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: 442; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ