ЭКСПЛУАТАЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ БУРЕНИЯ НАКЛОННО НАПРАВЛЕННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ
СКВАЖИН
Широкомасштабное бурение наклонно направленных скважин обусловлено условиями разработки нефтяных и газовых месторождений Сибири и шельфа морей, а также экологическими соображениями. Наиболее распространенные технологии направленного бурения основаны на использовании установленных на конце бурильной колонны забойных двигателей - отклонителей и опорно-центрирующих элементов.
Во всех нефтегазовых регионах страны отработана технология строительства наклонно направленных скважин различного профиля [109]. Интервалы набора кривизны выполняются с использованием забойных двигателей, как правило, турбинных отклонителей. В некоторых буровых предприятиях для этих целей применяются ВЗД общего назначения с кривым переводником. Интервалы стабилизации профиля преимущественно проводятся ВЗД.
В последние годы приоритетным направлением является горизонтальное бурение, внедрение которого связано с достижениями в технике и технологии бурения и применением телеметрических систем (MWD, LWD, PWD), забойных двигателей, высокопроизводительных долот, высококачественных полимерных растворов, верхнего привода бурильной колонны.
Один из основных элементов комплекса технических средств для бурения горизонтальных скважин (ГС) - ВЗД, который является не только приводом долота, но и устройством для формирования заданной траектории ствола скважины [45, 109].
|
|
|
Несмотря на то, что в нашей стране первые ГС были пробурены в 50-х годах, широкое развитие этого метода в Россииначалось в 90-е годы и было связано с вовлечением в разработку низкопродуктивных месторождений и ростом капитальных вложений на создание новых нефтедобывающих мощностей. За прошедшие годы пробурено более 800 ГС. Повсеместно освоена технология проводки ГС в карбонатных и терригенных отложениях.
При строительстве ГС используются преимущественно ВЗД, прежде всего серийные двигатели типов ДЗ-172, Д5-172, ОШ-172, а в последние годы и двигатели ДГ-172, ДГ-155 с встроенными МИ.
На предприятиях ОАО "Газпром" при бурении интервала ГС под техническую колонну диаметра 246 мм используются
ВЗД Д1-240. Интенсивность набора зенитного угла I составляет в среднем 2-2°30 на 10 м. Режим бурения: нагрузка на долото 50-60 кН, расход жидкости 42 л/с.
При бурении ГС на нефтяных и газовых месторождениях России применяется традиционная технология направленного бурения, характеризующаяся тем, что для каждого участка профиля скважины используется соответствующая компоновка низа бурильной колонны или отклонитель [109].
ГС с большим радиусомискривления реализуются при кустовом бурении на суше и море, а также при бурении отдельных скважин с большим отклонением от вертикали при длине горизонтального участка 600-1500 м. При проводке таких скважин применяется специальная технология и техника наклонно направленного бурения, позволяющие получать I = 0,7-2°/10 м. В качестве забойных двигателей используются турбинные отклони-тели и серийные ВЗД Д5-172, ДЗ-172 и Д2-195 (рис. 9.1).
|
|
|
ГС со средним радиусомприменяются также при кустовом бурении на суше и море и для восстановления продуктивности эксплуатационных скважин. Интенсивность искривления должна составлять 2-10°/10 м. ГС по среднему радиусу более экономичен, так как имеет значительно меньшую длину ствола, а также обеспечивает более точное попадание в заданную точку продуктивного пласта, что особенно важно для маломощных нефтяных и газовых скважин.
Для бурения скважин по среднему и короткому радиусам рекомендуется использовать отклонители с максимальной разницей между диаметром ВЗД и долота. Для проводки таких скважин используются двигатели ОШ-172, ДГ-155 и ДГ-172. Двигатель ОШ-172 или ДГ-155 с искривленным переводником между секциями и шарнирным соединением над двигателем применяется в КНБК для набора зенитного угла по радиусу 50-60 м.
|
|
|
ГС с малым радиусомискривления используется при разбуривании месторождений, находящихся на поздней стадии эксплуатации, а также для бурения дополнительного ствола из вырезанного окна эксплуатационной колонны. Профили таких скважин обеспечивают наибольшую точность попадания в пласт, ГС с малым радиусом позволяют расположить погружной насос в вертикальном участке.
Для достижения радиуса искривления ствола 10-30 м требуется I= 1,1-2,5°/м. Такие показатели достигаются применением специальных ВЗД или компоновками с дополнительными опорными элементами (рис. 9.1, г). В этой компоновке с целью уменьшения радиуса кривизны скважины без изменения линей-
ных и диаметральных размеров используются полноразмёрные искривленные переводники с диаметром, большим диаметра корпуса двигателя.
При проводке горизонтальных интервалов ГС применяются укороченные ВЗД без МИ с центратором на корпусе.
Диаметральные и осевые габариты двигателей должны обеспечить при случае вписывание КНБК в профиль скважины. Как правило, над двигателем устанавливается шарнир с двумя степенями свободы.
Например, на практике проводка горизонтального участка на скв. 815 (месторождение "Белый Тигр" на шельфе Вьетнама) осуществлялась КНБК, включающей долото диаметром 215,9 мм, калибратор КЛС-215, ВЗД ДГ-172 (с прямым переводником), переливной клапан, бурильные трубы СБТ-127. Так как бурение ГС велось по большому радиусу, шарнир над ВЗД не устанавливался. Осевая нагрузка составляла 10 кН, средняя I - 8,5°/100 м [121].
|
|
|
При проводке горизонтального участка скв. 59 Ириновская (ПО "Саратов-иефтегаз") применялась компоновка: долото 215,9 мм, двигатель ДГ-155 с прямым корпусом и центратором на корпусе, бурильные трубы ЛБТ-127 (250 м) и СБТ-127. Бурение такой КНБК производили в интервале 660-800 м. При этом зенитный угол увеличился от 92 до 109° и была получена постоянная интенсивность искривления 11,5°/100 м.
При бурении искривленных участков профиля скважины с использованием ВЗД с кривым переводником ответственными мероприятиями являются первоначальная установка угла откло-нителя в заданном азимуте и поддержание этого положения в процессе углубления с учетом возможного изменения угла закручивания бурильных труб
где l - длина бурильной колонны; Gp - модуль сдвига; 
- полярный момент
инерции сечения труб 
При бурении двигателем Д2-195 в режиме механической мощности (М = =5...7 кН-м) на глубине 
= 2000 м с использованием стальных (Gp = 0.8-1О5 МПа) труб 127x9 расчетный угол закручивания корпуса ВЗД составляет 
= 613...858°.
Наибольшее распространение получил способ ориентации по показаниям телеметрической системы (гидравлической или кабельной) путем поворота ротором бурильной колонны. Недостаток этого способа состоит в необходимости коррекции положения отклонителя при переходе от холостого режима к рабочему, а также при изменении крутящего момента на долоте в процессе бурения, что требует постоянного текущего контроля за углом установки.
Способ эпизодического контроля за положением отклонителя в скважине, предложенный НПК "ТОБУС" [132], предусматривает использование компоновки (рис. 9.2), в которой удержание плоскости действия отклонителя 
не зависит от изменения
Рис. 9.2. Отклоняющая компоновка "ТОБУС":
1 - долото; 2 - децентратор; 3 - забойный двигатель
реактивного момента забойного двигателя. Это достигается применением децентратора с плавающим каркасом и упругими дугообразными опорными планками, установленного на корпусе шпиндельной секции. Применение компоновок с децентратором снижает затраты на информационное обеспечение процесса бурения.
Взарубежной практике проводка ГС ведется в основном по технологии управляемого бурения (Stee-rable drilling), впервые разработанной компанией "Eastman Christensen" [160].
Реализация такой технологии стала возможной после создания высокоэффективных породоразрушающего инструмента и ВЗД, высокопрочных бурильных труб и надежных телеметрических систем, позволяющих производить замеры в процессе бурения (MWD) в реальном масштабе времени. При бурении ГС преимущественно применяются ТС с гидравлическим каналом связи.
Технология управляемого бурения предусматривает бурение всей скважины или нескольких сопряженных участков ее ствола без изменения КНБК, что
Рис. 9.3. Профили скважины, достигаемые отклоняющими компоновками фирмы "Baker Hughes":
1- DTU (I = 
/30 м); 2 - АКО (I = 13 
/30 м); 3 - AKO/ABS (I = 24 
/30 м); 4 - SP (4,8 
/м)
позволяет экономить время и осуществлять проводку ствола скважины с минимальными отклонениями от проектного профиля.
Проводку искривленных участков осуществляют в режиме ориентированного бурения с установкой двигателя-отклонителя в проектном азимуте. При проводке прямолинейных участков инструмент вращают ротором. В ряде случаев используются специальные отклоняющие системы с регулируемым на забое МИ. Однако широкого распространения такие системы не получили из-за своей сложности и дороговизны.
В настоящее время управляемые системы выпускаются рядом ведущих компаний.
Системы компании "Baker Hughes" [171] на базе двигателей "Navi-Drill" обеспечивают интенсивность набора зенитного угла I от 
на 30 м до 4,8° на 1 м (рис. 9.3), что позволяет использовать их для решения широкого круга практических задач горизонтального бурения. Это достигается за счет применения ВЗД с различными вариантами искривленных корпусов и центраторов.
Система DTU включает кривой переводник с двумя перекосами осей, размещенный между шпинделем и силовой секцией (рис. 9.4, а).
Компоновки двигателей с двойным искривлением корпуса существенно уменьшают эксцентриситет КНБК, что позволяет вращать бурильную колонну ротором в течение продолжительного времени.
Система АКО содержит регулируемый на буровой кривой переводник (рис. 9.4, б).
В составе системы AKO/ABS имеется дополнительный регулируемый переводник над двигателем (рис. 9.4, в). В качестве ВЗД используются двигатели с многошаговыми РО ("Mach 1").
Система SP предназначена для проводки ГС Но малому радиусу (рис. 9.4, г). В ее состав входят укороченный модифицированный двигатель "Mach 1", регулируемый искривленный переводник и корпусные шарниры, соединяющие секции двигателя.
Управляемое бурение с применением указанных систем получило широкое распространение. По данным компании "Baker Hughes" [169] за период 1986-1993 гг. построено 14 ООО наклонно направленных и горизонтальных скважин, при этом суммарное время работы двигателей "Navi-Drill" составило около 1 500 000 ч.
Ведущие компании ввели в состав оборудования для управ-
Рис 9.4. Отклоняющие компоновки для управляемого бурения двигателем "Navi-Drill". применяемые фирмой Baker Hughes :
а - DTU;6 - АКО; в - AKO/ABS; г - SP
ляемого бурения двухсекционные ВЗД, которые зарекомендовали себя эффективным средством для повышения подводимой мощности к долоту. В результате появилась возможность использовать высокопроизводительные моментоемкие долота типа
PDC [154, 159].
Показатели бурения двухсекционных ВЗД в сравнении со стандартными двигателями значительно улучшились: в режиме "вращение" достигнуто повышение механической скорости на 88 %, а в режиме "скольжение" - на 146 %.
Идентичные системы управляемого бурения ГС используют компании "Schlumberger" и "Halliburton"
В области бурения ГС впечатляют опубликованные рекордные показатели, которые постоянно обновляются:
по проходке- 2713 м (двигатель "Anadrill" за один рейс долота, Великобритания, 1994 г.) [175];
по механической скорости- 100 м/ч (двигатель "Dyna-Drill", Норвежский Сектор Северного моря, платформа В-42) [163];
по отходу от вертикали- 7290 м при длине ствола скважины 8761 м (двигатель "Dyna-Drill", Норвежский Сектор Северного моря) [161] и 10 585 м при длине ствола 11 184 м (двигатель "Anadrill", Аргентина, скв. CN-1, 1999 г.)
Вместе с тем многолетний опыт проводки ГС с использованием ВЗД выявил, что в этих экстремальных условиях существенно снижаются надежность и долговечность двигателей.
Согласно американским публикациям [166], 42 % рейсов ВЗД диаметром 120 мм и менее заканчиваются отказами. Для двигателей диаметром 127-240 мм этот показатель составил 28 %.
Не располагая подобной статистикой применения отечественных ВЗД при бурении ГС, отметим существенное снижение ресурса шпинделя двигателя. Снижение надежности и долговечности ВЗД при бурении ГС объясняется изменением характера действующих на долото и роторную группу двигателя нагрузок, в частности появлением отклоняющей (радиальной) силы, сопоставимой с осевой нагрузкой на долото.
Использование ВЗД не ограничивается нефтегазовой отраслью.Известны успешные результаты использования ВЗД при бурении наклонно направленных скважин в граните по программе исследования геотермальных скважин в Великобритании, обеспечившие рост механической скорости и точное попадание в одну плоскость двух скважин [165].
В отечественной практике перспективные результаты показали отклонители ЗабНИИ - ВНИИБТ, разработанные на базе двухсекционного двигателя Д1-54. Отклонители использовались при проводке наклонно направленных геологоразведочных скважин в породах VIII—IX категорий буримости. [28]
Большой практический интерес представляет опыт проводки горизонтальных скважин-туннелей под водными преградами.
За рубежом подобные работы выполняются рядом фирм, в частности специализированной канадской компанией "Zeeland Horizontal".
Рис. 9.5. Горизонтальная скважина-туннель под р. Обь, пробуренная двигателем ДГ-155
В России в 1998 г. с использованием винтового двигателя ДГ-155 служба бурения "Ростелеком" провела туннель при строительстве кабельного перехода через р. Обь в Новосибирской области (рис. 9.5).
Бурение осуществлялось компоновкой, состоящей из шарошечного долота диаметром 190 мм, двигателя ДГ-155, немагнитной бурильной трубы длиной 9,5 м с зондом. Общая длина скважины составила 890 м, из них 275 м составил наклонный участок под углом 12 
, далее горизонтальный участок и участок подъема под углом 10 
. Двигатель ДГ-155 использовался при проходке последних 500 м (220 м по сланцу и 280 м по песку). Расход жидкости составил 6-7 л/с, давление нагнетания 3,5-5,0 МПа, средняя механическая скорость проходки по сланцу 8 м/ч. Общее время работы двигателя около 60 ч. Замечаний по работе двигателя не отмечено.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1515; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!