Разработка управляемых в процессе бурения скважин колтюбинговых компоновок низа бурильной колонны

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЕМЫХ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИН КОЛТЮБИНГОВЫХ КОМПОНОВОК НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Специальность 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы»

(нефтегазовая отрасль)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа – 2009

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.

Научный руководитель	доктор технических наук, профессор .
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор Габдрахимов Мавлитзян Сагитьянович; кандидат технических наук, доцент .
Ведущая организация	Самарский государственный технический университет

Защита состоится « 13 » ноября 2009 года в 14-00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете Республика Башкортостан, .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « 13 » октября 2009 года.

Ученый секретарь

совета

Общая характеристика работы

Актуальность темы обусловлена необходимостью более точного выбора конструкции компоновки низа бурильной колонны (КНБК) с гибкими безмуфтовыми трубами (ГБТ) для управления траекторией ствола скважины в процессе бурения колтюбинговыми установками.

Наиболее актуальными методами интенсификации добычи в настоящее время становится строительство боковых стволов (БС) из старого эксплуатационного фонда скважин для обеспечения эффективной гидравлической связи в системе скважина – пласт и вовлечение в разработку слабодренируемых застойных зон.

Известно несколько вариантов проводки БС из вырезанного окна как традиционными, так и колтюбинговыми установками:

- пилотные, которые служат для уточнения геологического строения залежи, на малоразбуренных участках месторождения либо в граничной части месторождения, где условия залегания пластов непостоянные;

- неориентированные – пробуренные без навигационного сопровождения телеметрическими системами;

- наклонно направленные – зенитный угол которых составляет менее 50°, пробуренные по заданной траектории с использованием телеметрических систем (ориентируемые);

- пологие – зенитный угол находится в пределах 50…65°;

- горизонтальные – максимальный зенитный угол превышает 65°, в том числе многоствольные.

Разработка специальных забойных компоновок с ГБТ (кКНБК) повышенной надежности для бурения скважин колтюбинговыми установками с учетом динамических процессов, происходящих при их строительстве, повышает не только качество формируемого ствола скважины, но и предопределяет дальнейшую безаварийную работу эксплуатационного оборудования.

Цель работы. Обеспечение бурения горизонтальных скважин малого диаметра колтюбинговыми установками с управлением кривизной на базе исследования и разработки гидромеханических модулей в составе кКНБК.

Задачи исследований

1 Анализ влияния горно-геологических и технико-технологических факторов и конструкции кКНБК на её работоспособность при ориентированном управлении траекторией ствола скважины с относительно большими отходами в процессе бурения.

2 Аналитическое исследование работы гидромеханических модулей (ориентатора, гидронагружателя, винтового забойного двигателя) в составе кКНБК.

3 Разработка и лабораторные испытания гидромеханических модулей (ориентатора и гидронагружателя) и выбор их параметров функционального назначения.

4 Промысловые испытания разработанных гидромеханических модулей в составе кКНБК при бурении горизонтальной скважины с относительно большим отходом.

Методы решения поставленных задач

Для решения поставленных задач использовались: апробированные современные расчетные и экспериментальные методы, показавшие хорошую сходимость лабораторных и расчетных данных, в т. ч. специальные пакеты прикладные программы математического моделирования. Основные выводы и положения работы подтверждены промысловыми и лабораторными исследованиями базовых узлов разработанных гидромеханических модулей кКНБК.

Научная новизна

1 Обоснована и предложена для колтюбингового бурения кКНБК, состоящая из гидромеханических модулей (включающих ориентатор и нагружатель долота), разработана и аналитически исследована математическая модель кКНБК как динамическая система с линейными коэффициентами при продольных колебаниях в процессе ориентированного бурения скважин колтюбинговым комплексом.

2 Уточнены аналитические зависимости для определения динамических параметров кКНБК с ориентатором и гидронагружателем при работе её в горизонтальной скважине.

3 Установлено, что для обеспечения работы предложенной кКНБК крутящий момент гидромеханического ориентатора должен быть больше суммы изгибающего момента кКНБК и момента на трение компоновки, а гидравлическая нагрузка, создаваемая гидронагружателем, должна быть больше сил трения с коэффициентом запаса, равным 1,25.

Основные защищаемые положения

1 Обоснование включения гидромеханических устройств в состав кКНБК для управления кривизной и обеспечения необходимой осевой нагрузкой на долото.

2 Необходимые соотношения изгибающего момента в кКНБК, крутящих моментов ориентатора и забойного двигателя для успешного функционирования гидромеханических модулей кКНБК.

3 Качественные закономерности показателей функционального назначения гидромеханических модулей компоновки с помощью полученных математических моделей.

4 Конструкции ориентатора и гидронагружателя для кКНБК и результаты стендовых и промысловых испытаний предложенных кКНБК.

Практическая ценность и реализация работы в промышленности

1 Практическая ценность работы заключается в экспериментальном подтверждении параметров функционального назначения гидромеханических модулей кКНБК: ориентатора и гидронагружателя, для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин на аэрированном азотом буровом растворе в компоновке бурильной колонны с помощью колтюбинговой установки КМ-4001 российско-белорусского производства. Установлено, что для гидронагружателя: осевое усилие должно составлять не менее – 60 кН, рабочий ход штока – 750 мм, перепад давления кКНБК с использованием аэрированного раствора должен составлять – 5,7 МПа; для ориентатора: оптимальный крутящий момент – 1000 Н·м, дискретный угол поворота за один рабочий ход – 20º.

2 Разработана, исследована и испытана кКНБК при бурении горизонтальной скважины № 000Г Асяновской площади НГДУ «Чекмагушнефть» колтюбинговой установкой КМ-4001.

3 Экспериментально исследованы гидромеханические устройства, работающие на аэрированном буровом растворе с использованием разработанного испытательного стенда на базе учебной буровой установки в ИНТЕХ», оснащенного современной измерительной техникой.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались:

- на 56-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2005 г.);

- 57-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2006 г.);

- 58-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2007 г.);

- 59-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2008 г.);

- IX Международной молодежной конференции «Севергеоэкотех-2008» по секции «Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности» (г. Ухта, 2008г.);

- 60-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2009 г.).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 10 публикациях, в том числе 3 статьях, одна из которых опубликована в рецензируемом журнале, включенном в перечень ВАК, получен 1 патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка, состоящего из 134 наименований, и 2 приложений. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, включает 30 рисунков и 6 таблиц.

Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры «Нефтегазопромысловое оборудование» УГНТУ, а также лично: , , за помощь в проведении исследований, оформлении и обсуждении результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель, основные задачи исследований, научная новизна, основные защищаемые положения и практическая ценность.

В первой главе представлен анализ различных факторов, влияющих на искривление ствола скважины существующими КНБК.

Одним из способов повышения продуктивности скважин является бурение боковых стволов с выходом на горизонтальный участок с помощью колтюбинговых комплексов. Нерешенной задачей при колтюбинговом бурении горизонтальных и наклонно направленных скважин, является ориентирование КНБК и оптимизация осевой нагрузки на долото на горизонтальном участке при отходе от вертикали более 60 м, что связано с динамикой работы непрерывной трубы с малой жесткостью на изгиб и кручение, силами трения и рядом других факторов, возникающих в процессе строительства скважины. Рассмотрены результаты исследований, проведенных рядом научно-исследовательских институтов и ученых, в том числе , , , , , и др.

В результате выполненного анализа работ сделаны выводы, что в состав кКНБК необходимо включать механические и гидромеханические устройства для управления процессом проводки скважины по заданной траектории, а также инструмент для преодоления сил сопротивления при движении кКНБК по сложному профилю. Кроме того, необходимо оборудование и инструмент для регламентированной передачи и контроля осевых сил к породоразрушающему инструменту.

В связи с этим, особенно актуальным становится вопрос аналитического и промыслового исследования работы новых КНБК для бурения колтюбинговыми установками.

Во второй главе рассмотрены аналитические исследования работоспособности кКНБК в сильно искривленной скважине.

Проведены расчеты потерь осевой нагрузки на трение, которые были рассчитаны по известным методикам (ВНИИБТ, БашНИПИнефть и др.). Потери на трение определены суммированием их по участкам профиля ствола скважины. При определении потерь момента кручения, например при расчете угла закручивания колонны, использовалась известная формула

, (1)

где ΔРi – потери осевой нагрузки на трение на i-м рассматриваемом участке колонны;

di – диаметры элементов кКНБК, контактирующих со стенкой скважины;

μ' – коэффициент трения при вращении колонны;

μ – коэффициент трения (сопротивления движению) в случае поступательного движения колонны в скважине (при бурении на технической воде в открытой части ствола μ=0,14…0,18; на глинистом растворе μ=0,16…0,25).

Выполненные результаты расчетов показали, что уже при длине наклонного участка более 60 м, особенно при зенитном угле скважины, близком к 90º, получаем потери на трение, соизмеримые с максимально возможным усилием, передающимся на забойный двигатель и долото (весом кКНБК), что влечет за собой значительное снижение механической скорости бурения. Для обеспечения нормальной работы кКНБК необходимо выполнение условий достаточности осевой силы и момента поворота компоновки при её ориентировании.

Результаты расчета определения осевой нагрузки на забой скважины при колтюбинговом бурении скважин малого диаметра подтверждают следующее:

- потери осевой нагрузки на трение элементов бурильной колонны о стенки наклонно направленной скважины при бурении горизонтальных участков соизмеримы с величиной осевой нагрузки на долото;

- при бурении скважины или бокового ответвления ствола длиной свыше 60 м необходим гидронагружатель.

Для определения упруго-напряженного состояния кКНБК было рассмотрено поведение компоновки в наклонно направленной скважине вдоль оси x (совпадающей с осью скважины) путем решения дифференциального уравнения упругой линии, называемого уравнением “трех моментов”:

, (2)

где E·I – изгибная жесткость двигателя;

P – осевая нагрузка на долото, Р = 60 кН;

y – прогиб кКНБК вдоль оси x;

Q – отклоняющая сила;

q1 – поперечная составляющая от собственного веса единицы длины винтового двигателя: q1 = qВ ·sinα, где qВ – вес единицы длины винтового двигателя в промывочной жидкости; α – зенитный угол скважины.

Граничные условия:

при , ;

при ,

где lk – расстояние от долота до точки касания винтового двигателя стенки скважины;

rк – кажущийся радиус скважины, rк = (Dскв – dдв)/2, где Dскв – диаметр скважины, dдв – диаметр двигателя.

Система уравнений решена в рамках пакета Mathcad, в результате получены закономерности изменения изгибающего момента по длине x от долота до точки касания компоновки со стенкой скважины и значения изгибающих моментов, действующих на КНБК, в зависимости от зенитного угла. Например, изгибающий момент кКНБК для скважины диаметром 123,8 мм может достигать величины более 600 Н·м при максимальных осевых нагрузках. Результаты решений обеспечили обоснование кКНБК в целом.

Далее выполнен гидравлический расчет ориентатора для определения вращающего момента, создаваемого ориентатором и необходимого для проворота части кКНБК, размещенной ниже ориентатора на горизонтальном участке скважины. Рассчитаны на прочность базовые узлы компоновки для обеспечения работоспособности конструкции.

Решена задача о передаче крутящего момента Мx от ориентатора вдоль оси кКНБК, размещенной в скважине на криволинейном участке радиусом ρ, длиной L (сжатая часть), которую необходимо дискретно повернуть на угол φ. Не учитывая динамический эффект, связанный с неравномерным вращением кКНБК, определили закономерность изменения уравновешивающего момента ориентатора. Через 1/ρ обозначили кривизну кКНБК и, пренебрегая силами трения, составили уравнение равновесия для элемента кКНБК длиной ds.

Реакции, действующие на элемент кКНБК со стороны скважины, нормальны к поверхности компоновки и, следовательно, момента относительно оси х (продольной оси скважины) не создают. В результате было получено следующее дифференциальное уравнение:

. (3)

Граничные условия определены из следующих соображений. Если на одном конце компоновки (при s=0) приложен момент ориентатора М1, то уравновешивающий момент М2 (при s=l) с учетом потери на трение, будет следующим:

, (4)

где Мизг – изгибающий момент кКНБК;

Мтр – момент на трение кКНБК;

Мтр = Fтр· r , (5)

Fтр =Rк · μ, (6)

где r – радиус компоновки;

μ – коэффициент трения;

Rк – реакция прижатия кКНБК к стенке скважины:

. (7)

Решение уравнения (3) относительно момента М2 с учетом (4) получено в виде

, (8)

где С1 и С2 – постоянные интегрирования, определялись для конкретного профиля скважины.

Подставляя реальные значения, выяснили, что, потери на трение незначительны, а наибольшее сопротивление повороту компоновки возникает из-за её изгиба. При этом было выполнено условие М1>Мизг+Мтр.

В третьей главе с целью подтверждения работоспособности гидронагружателя составлена математическая модель КНБК с использованием обобщенных механических тел Максвелла. Были рассмотрены продольные колебания бурильного инструмента в составе колтюбинговой компоновки нижней части бурильной колонны при бурении боковых горизонтальных стволов скважин, когда в кКНБК был установлен гидронагружатель, предназначенный для создания необходимой осевой нагрузки на долото.

Исследуемая система кКНБК представлена 2-массовой механической моделью с сосредоточенными параметрами, движущимися под действием возмущающей силы Р∂.

Принималось, что m1 – масса кКНБК; m2 – масса динамически возмущенного участка гибких труб. Упругие свойства динамически возмущенной части бурильной колонны характеризуются коэффициентом жесткости K2; K1 – жесткость кКНБК; С – коэффициент демпфирования (затухания) гидронагружателя.

Пусть на массу m1 действует динамическая сила Р∂ с постоянной амплитудой А и частотой ω:

, (9)

, (10)

где Е и F1 – соответственно модуль упругости и приведенная площадь поперечного сечения кКНБК;

a – скорость распространения продольных упругих волн;

A – амплитуда грунтовых колебаний долота;

ω – частота грунтовых колебаний по

Для решения использовались силовые схемы, которые записаны в систему дифференциальных уравнений 2-го порядка.

, (11)

где Хi – пространственные координаты, характеризующие динамические отклонения соответствующих точек системы от положения статического равновесия рассматриваемой модели;

и – скорости и ускорения соответствующих точек системы;

Х1 – возмущающее перемещение долота;

Х2 – реализация перемещения гидронагружателя;

Х3 – поведение (перемещение) динамически возмущенной колонны.

Полученная система уравнений является стационарной системой линейных дифференциальных уравнений второго порядка, которая решается с помощью метода комплексных амплитуд (механического импеданса).

Задав начальные условия с учетом ранее выполненных (известных работ): м; м/с; м; м; м/с., и вычисленные значения сосредоточенных параметров модели, данная система решалась в рамках пакета MathLAB. На рисунках 1-3 показаны полученные зависимости Xi(t) при условии допустимости напряженно-деформированного состояния и динамическом равновесии базовых узлов.

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Как видно из рисунков 2 и 3, при правильно подобранных параметрах кКНБК гидронагружатель, кроме создания осевой нагрузки, может работать в режиме демпфирования, гася, в том числе, и грунтовые колебания компоновки, а также – в режиме вибратора – создавая полезные высокочастотные колебания, снижающие потери на трение. Установлено, что гидронагружатель в режиме демпфирования, кроме создания дополнительной осевой нагрузки, подавляет возникающие вибрации на долоте с коэффициентом затухания, равным 0,00005…0,005 с-1.

В четвертой главе рассмотрены конструкции ориентатора и гидронагружателя, а также результаты стендовых испытаний гидронагружателя.

Ориентатор (рисунок 4) состоит из нескольких цилиндрических корпусов 1, свинченных по резьбе, внутри которых расположен механизм, преобразующий поступательное движение поршня 2 во вращательное движение шпинделя 11 (патент РФ № 000).

Рисунок 4 – Принципиальная схема ориентатора ОР 95.01.

Под давлением рабочей среды поршень 2 перемещается вниз. На штоке поршня имеются шлицы прямоугольного сечения 3, взаимодействующие с аналогичными шлицами на корпусе 1 и препятствующие повороту поршня 2 в цилиндре. Ниже на штоке поршня имеются винтовые шлицы 4, взаимодействующие с подвижным храповиком 5. При ходе поршня 2 вниз, храповик 5 вращается вокруг оси и своими подпружиненными собачками приводит во вращение шпиндель 11 ориентатора.

При снижении давления рабочей среды, поршень 2 возвращается в исходное положение под действием пружины 6. Собачки подвижного храповика 5 проскакивают по зубьям шпинделя 11, в корпусе установлен неподвижный храповик 7, аналогичный по конструкции подвижному.

Внутренние полости ориентатора заполнены маслом. Для разделения вытесняемого поршнем 2 масла от рабочей среды, внизу ориентатора расположен подпружиненный поршень – разделитель 8.

В верхней части корпуса ориентатора имеется присоединительная муфтовая резьба З-73, внизу на шпинделе – ниппельная резьба З-73 по ГОСТ 5286-75.

Ориентатор прошел стендовые испытания в Уфимском УБР и промысловые испытания в Нефтекамском УБР на технической воде при бурении традиционной бурильной колонной, агрегатом АР60/80 с телесистемой НПФ “Геофизика”, с целью на данном этапе научиться осуществлять ориентирование КНБК гидромеханическим устройством при работе на аэрированной жидкости путем отработки технологии пуска насоса и азотной установки.

Двухступенчатый гидронагружатель (рисунок 5), который состоит трех силовых поршней и набора гидромониторных насадок, устанавливается в КНБК после забойного двигателя и работает следующим образом: перепад давления, который срабатывается в собственной насадке и насадках долота, действует на поршни гидронагружателя и создает гидравлическую нагрузку, которая прижимает долото к забою.

1 – силовые поршни, 2 – шток, 3 – канал дренажный, 4 – канал высокого давления, 5 – камера высокого давления, 6 – камера низкого давления, 7 – насадка гидромониторная, 8 – соединение шлицевое

Рисунок 5 – Гидронагружатель

Для доработки и испытаний нагружателя совместно с ИПЦ «ИНТЕХ» разработан стенд (рисунок 6), позволяющий моделировать его работу в скважине путем изменения расхода жидкости.

Стенд включает буровой насос 2, приемную емкость для рабочей жидкости 1, рукав высокого давления 12, переводники 4 и 11, переводник с креплениями под лебедку 10, трос лебедки 9, основание стенда 6, подвижную каретку 7, крепление лебедки к основанию стенда 3, динамометр 8, гидронагружатель 5.

Рисунок 6 – Схема стенда для испытаний гидронагружателя

Испытания проходили в соответствии с «Программой испытаний гидронагружателя на стенде «ИНТЕХ». Целью испытаний было определение уровня работоспособности гидронагружателя и определение необходимого расхода жидкости для создания необходимой осевой нагрузки на долото – 27 кН.

Регулирование расхода жидкости осуществлялось за счет изменения числа двойных ходов штока бурового насоса. Испытания проводились следующим образом: собиралась компоновка согласно схеме стенда (рисунок 6), компоновка закреплялась на стенде, включался буровой насос, ступенчато поднималось давление 1…2…3 МПа, определялось значение осевой нагрузки по динамометру ДОСМ-3-0,2, строилась характеристика изменения осевой нагрузки в зависимости от давления, операции повторялась 3 раза. Результаты испытаний приведены в таблице 1 и на рисунке 7.

Таблица 1 – Результаты испытаний гидронагружателя

№ испытания	Давление на насосе, МПа	Пересчет нагрузки, кН	Число двойных ходов штока насоса/ расход, л/с
1	1,0	2,53	24/ 1,3
2	2,0	6,67	36/ 1,9
3	3,0	14,67	44/ 2,3
4	1,0	2,00	24/ 1,3
5	2,0	6,63	36/ 1,9
6	3,0	11,67	44/ 2,3
7	1,0	2,13	24/ 1,3
8	2,0	6,33	36/ 1,9
9	3,0	10,07	44/ 2,3

Ввиду невозможности создать больший расход максимальное давление нагнетания составило 3,0 МПа, поэтому осевое усилие при рабочем давлении 5,7 МПа было спрогнозировано по полиномиальной линии (рисунок 7).

Рисунок 7 – Прогнозное значение осевой нагрузки, создаваемой гидронагружателем – 27 кН (при рабочем давлении 5,7 МПа)

По результатам испытаний гидронагружателя подобраны расходы промывочной жидкости для создания необходимой осевой нагрузки на долото; собрана конструкция, состоящая из 2-х поршней, и на основании этого принято решение о проведении промысловых испытаний.

В пятой главе приведены промысловые испытания разработанных конструкций гидромеханических модулей при бурении горизонтальной скважины в «Башнефть».

Целью данного испытания является отработка и отладка элементов комплекса и технологии в целом. Выбор объекта для опробования колтюбинговой технологии был обусловлен, в том числе, и достаточно большой мощностью продуктивного пласта. Это было необходимо для страховки от неожиданного ухода траектории ствола за пределы продуктивного пласта.

Строительство скважины проводилось в два этапа: на первом этапе с помощью серийной буровой установки бурится скважина до продуктивного пласта, обсаживается и цементируется. На втором этапе монтируется колтюбинговый комплекс и осуществляется дальнейшее бурение – в пределах продуктивного пласта – ведется на гибких трубах на депрессии.

Характеристика пласта в интервале испытаний: трещиноватые ангидриты и мергели, пластовое давление – 8,2 МПа; плотность пластовой нефти – 879 кг/м3; забойная температура – 20С°; мощность пласта – 6,5 м; глубина кровли по вертикали – 831 м.

Параметры бурового раствора: плотность – 1000 кг/м3; условная вязкость – 27 с; показатель фильтрации – 4 см3; СНС 1/10 – 2/4 дПа; пластическая вязкость – 10 мПа·с; динамическая вязкость – 18-20 дПа; коэффициент консистенции – 18-20; коэффициент нелинейности – 0,37-0,44; липкость – 3,5-4; эффективная степень аэрации с газовым фактором – 9,3.

Для проведения испытаний были подготовлены две колтюбинговые компоновки кКНБК I и кКНБК II.

Состав кКНБК I (рисунок 8): долото 123,8 MF3PS; наддолотный блок (ВНИИГИС); двигатель ДГ-95К с узлом искривления (Пермский филиал ВНИИБТ); обратный клапан, аварийный переводник, выравнивающий переводник (Фирма “НСЛ”); магнитный индикатор положения отклонителя (ВНИИГИС); гидравлический ориентатор ОР 95.01 (УГНТУ); телесистема (ВНИИГИС) – испытывалась с ориентатором впервые.

Рисунок 8 – Компоновка кКНБК I

Предусматривалось, что при выявлении в процессе работ недостатка осевой нагрузки следует кКНБК I заменить и собрать другую кКНБК II с гидронагружателем (рисунок 9).

Рисунок 9 – Компоновка кКНБК II

На рисунке 10 показан фрагмент записи процесса работы узлов комплекса (кКНБК I) при бурении в рассматриваемом интервале: на осях ординат: P – давление в МПа, Q – расход в м3/с; на оси абсцисс: t – текущее время.

Рвх – давление на входе в гибкую трубу, МПа; Qаз – расход азота, м3/с;

Рпр – давление в приемной емкости, МПа

Рисунок 10 – Фрагмент записи процесса работы узлов комплекса

Бурение началось в 1с использованием кКНБК I. После двухчасовых экспериментальных работ по подбору параметров раствора удалось стабилизировать поток промывочного агента, получить расчетную депрессию с газовым фактором 9,3 и ρ=0,7 г/см3 и включить ориентатор. Параметры раствора подбирались путем регулирования давления на входе и выходе замкнутой циркуляционной системы. В конечном итоге удалось многократно осуществить поворот КНБК на 4400 в процессе бурения в нужном направлении (на рисунке 10 поворот 1800 в интервале 15.19 – 15.39; поворот 2600 в интервале 17.20 – 17.40). Второе включение ориентатора понадобилось для компенсации реактивного момента двигателя при удлинении гибкой трубы в процессе бурения. Успешность отработки кКНБК I исключила возможность опробовать кКНБК II на данной скважине. Полученный профиль скважины 1619Г представлен на рисунке 11.

Рисунок 11 – Профиль скважины 1619Г

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Проведен анализ влияния горно-геологических и технико-технологических факторов и различных конструкций КНБК при ориентированном управлении траекторией ствола скважины с относительно большими отходами на качество технологического процесса бурения.

2 Аналитически исследовано действие изгибающего момента на кКНБК в наклонно направленной скважине. Установлено, что при предложенном исполнении кКНБК: двигатель – гидронагружатель – ориентатор, крутящий момент двигателя (Мдв) должен быть больше изгибающего момента кКНБК, а последний должен быть меньше момента (Мор), создаваемого ориентатором (Мор≥Мдв). Аналитически определены зависимости нагрузок трения, действующие на КНБК в наклонно направленной скважине.

3 Разработана математическая модель, описывающая работу кКНБК, представленная системой стационарных дифференциальных уравнений второго порядка с линеаризованными коэффициентами, решение которой позволило расчитать рабочие параметры компоновки и её базовых узлов (осевая нагрузка, масса, частота, динамические жесткости модулей и закономерности движения кКНБК с ориентатором и гидронагружателем). Установлено, что гидронагружатель кроме создания необходимой осевой нагрузки подавляет возникающие вибрации на долоте с коэффициентом затухания, равным 0,00005…0,005 с-1.

4 Разработан оригинальный стенд, оснащенный современными контрольно-измерительными приборами (расходомер, динамометр, манометр), для проведения лабораторных испытаний гидромеханического нагружателя, в результате которых экспериментально подобраны его основные параметры функционального назначения.

5 Проведены промысловые испытания гидромеханических модулей в составе кКНБК при бурении горизонтальной скважины с относительно большим отходом (скважина № 000Г НГДУ «Чекмагушнефть»), показавшие, что предложенная кКНБК обеспечивает необходимую управляемость ориентацией и осевой нагрузкой в процессе бурения.

Основные результаты по теме диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Технология и технические средства улучшения гидродинамической связи скважины с пластом/ , , и др.// Нефтегазовое дело, 2006. – №4 – С.317-327.

2 Опыт колтюбингового бурения горизонтальной скважины российским оборудованием и инструментом в АНК «Башнефть»/ , , и др.// Интернет-журнал «Нефтегазовое дело», 2004. – http://www. /authors/Lyagov/Lyagov_1.pdf

3 The Experience of horizontal well coiled tubing drilling in ANK Bashneft/ N. A. Shamov, S. V. Nazarov, E. Y. Zinatullina & ant.// Coiled tubing times Journal. – 2004. – №8. – P.40-45.

4 Зинатуллина надежности винтовых забойных двигателей/ // Материалы 56-й науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – С.31.

5 Зинатуллина модель колтюбинговых КНБК/ // Материалы 59-й науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – С.148-149.

6 Зинатуллина для испытания гидронагружателя/ // Материалы 59-й науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – С.149-150.

7 Зинатуллина проблемы бурения винтовыми забойными двигателями / // Материалы 57-й науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006.– С.82.

8 Зинатуллина резонанс колтюбинговых КНБК/ // Материалы 58-й науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. – С.178.

9 Зинатуллина крутящего момента ориентатора/ , // Материалы 60-й науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009.

10 Пат. 2284402 Российской Федерации. Ориентатор/ , , и др. Заявл. 11.01.2005; Опубл. 27.09.2006, Бюл. № 27.