |
14.4 |
11.69 |
11.08 |
|
3097.97 |
14.9 |
12.17 |
11.68 |
|
3116.92 |
15.3 |
12.4 |
11.76 |
|
3139.01 |
14.9 |
11.57 |
11.02 |
|
3197.42 |
14.7 |
11.65 |
10.64 |
|
3226.82 |
13.7 |
9.501 |
9.54 |
|
3283.24 |
13.6 |
10.33 |
9.86 |
|
3313.4 |
14 |
10.5 |
10.13 |
|
3340.63 |
13.8 |
10.59 |
10.06 |
|
3384.49 |
13.9 |
11.27 |
10.64 |
|
3403.4 |
14.4 |
11.3 |
11.02 |
|
3428.19 |
14 |
10.48 |
10.52 |
|
3446.03 |
14.1 |
10.55 |
10.34 |
|
3465.36 |
14.9 |
11.14 |
10.88 |
|
3495.25 |
13 |
9.79 |
9.05 |
|
3529.68 |
15 |
11.71 |
10.94 |
|
3555.98 |
14.8 |
11.54 |
11.22 |
|
3591.18 |
15.1 |
11.26 |
10.92 |
|
3616.63 |
13.3 |
10.41 |
9.68 |
|
3643.74 |
13.9 |
10.77 |
10.18 |
|
3666.28 |
15.5 |
11.62 |
10.68 |
|
3701.11 |
15.3 |
12.51 |
11.74 |
|
3727.24 |
14.7 |
11.79 |
10.78 |
Измеренные на забое значения отличаются от измеренных значений на поверхности.
Как видно из графика рассчитанные значения практически совпадают со значениями, измеренными на забое скважины, что говорит о том, что модели были подобраны верно.
Аналитическая модель вычисляет коэффициент трения и реальную нагрузку за 5 секунд.
Аналитическая модель может использоваться для мониторинга бурения в режиме реального времени.
Реальная нагрузка, рассчитанная аналитической моделью, практически совпадает с измеренными на забое значениями.
Также на основе моделей нами был рассчитан реальный коэффициент трения, который будет учтен при расчете осевой нагрузки на долото (рис.3).
Рис. 2. Сравнительная диаграмма зависимости нагрузки на долото от глубины
Выводы.
- Предложена схема анализа бурения горизонтальной скважины малого диаметра.
- Для прогнозирования и моделирования крутящего момента и сил сопротивления была предложена трехмерная аналитическая модель.
- Рассчитанные по модели значения практически совпадают со значениями, измеренными на забое скважины, что говорит о том, что модель подобрана верно.
Рис. 3. Зависимость коэффициента силы трения от глубины скважины
Литература:
- Кузнецов В. А., Прилепин А. В. Исследование методов повышения точности измерения веса бурильного инструмента и осевой нагрузки на долото. //В сборнике: Информационно-измерительные и управляющие системы сборник научных статей — Самара — 2018. — с. 94–99.
- Трушкин О. Б. Расчет осевой нагрузки на долото pdc и ожидаемого крутящего момента //Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море — 2018. — № 12. — с. 23–29.
- Aadnoy B. S., Djuurhus J. Theory and Application of a New Generalized Model for Torque and Drag //IADC/SPE Asia Pacific Drilling Technology Conference and Exhibition, Jakarta, Indonesia — August 2008.
