Введение к работе
Актуальность диссертационном темы. Для разработки
месторождений нефти и газа с начала 90 г.г. в России возродился и стал интенсивно развиваться способ разбуривання отдельных участков продуктивных залежсії системами горизонтальных скважин (ГС). В настоящее время способ достаточно широко применяется как в террпгенных, так и в карбонатных породах с целью увеличения суточных дебнтов углеводородов, вовлечения в эксплуатацию изолированных продуктивных зон, минимизации влияния газовых шапок н конусов подтягиваемой воды, разработки месторождении с высоковязкими нефтями и т.п. По прогнозам ведущих специалистов в этой области, число ГС к 2000 г. будет составлять 30-50 % от числа всех скважин, бурящихся на суше. Эти прогнозы подтверждаются динамикой роста ГС в России: число их от трех объектов, пробуренных в 1990 г., к 1996 г. выросло до 69, а всего за 6 лет в России построено 310 горизонтальных скважин.
Общепризнано, что без достоверной информации нельзя качественно провести ствол по заданной траектории, определить способ заканчивания и поддерживать объект в рабочем состоянии. При этом следует учитывать, что технические средства даже для исследования иологоиаклонных участков скважины (с зенитными углами более 55 град.) должны существенно отличаться от технических средств, применяемых для исследований в интервалах с меньшими зенитными углами, повышенной точностью, непрерывностью н работой в реальном времени. Из этого следует, что для навигационного сопровождения бурящихся горизонтальных скважин необходимы технические средства и технологические приемы, отличающиеся от традиционной промыслово-геофизической аппаратуры большей точностью, разрешающей способностью, непрерывностью и надежностью измерений.
Как показывает зарубежный и отечественный опыт, наиболее эффективными и высокопроизводительными при наведении ГС в проектную цель могут быть технические средства, в которых использованы наиболее прогрессивные н высокоточные преобразователи угловых величин, чувствительные и малогабаритные геофизические зонды, более надежный, отвечающий условиям ГС комбинированный канал связи.
.").
Вместе с тем, отечественные геофизические службы и буровые организации - производители работ по строительству с ГС, не располагают достаточно точной и надежной навигационной техникой и вынуждены пользоваться либо дорогостоящими услугами зарубежных фирм, либо приспосабливать отечественные разработки к решению сложных и очень важных навигационных задач.В результате более 40 % из вводимых в эксплуатацию объектов с ГС не оправдывают возлагаемых на них надежд и нефтедобытчики несут огромные экономические потерн.
По состоянию на 01.01.97 г. в России можно назвать не более 2-3 забойных систем, которые с разной степенью точности, разрешающей способности и эксплуатационной надежности могут в какой-то мере (полностью или частично) решать задачу контроля траектории ГС. Из них наиболее совершенной является забойная информационная система и ее модификации с гальваническими каналами связи типа ЗИС-4, но и она, к сожалению, не решает всех задач, особенно в регионах, где есть солевые пласты и пропластки, а также при бурении скважин на шельфе и в море. Остальные системы, имеющие проводной канал связи (КТС-1, СТТ, 2СТЭ), не обладают возможностью привязки к геологическому разрезу (кстати, как и ЗИС-4), малонадежны из-за наличия "мокрых контактов", необходимости перевода кабеля из трубы в затрубье.
Важность задачи создания надежной и высокоточной забойной телеметрической системы, включающей в свой состав наиболее прогрессивные и конкурентоспособные технические решения, подтверждается включением ее в состав межотраслевой научно-технической программы (НТП) "Научное обоснование геологоразведочных работ на нефть и газ, создание на базе компьютерных технологий новых геолого-разведочных методов разведки и контроля за разработкой месторождений", МН-М, ч.З, 1994-95 г.г. и в Государственную НТП: "Прогрессивные технологии комплексного освоения топливно-энергетических ресурсов России" (проект 1.2 аппаратурио-методнческий комплекс АМК "Меридиан").
Перед соискателем была поставлена задача - создать малогабаритную забойную вибро-ударозащищенную телеметрическую систему (ЗТС) с каналом связи, в котором отсутствовали бы недостатки и ограничения существующих отечественных разработок. Система должна быть универсальной и способной проводить и контролировать любые ГС,
вплоть до бурящихся в старом фонде скважин через эксплуатационную колонну.
Целью работы является повышение эффективности и надежности строительства ГС путем создания и применения надежной и универсальной забойной телеметрической системы, включающей высокоточные инклинометрические датчики, зондовые установки, технологические датчики в комплексе с оригинальным каналом связи.
Основные задачи, решаемые по диссертационной теме:
исследования условий эксплуатации скважшшых преобразователей (инклинометрических, геофизических и технологических) при бурении ГС с гидравлическими забойными двигателями (ГЗД);
теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию основных требований к ЗТС, применительно к ГС;
- разработка функциональной схемы, выбор и макетирование
основных узлов (блоков) ЗТС;
разработка технического задания (ТЗ) на опытно-конструкторскую разработку, исследование работоспособности экспериментальных образцов ЗТС;
разработка рекомендаций по технологии использования ЗТС в различных геолого-технологических условиях;
апробация и внедрение разработанной системы для проводки ГС в различных нефтегазодобывающих районах России.
Методам» достижения поставленной цели и решения задач являются теоретические и экспериментальные исследования, математическое моделирование, проведение расчетов на ЭВМ, поиски и реализация оптимальных конструкторских решений при разработке системы, опытно-методические работы в скважинах, анализ и обобщение полученных данных.
Научная новизна выполненной работы заключается в следующем.
1. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны требования, необходимые для построения ЗТС, учитывающие необходимость наличия в составе следующих систем:
виброударозащиты;
обеспечение гибкости конструкции для прохождения по стволу с
малым радиусом кривизны;
привязки данных по глубине (а.с. СССР №1226528 от 22.12.85г. и ах. №1226669 от 22.12.85г.);
привязки траектории к естественным и искусственным геологическим реперам.
2. Обоснована и разработана ЗТС с оригинальным каналом связи,
построенном на сочетании проводного и электромагнитного каналов.
3. Разработана многофункциональная конфигурация ЗТС.
позволяющая использовать её на разных стадиях строительства ГС в
различных вариантах:
кабельная шшшномстрическая система;
ЗТС с комбинированным каналом связи;
автономная сбрасываемая инклннометрическая система.
Основные защищаемые научные положения и результаты
1. Комплексное использование проводного и электромагнитное
каналов связи в сочетании с автономной регистрацией в реальном времеш
обеспечивает проводку горизонтальных скважин в различных геолого-
технологических условиях.
2. Разработанная технология и методические приё'мь
навигационного сопровождения бурения горизонтальных скважин с
использованием ЗТС с комбинированным каналом связи.
Практическая ценность
Разработанные автором средства обеспечивают управленні траекторией таких сложных объектов, как горизонтальные скважины і процессе их бурения, причем эти средства могут использоваться і различных режимах: автономная сбрасываемая инклинометрическаі система; кабельная нпклинометрнческая система; ЗТС < комбинированным каналом связи.
Разработанная технология и методические приемы позволяют определять текущие координаты ГС, привязывать их к конкретным геологическим реперам и увязывать с технологией бурения и тем самым оперативно влиять на процесс проводки, значительно ускоряя . и оптимизируя его.
Результаты исследования погрешностей измерения глубины дают возможность пошепти качество привязки данных по глубине в процессе бурения и, соответственно, достоверность геолого-технологических навигационных заключений.
Оптимизация системы впбро-ударозащпты забоііньїх блоков и их защиты от разрушительных действий потока промывочной жидкости позволяют значительно повысить эксплуатационную надежность и срок службы.
Реализация и внедрение результатов работы
Разработанная забойная телеметрическая система с комбинированным каналом ЗТС-42 н технология сё использования при проводке горизонтальных скважин успешно прошла испытания на скважинах № 534-1 IP Орепбурского газоконденсатного месторождения и JN» 7212 куст 700 Ляиторского месторождения ОАО "Сургутнефтегаз". На основе заключенных с производственными организациями договоров готовится документация для выпуска малой серии ЗТС-42. Отдельные элемнты системы нашли применение в других аппаратурных комплексах, так автономная ннклннометрическая система вошла в состав комплекса геофизической аппаратуры "Обь", оптический глубиномер применён в станции геолого-тсхиологичеекцх исследований "Разрез-2".
Результаты проведённых при разработке ЗТС-42 исследований используются при чтении лекций в учсбно-мстоднчсском центре по проблемам повышения квалификации при ГАНГ им.Губкина.
Апробации работы
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах Миннауки РФ: "Итоги выполнения Государственной ИГЛ
(>
"Недра России", г.Москпа, 1994 г. В 1995 г. на научно-техничееко совещании 1'ЛО "Газпром": "Информационное обеспечение бурені горизонтальных скоажнн иа Оренбургском газоконденсатно месторождении", г .Оренбург, 1995 г.; иа секции иаучио-тсхпнчсскої сонета РАО "Газпром": "Техника и технология бурения скоажнн' ('.Ставрополь, сентябрь 1990 г.; на Всероссийском сопещапнп: "Бурски горизонтальних скважни на иодзсм\іих хранилищах газа", г.Лнана, ма 1996 г.; на межотраслевой научно-ііракгнчсемкоіі конференції "Компьютерные технологии ГИС", Тверь, май 19% г.
Публикации и личный вклад в решение проблемы
Диссертация основана на теоретических, экспериментальных методических исследованиях выполненных автором п 1994-1996 годах. По результатам выполненных исследовании" опубликовано печатных работ, » т.ч. дна ангорских свидетельства.
Все основные научные результаты, приведённые в диссертацн получен лично соискателем и при его непосредственном участии.
Степень участия других лиц должным образом оговорена в диссертации.
ОбьсмраГіош
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глаї заключения, списка литературы из 59 наименовании. Работа изложена и 165 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков и 8 таблиц.
Работа выполнена автором в ОАО ППП "ГЕРС".
В ходе выполнения дашюіі диссергацитошюи работы авто пользовался консультациями д.т.н., чл.корр.РАШІ Ііродского П.А., д.т.н проф. Фиоіюва А.И., к.г.н., с.н.с. 1'аннна В.А., к.т.н. Чунрова В.11 которым выражает глубокую благодарность за цепные советы замечания.
Анюр ныражаег глубокую признательность своему научном
руководителю Лукьянову Э.К., всем коллегам по работе
проинюдст испанкам Уіірашісіпія геофизических раби
"Ореибурітазиром" н треста "Сургутпсфісгсофіїзика", содействующим выполнению данной работы.