Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время свыше 75% всех скважин на нефтяных и газовых месторождениях России бурятся наклонно направленным способом, а в таком крупном нефтегазодобывающем районе, как Западная Сибирь - почти 90%.
В связи с увеличением смещения ствола от вертикали при строительстве скважин в шельфовой зоне морей и вблизи природоохранных территорий, развитием горизонтального способа бурения осуществляется переход на новые виды профиля, включающие только участки увеличения зенитного угла и его стабилизации, причем в целях сокращения длины ствола скважины все искривленные участки профиля проектируются в виде дуги окружности.
При строительстве наклонных и горизонтальных скважин основной проблемой является обеспечение точного выполнения проектного профиля, так как существующие отклонители и компоновки низа бурильной колонны не обеспечивают заданную и постоянную интенсивность увеличения зенитного угла при бурении достаточно протяженного интервала. В процессе проводки наклонной или горизонтальной скважины фактический профиль отклоняется от проектного, в некоторых случаях, уже в интервале бурения участка начального искривления отклонителем.
При бурении каждой второй нефтяной или газовой скважины из-за отклонения фактического профиля от проектного осуществляется корректирование параметров ствола скважины с помощью отклонителя или изменяется технология дальнейшей проводки. Дополнительные рейсы с отклонителем увеличивают стоимость и время строительства скважины, снижают качество ствола скважины.
Повышение точности и качества проводки ствола наклонных и горизонтальных скважины может быть обеспечено за счет повышения надежности работы и устойчивости отклонителей и КНБК на проектной траектории.
Таким образом, в настоящее время становится актуальным разработка научно обоснованной методики расчета параметров отклонителей и КНБК, предназначенных для искривления ствола скважины с постоянной интенсивностью увеличения зенитного угла при бурении в различных горно-геологических условиях.
Цель работы заключается
в разработке метода расчета размеров отклонителей и КНБК, предназначенных для искривления ствола скважины с постоянной интенсивностью увеличения зенитного угла, а также для его стабилизации при бурении в различных горно-геологических условиях, с помощью которого можно было бы для конкретных условий и задач направленного бурения выбрать рациональную конструкцию и определить размеры отклонителей и КНБК.
Основные задачи работы:
разработка требований к жесткостным и линейным параметрам секций отклонителей и КНБК для наклонного и горизонтального бурения;
создание математической модели отклонителя и КНБК, учитывающей конструктивные особенности забойного двигателя и элементов технологической оснастки низа бурильной колонны и позволяющей определять величину и направление опорных реакций, а также углы перекоса на опорно-центрирующих элементах и на долоте;
выбор и обоснование критерия оптимизации размеров отклонителя и КНБК;
разработка метода расчета оптимальных размеров отклонителя и КНБК, предназначенных для искривления ствола скважины с постоянной интенсивностью увеличения зенитного угла;
исследование влияния на работу отклонителя и КНБК радиального люфта вала забойного двигателя, диаметра скважины и изнашивания опорно-центрирующих элементов;
разработка методики расчета размеров специального отклонителя с двойным изгибом корпуса для управляемого бурения;
исследование работы стабилизирующих КНБК с оптимальными размерами;
разработка алгоритмов и программ для ЭВМ, предназначенных для определения оптимальных размеров отклонителя и КНБК;
проведение промысловых испытаний КНБК и отклонителей с оптимальными размерами.
Методы исследований.
Дня решения поставленных задач были использованы методы теории упругости, теоретической механики, вычислительной математики и программирования, экспериментальные исследования в промысловых условиях.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
установлено, что существуют жесткие, упругие и гибкие от-клонители и КНБК для наклонного и горизонтального бурения;
разработана математическая модель отклонителя и КНБК в искривленном стволе скважины, учитывающая особенности конструкции базовых забойных двигателей, а также элементов их технологической оснастки;
установлено, что для искривления ствола скважины с постоянной интенсивностью увеличения зенитного угла КНБК должна включать не менее двух центраторов, а отклонитель не менее двух опорных элементов, геометрические размеры и расположение которых должны соответствовать критерию оптимизации для всего диапазона зенитных углов в интервале искривления;
разработан метод расчета, позволяющий определять жестко-стные и линейные параметры секций отклонителей и КНБК, предназначенных для искривления ствола скважины с постоянной интенсивностью увеличения зенитного угла;
установлено, что по технологическим возможностям существуют устойчивые, пассивные и неустойчивые на проектной траектории стабилизирующие КНБК;
проведен анализ влияния на работу отклонителей и КНБК радиального люфта вала забойного двигателя, изнашивания опорно-центрирующих элементов и увеличения диаметра скважины.
Достоверность научных положений и выводов.
изложенных в диссертации, обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными промысловыми исследованиями, а также результатами испытаний отклонителей и КНБК, жесткост-ные и линейные размеры которых определены с использованием разработанного метода.
Практическая значимость работы заключается:
в повышении точности и качества проводки наклонных и горизонтальных скважин за счет использования отклонителей и КНБК, искривляющих ствол скважины с постоянной интенсивностью увеличения зенитного угла;
в повышении надежности работы и устойчивости на проектной траектории отклонителей и КНБК при бурении в различных горно-геологических условиях;
в разработке метода расчета размеров КНБК базе забойного двигателя и для роторного способа бурения;
в создании программного обеспечения для ЭВМ, предназначенного для проектирования отклонителей и КНБК с оптимальными размерами;
в снижении стоимости строительства скважины на 3...5% за счет повышения точности проводки и исключения работ по корректированию траектории.
Реализация работы.
1. Разработанный метод расчета применялся для проектирова
ния КНБК, которыми были успешно пробурены наклонные и го
ризонтальные скважины на нефтяных и газовых месторождениях
в России (Тенгиз, Уренгойское, Крайнее, Муравленково), и за ру
бежом ( Красна-ЧССР, Белый Тигр-СРВ).
-
В инструкции по забуриванию дополнительного ствола скважин (РД39-0148052-550-88) изложены основные положения метода расчета отклонителей и КНБК с оптимальными размерами.
-
С использованием разработанного метода определены основные размеры отклонителей типа ДГ и элементов их технологической оснастки, предназначенных для бурения горизонтальных скважин по среднему и большому радиусам кривизны.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались на 2-ом международном симпозиуме по бурению разведочных скважин в осложненных условиях 2-7 июня 1992 г. в г. Санкт-Петербург "Горный институт") "Бурение горизонтальных скважин как летод повышения газо-нефте-водоотдачи продуктивного пласта", т Всероссийской научной конференции в г. Москва 22-25 января 1996 года "Опыт бурения горизонтальных скважин ", на научном ;еминаре в г. Москва 16 декабря 1997 г. "Выбор и расчет компо-іовок низа бурильной колонны при бурении наклонных и гори-юнтальных скважин".
Публикации.
По теме диссертаций опубликовано 32 печатные работы, в том числе одна книга "Профили направленных скважин и компоновки низа бурильных колонн", М., Недра, 1995 г., и получено 5 Авторских свидетельств.
Структура и объем работы.