Введение к работе
Актуальность работы
Наметившийся в последние годы спад в нефтегазодобывающей отрасли остро поставил задачу повышения эффективности геологоразведочных и поисковых работ на нефть и газ. Жесткие условия рыночной эконокики требует отказа от традиционного в подобных ситуациях пути повышения эффективности работ за счет дальнейшего увеличения объемов разведочного и поискового бурения. Единственно возможный реальный путь решения данных задач это внедрение новейших прогрессивных технологий, современных технических достижений в области контроля за процессом бурения нефтяных и газовых скважин.
В связи с этим наметилась тенденция к более широкому использованию результатов исследования скважин в процессе бурения. Появились информационно - измерительные службы геолого -технологических исследований (ГТИ) скважин в процессе бурения, которые на основе комплексного использования информации о технологических режимных параметрах бурения (параметров бурового раствора, шлама, керна и данных газовой хроматографии) позволяют осуществить единый геологический и технологический контроль за процессом бурения. Однако регистрируемый на сегодняшний день комплекс наземных параметров не всегда адекватно отражает реальный забойный процесс и не обеспечивает достаточную эффективность буровых работ.
В мировой практике достаточно широкое развитие получили телеизмерительные системы, предназначенные для передачи технологической и геофизической информации с забоя на дневную поверхность по одному из каналов связи "забой -устье" (гидравлическому, электромагнитному, проводному или акустическому). Однако из за больших технических трудностей, реализации таких систем они пока не достаточно надежны и эффективны. В странах СНГ наиболее проработаны системы с проводным каналом связи, которые широко используются при проводке наклонно-направленных скважин и системы, реализованные в упрощенном варианте:
с электромагнитным каналом связи, используемые для замера параметров траектории бурения (ЗИТ);
с гидравлическим каналом связи - для измерения оборотов турбобура (ГТН).
Эксплуатация зарубежных систем обходится очень дорого и оправдана лишь на дорогостоящих объектах (морские платформы, глубокие поисково -разведочные скважины и т. д.).
Поэтому в работах зарубежных и отечественных исследователей сегодня наблюдается устойчивый интерес к нетрадиционным методам получения информации о процессах взаимодействия породоразрушающего инструмента с разбуриваемой породой, таким как виброакустический метод (ВАИ), основанный на регистрации и обработке виброакустического сигнала в верхней части бурильной колонны с целью выделения полезной геолого - технологической информации и гидравлический метод, в основе которого лежит исследование колебаний давления в гидравлической линии. Относительная дешевизна и доступность являются безусловными преимуществами этих методов.
Упругие волны и колебания, распространяющиеся по столбу промывочной жидкости (ПЖ) в гидравлической линии в виде пульсаций давления, также несут ценную забойную информацию, характеризующую работу забойного двигателя и эффективность взаимодействия долота с разбуриваемой породой. Регистрация и анализ этих колебаний и волн может существенно восполнить информацию о характере и динамике разрушения горных пород, о состоянии турбобура и долота, а также о физико - механических свойствах разбуриваемых пород.
Однако недостаточная изученность процессов, происходящих на забое при взаимодействии потока ПЖ с турбобуром, долотом и с разбуриваемой породой, затрудняют использование пульсаций давления как источника забойной информации. Требуют дальнейшего рассмотрения и вопросы распространения гидравлических пульсаций по гидравлической линии. Поэтому разработка аппаратуры и методики исследования, использование эффективных методов спектрально -корреляционного анализа для выделения полезной забойной информации, передаваемой по гидравлическому каналу
связи, а также изучение вопросов создания сравнительно дешевых забойных телеизмерительных систем с активным забойным гидравлическим излучателем, является актуальной задачей.
Цель работы.
Разработка эффективных методов получения забойной информации с использованием гидравлического канала связи забоя с дневной поверхностью для изучения геологического разреза разбуриваемых пород и контроля за эффективностью работы долота.
Основные задачи работы.
1. Разработка упрощенной математической модели гидрав
лического канала связи и теоретическое исследование особеннос
тей распространения упругих возмущений по столбу ПЖ.
-
Разработка аппаратуры и методов спектрально - корреляционного анализа для получения забойной информации по гидравлическому каналу связи.
-
Исследование информационно - шумовых характеристик гидравлического канала связи (коэффициент передачи, дальность приема, быстродействие и т.д.) в диапазоне частот 0,1 -100 Гц
4. Использование предложенного метода и аппаратуры при
решении геолого -геофизических задач и для оптимизации процесса
бурения.
Научная новизна заключается в следующем:
-
Предложен новый метод низкочастотного спектрального каротажа по давлению промывочной жидкости для раннего прогнозирования продуктивных интервалов.
-
Предложен метод оперативной оптимизации режима при бурении с винтовыми забойными двигателями.
-
Предложен метод оценки эффективности работы забойного двигателя и породоразрушающего инструмента по трехмерному отображению спектрально -корреляционных диаграмм пульсаций ПЖ в реальном времени.
-
Исследована и экспериментально установлена тесная взаимосвязь между сигналами пульсации ПЖ и вибрации буриль-
ной колонны, предложены методы по комплексному анализу этих сигналов для решения конкретных геологических и технологических задач в процессе бурения.
Основные защищаемые положения.
1. Комплексное использование акустического и гидравличес
кого каналов связи для сбора забойной информации при бурении.
-
Получение геологической информации о разбуриъаекой породе путем спектрального анализа пульсаций ПЖ в диапазоне инфранизких частот 0,1 -1 Гц.
-
Принципы контроля и управления работой забойных двигателей с использованием гидравлической информации.
Практическая ценность и результаты внедрения.
На основе проведенных автором исследовательских работ предложено расширить информационно - измерительный комплекс ГТИ за счет включения гидравлических исследований в процессе бурения, что существенно повышает эффективность и информативность службы ГТИ.
Предложены практические методы получения оперативной забойной информации о физико -механических свойствах разбуриваемых пород по гидравлическому каналу связи.
Предложен метод оперативного контроля за работой турбобура и породоразрушающего инструмента по Зх мерному представлению спектрально -корреляционных функций пульсаций давления про-' мывочной жидкости.
Разработан и опробован в реальных условиях забойный гидравлический излучатель и показана возможность его использования для контроля за частотой вращения турбобура в скважинах с глубиной до 4000 метров. '
Результаты диссертационных исследований опробованы и внедрены в ПО "Башнефть", в ПО "Саратовнефтегаз", в ПО "Гурьевнефтегаз".
Аппаратура спектрально - корреляционных исследований "Вибротест -2" и прибор "Аудио дрилл", являющиеся составной частью аппаратурно -исследовательского комплекса, предложенного
в данной работе в настоящее время эксплуатируются в ряде нефтедобывающих регионов СНГ. Комплект аппаратуры был поставлен американской фирме "Бэйкер Хьюз Интек" и получил высокую оценку В настоящее время находятся на завершающей стадии опытно-конструкторские работы (ОКР) по серийному варианту аппаратуры спектрально - корреляционного анализа, способного, реализовать все методы, предложенные в данной работе. ... , ,
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на республиканской научно -практической конференции, БашНИПИнефть (Уфа,1986г.), на конференции "Пути повышения эффективности научно -технического творчества молодежи (Уфа, 1986г.), на областных научно -практических конференциях "Состояние и переспективы геолого -геофизических и технологических исследований, проводимых в процессе бурения скважин" (Тюмень, 1987г.), "Разработка аппаратуры для промислово -геофизических и геолого -технологических исследований на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири (Тюмень, 1987г.), на Всесоюзной школе передового опыта "Геолого -технологические исследования в процессе бурения нефтегазовых скважин (Тверь, 1990г.)
Публикации. -і,
Основное содержание диссертационной работы изложено в-. 19 печатных работах, в том числе 7 авторских свидетельствах и патентах.
Объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 97 наименований. Работа изложена на 110 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка, 4 таблицы.
Диссертационная работа выполнена во ВНИИНПГ и ВНИИГЕОСИС-ТЕМ под научным руководством д.т.н., профессора Рукавицына B.Hi
В ходе выполнения данной диссертационной работы автор пользовался консультациями д.т.н., профессора О.Л. Кузнецова,
к.т.н. Лаптева В.В., д.т.н. Ситдыкова Г.А., к.т.н. Дубинс-кого В.Ш., который выражает глубокую благодарность за ценные советы и замечания.
Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю и всем коллегам по работе, содействовавщим выполнению данной работы.