Введение к работе
Актуальность проблемы. Подъем экономики Российской Федерации п значительной степени зависит от развития нефтегазовой отрасли промышленности.
Ранее около 60% всех капит&чышх вложений в промышленность поглощали сырьевые отрасли, при этом доля топливно-энергетического комплекса в конце восьмидесятых годов уже достигла 21%.
В настоящее время решение проблемы сохранения уровня или замедления темпов падения добычи нефти и газа становится сложной задачей из-за ряда неблагоприятных факторов, в частности: обводнения скважин, истощения старых месторождений, сокращения объемов геолого-разведочных забот, увеличения количества бездействующих скважин, сокращения объемов строительства новых скважин на действующих площадях.
Поэтому, первостепенное значение приобретают те направления технического прогресса, которые будут сопровождаться существенным лшжением капитальных затрат на строительство скважин.
И в первую очередь, это методы формирования оптимальной системы разработки, а также восстановления продуктивности месторождений на юздней стадии эксплуатации с помощью горизонтальных и наклонно іаправлешшх скважин с большим углом входа в пласт.
Современный этап развития технологии направленного бурения :арактеризуется возрастанием средней глубины и отклонения от вертикали іаклонньїх и горизонтальных скважин, строительством наклонных скважин в іайонах со сложными для проведения буровых работ геологическими 'словиями, вскрытием горизонтальным стволом маломощных продуктивных [ластов, увеличением величины зенитного угла и жестким его регламентированием при бурении конечных интервалов наклонных скважин.
1. Однако, несмотря на существенный прогресс в освоении технологи!
строительства скважин качественные и технико-экономические показателі
проводки горизонтальных скважин, наклонно направленных скважин і
большим отклонением ствола от вертикали, а также дополнительной
горизонтального ствола из эксплуатационных колонн бездействующих скважиі
в нашей стране все еще не удовлетворяют современным требованиям, а в ряд
случаев значительно ниже результатов аналогичных скважин за рубежом.
Анализ данных законченных бурением и введенных в добычу скважи показывает, что не всегда полностью решается поставленная геологически задача, обеспечивается точное и качественное выполнение проектног профиля, как в части достижения протяженности горизонтального ствола продуктивном горизонте, так и реализации траектории в пределах толщині пласта.
Таким образом, исследование этих многочисленных и сложных пpoблe^ имеющих важное научное и практическое значение, является одной і актуальных проблем в области технологии строительства направленпь скважин.
Цель работы. Разработка и внедрение новых научно методических технико-технологических решений в области теории и практики строительсті наклонно направленных, горизонтальных скважин и восстановлен) бездействующих нефтяных и газовых скважин с целью повышения і качественных и технико-экономических показателей.
Основные задачи работы
1. Разработка и внедрение технологии проводки наклонно направленні скважин с большим вертикальным участком и по рациональнь криволинейным профилям, обеспечивающей надежную эксплуаташ погружного внутрискважинного оборудования.
2. Исследопгшие ііоисдеііия ориентируемых м пеориситмрусммх компоновок низа бурильной колонны при бурении скважин с применением забойного двигателя и роторным способом для повышения оперативности управления искривлением скважины.
' 3. Исследование поведения компоновки низа обсадной колонны во взаимосвязи с параметрами искривления наклонной и горизонтальном скважины.
-
Разработка гидравлической программы бурения, в том числе создание способа двухкапалыюй циркуляции бурового раствора для снижения гидродинамического давления при бурении и креплении скважин с большими отклонениями ствола от вертикали.
-
Разработка методических основ выбора и расчета конструктивных -параметров технических средств и КНБК для одновременного решения задач по снижению гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве и управлению траекторией ствола направленной скважины.
6. Разработка новых и совершенствование известных технико-
технологических решений для повышения эффективности технологического
процесса проводки горизонтальных, но различным радиусам искривления, и
наклонно направленных скважин.
7. Разработка проектных решений, технических средств, технологии и
проведение комплекса работ по строительству дополнительного
горизонтального ствола при восстановлении бездействующих нефтяных и
газовых скважин.
8. Разработка методических и регламентирующих документов
регионального и отраслевого значения. Промышленное внедрение результатов
исследований. Анализ экономической эффективности проводки
дополнительного горизонтального ствола из эксплуатационных колонн при
капитальном ремонте скважин.
(і.
Методы исследований. Методической основой исследований явился комплексный подход к решению основных задач работы.
Теоретические, экспериментальные и промысловые исследования проведены с использованием методов теории упругости, сопротивления материалов, аналитической и дифференциальной геометрии, размериостных характеристик (фрактальной и фазовой) динамических систем, вероятностно-статистических методов и с помощью ПЭПМ
Научная новизна. Научно обоснованы новые технические и технологические решения.
-
Разработан единый метод исследования и алгоритмы расчетов на ПЭВМ ориентируемых и неориентируемых компоновок низа бурильной колонны для количественной и качественной оценки влияния параметров КНБК и основных технологических факторов бурения на процесс искривления ствола скважины.
-
Созданы научно методические основы проектирования и выбора рациональных геометрических параметров неориентируемых КНБК для снижения гидродинамического давления в скважине при выполнении различных технологических операций.
-
Впервые создан способ двухканальной циркуляции (А.С. №1112113, 1350327) и определены условия, при которых возможно осуществление движения по обоим каналам пязкопластичного бурового раствора;
-
Разработаны рекомендации по регулированию параметров режима бурения горизонтального стеолз на основе размериостных характеристик (фрактальной и фазовой) динамической системы углубления скважины.
-
Впервые исследовано поведение компоновки низа обсадной колонны во взаимосвязи с компоновками низа бурильной колонны и фактической траектории ствола с целью достижения параметров проектного профиля при дальнейшем углублении скважины.
-
Разработаны новые технологические решения, включая способы и технические средства по управлению траекторией скважины (А.С. №№1606672, 1656114, 1744233, 1747671, 1788192 и др.), программное обеспечение для ПЭВМ, комплекс мероприятий по повышению эффективности проектирования і управления процессом строительства наклонных и горизонтальных скважин, зошедших в программу "Горизонт".
-
Созданы научно методические основы технологического процесса зырезания колонн, зарезки и бурения дополнительного горизонтального ствола із эксплуатационных колони 0146, -168 и 178мм по среднему и малому задиусам искривления, базирующегося на разработанных: макете рабочего іроекта, программном обеспечении проводки скважин, средствах измерения и <онтроля параметров, специальных технических средствах.
-
Выведены новые критерии оценки качество выполнения проектных >ешений по бурению наклонно направленных и горизонтальных скважин.
Основные защищаемые положения. Научно-методические, технические і технологические решения и рекомендации по управлению процессом ;троительства наклонно направленных, горизонтальных скважин и юсстановлению бездействующих скважин:
1. Технология строительства направленных скважин по криволинейным и
; большим вертикальным участком профилям, обеспечивающих вскрытие
іродуктивньїх пластов пологими стволами.
Проектирование профиля наклонно направленных и горизонтальных жважин с учетом взаимосвязи основных его параметров и конструкции мшажин.
2. Единый подход к исследованию поведения неориентируемых и
ориентируемых КНБК. Алгоритмы расчетов. Уточнение границ
технологических возможностей и области применения различных
склоняющих систем.
и.
-
Методический подход к оснащению низа бурильной колонны центраторами, исходя из соответствия фактической траеісгории ствола проектному профилю, и создания требуемых значений прогиба и направления поворота оси обсадной колонны.
-
Способ двухканалыюй системы циркуляции бурового раствора и технические средства его реализации при бурении наклонно направленной скважины с большим отклонением ствола от вертикали.
-
Проектирование рациональных КНБК для снижения гидравлических сопротивлений и управления траекторией ствола скважины. Инженерна* методика определения гидродинамического давления, возникающего npi выполнении различных технологических операций в скважине.
-
Результаты оценки влияния геометрических, весовых и жесткостны? параметров КНБК, а также осевой нагрузки, кривизны 'ствола, твердості разбуриваемых горных пород и скорости вращения бурильной колонны (npi роторном бурении) на величину отклоняющего усилия и угол поворота оси ; долота.
7. Технико-технологический комплекс по восстановлении
бездействующих нефтяных и газовых скважин.
Практическая ценность. Достоверность выводов и установлеипы; закономерностей теоретических исследований подтверждена промысловым] экспериментами, разработкой и внедрением технико-технологических решениі и регламентирующих документов:
- разработано программное обеспечение для ПЭВМ по проектированию і оперативному управлению технологическим процессом строительств наклонно направленных и горизонтальных скважин;
разработаны на уровне изобретений технические средстве методические и технологические решения и рекомендации, обеспечивающи повышение качественных и технико-экономических показателей проводк наклонно направленных и горизонтальных скважин;
У.
разработаны научно-методические принципы проектирования конструкции и профиля наклонно направленной и горизонтальной скважины, а также КНБК, обеспечивающие высокое качество и надежность реализации технико-технологических решений на этапах строительства и эксплуатации скважины;
- разработаны инженерная методика определения гидродинамического
давления в направленной скважине при использовании различных КНБК и
мероприятия по снижению давления в скважине;
разработан методический подход к определению качества строительства направленных скважин;
разработаны рекомендации по выбору параметров режима бурения с использованием вероятностно-статистических методов;
разработаны регламентирующие документы выполнения технологических операций по восстановлению бездействующих скважин.
Практическая значимость работы характеризуется отражением основных направлений и результатов исследований в составных частях при выполнении следующих научно-технических программ:
1. "Комплексная программа создания принципиально новых систем
разработки месторождений нефти с помощью горизонтальных и разветвленно-
горизонтальных скважин (ГС и РГС) и их широкомасштабное внедрение"
(Программа "Горизонт").
2. "Важнейшие народно-хозяйственные программы и проекты",
Министерство науки и технической политики РФ, госзаказ - код 802,
"Технология и техника строительства горизонтального ствола по малому
радиусу искривления из эксплуатационных колонн бездействующих нефтяных
и газовых скважин" (1994-199бгг.).
3. Приоритетный НИОКР ЦФ Комитета нефтяной промышленности
Минтопэнерго РФ:
JO.
-
"Разработка ТЭС по технологии и техническим средствам радиального бурения"
-
"Разработка КНБК и технологии "ориентированного" бурения горизонтальных скважин турбинно-рогорным способом".
Роснефтегаза:
93.013.2000. "Разработка технологии и технических средств многозабойного бурения"
93.002.2000. "Разработка технологии строительства наклонно направленных скважин с отходом от вертикали 2.5км и более".
Реализация работы в промышленности. Результаты исследований внедрены в производство и имеют перспективу дальнейшего применения.
Техника и технология строительства наклонно направленных скважин с большим вертикальным участком, обеспечивающая надежную эксплуатацию внутрискважинного оборудования, была использована при строительстве более 100 скважин в условиях месторождений АО "Мегионнефтегаз" и АО "Ноябрьскнефтегаз".
Технико-технологические решения по проводке горизонтальных скважин по большому и среднему радиусам искривления применены при бурении скважин в НК "Белоруснефть", АО "Саратовнефтегаз", НК "Туркменнефть", СП "Вьетсовпетро" (5 скважин), с увеличением дебина в 2.5 - 4 раза .
Технология оперативного управления при строительстве наклонно направленных скважин с отходами ствола более 1500м применена в АО НК "Славнефть-Мегионнефтегаз" (9 скважин), с экономическим эффектом 4.5 млдр.руб, в ценах 1997г..
Способ двухканальнон циркуляции бурового и цементного раствора применен при бурении Саатлинской сверхглубокой скважины (СГ-1) и наклонно направленных скважин в ВПО "Каспморнефтегаз" (Зскважины).
Проектные профили и конструкции скважин с отклонением ствола от вертикали до 5000м при глубине скважины 3200м и 2500м легли в основу
п. рабочих проектов на строительство этих скважин, соответственно, на иесторождениях "Комсомольское" и "Самотлорское" в АО "Пурнефтегаз" и АО 'Нижневартовскнефтегаз".
Применение технико-технологического комплекса позволило с помощью дополнительного горизонтального или наклонного ствола восстановить в условиях АО "Уренгойгазпром" (3 скважины), а в СП "Вьетсовпетро" (1 ;кважина) с увеличением дебита скважин в 4-12 раз.
Для предприятий НК "Роснефть" разработан РД "Технология и технические средства для бурения горизонтальных скважин по радиусу искривления 10-30м из эксплуатационных колонн диаметром 14б-168мм".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы укладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических :овещаниях, конференциях и симпозиумах по проблемам бурения:
на НТС Миннефтепрома СССР в 1987-1991гг. и НК "Роснефть" в 1994г. г.Москва);
на семинаре "Техника и технология бурения наклонно направленных жважин" секции бурения Московского правления ВКТО им.Губкина , 1988г. г.Москва);
на совместном семинаре Миннефтепрома СССР, Мингазпрома СССР и ЗНИИБТ, 1988г., (г.Москва);
на секции экспертного совета нефтяной промышленности УГинтопэнерго РФ в 1993 г. и в 1996г. (г.Москва);
на НТС по отделу топливно-энергетического комплекса ГКНТ РФ в 1995г. (г.Москва);
на 14 Мировом Нефтяном Конгрессе (Норвегия) в 1994г.;
на семинарах НК "Роснефть" по горизонтальному бурению на ВВЦ РФ в 1992-1994гг. (г.Москва);
на III Международном симпозиуме по бурению скважин в осложненных условиях в 1995г. (г.Санкт-Петербург);
\2.
- на IV Международной выставке-конгрессе "Минерально-сырьевые
ресурсы стран СНГ" в 1996г. (г.Москва);
на II Международном семинаре "Горизонтальные скважины" в 1997г. (г.Москва);
на XIII Губкинских чтениях в 1994г. (г.Москва);
на НТС "Нефтяной центр по проблемам бурения наклонных и горизонтальных скважин" при РАЕНРФ в 1997г. (г.Москва);
на расширенном Ученом Совете и НТС "НИПИморнефтегаз" и СП "Вьетсовпетро" в 1993-1996гг. (Вьетнам);
на НТС Китайского нефтяного института REPID в 1992г.(Китай);
на НТС Индийской нефтяной компании "Oillndia" и Национального нефтяного института ONGS в 1997г. (Индия);
на НТС Иранской национальной нефтяной компании NIOC и национальной иранской буровой компании NIDC в 1997г. (Иран);
на технических совещаниях АО "Мегионнефтегаз" в 1987-1997гг. (г.Мегион), АО "Уренгойгазпром" в 1993-1994гг. (г.Уренгой);
- на Ученом Совете НПО "Буровая техника" - ВНИИБТ в 1983 - 1997гг.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 65
печатных работах , в т.ч. 9 авторских свидетельствах на изобретения и патентах РФ, а также 22 фондовых работах.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, 8 разделов, выводов и рекомендаций, библиографии (167 наименований) и приложений.
Диссертация изложена на уіУ страницах машинописного текста,
включая рис., У ? таблиц и приложения.
Автор благодарен ученым и специалистам Балденко Д.Ф., Рогачеву O.K., Федорычеву В.А., Браженцеву В.П., Цыбину А.А., Фарукшину Л.Х., Повалихину А.С., Беляеву В.М., Прохоренко В.В., Позднышеву СВ., (НПО "Буровая техника"), а также научным консультантам д.т.н. Никитину Б.А. и
13.
д.т.н. Ширин-Заде С.А., благодаря сотрудничеству с которыми были достигнуты практические результаты работы.