Разработка технологии и создание технических средств для низкооборотного наклонно-направленного бурения и забуривания дополнительных стволов изобсаженных скважин Каплун, Вячеслав Алексеевич

Введение к работе

В диссертации, представленной и форме научного доклада, приводится основное содержание опубликованных в 1974—1995 годах работ автора по результатам разработки технических средств и технологии ішзмюборотпоґо бурспн-1 наклонно-направленных и дополнительных стволов из обсаженных скважин, а также внедрения их в буровых, нефтедобывающих и геологоразведочных предприятиях.

1.1. Актуальность проблемы. Большие объемы бурения
наклонно-направленных скважин и значительный фонд про
стаивающих нефтяных и газовых скважин, требующих их
воесстановления бурением дополнительных стволов во всех
нефтедобывающих районах России обусловливают актуаль
ность проблемы разработки технических средств и техноло
гии низкооборотного бурения.

Актуальность данной проблемы подчеркивается высокой эффективностью пнзкооборотпого бурения забойными двигателями при одновременном отсутствии инструктивных п методических рекомендаций по совершенствованию их конструкций и технологии бурения.

1.2. Связь темы диссертации с плановыми исследованиями.

Исследования проводились в соответствии с координационным планом ГКНТ при СМ СССР на 197С—1980 гг. (Постановление СМ СССР Л1> 640 от 10.12.75 г. и ГКНТ ЛЬ 45 от 18.11.76 г.), целевой комплексной научно-технической программой на 1981—85 гг. (Постановление ГКНТ при СМ СССР и Госплана СССР Л!> 515/271 о і 29.12.81), правительственной программой на 1987—1991 гг. (Постановление СМ СССР № 539 от 08.05.87 г.), общесоюзной научно-технической программой 0.50.01 (Задания 03.01-03.02.11.03 н 03.02.11.04 (уточненные задачи и этапы по постановлению ГКНТ СССР от 31 декабря 198() г. Л1> 535) и разделом Госпрограммы развития минерально-сырьевой базы и геологической службы России в 1993 г., утвержденном Управлением науки Роскомпед-ра,по созданию методов технических средств для бурения глубоких и сверхглубоких скважин,

1* 3

Работа базировалась на результатах, полученных в трудах известных ученых (М. М. Александрова, Н. Г. Середы, Н. С. Тимофеева, Р. Л. Иоаннесяна, М. Т. Гусмана, М. П. Гу-лизаде, А. Г. Калинина, А. И. Спивана, Ю. С. Васильева, А. Н. Шапьгина, С. М. Кулиева, С. А. Огапова, Л. Я. Сушо-на, Б. 3. Султанова, Е. И. Ишемгужина, Л. Я- Кауфмана, К. Б. Шахбазбекова, С. С. Сулакшина, Ю. В. Вадецкого, И. П. Дородного, С. С. Никомарова, Д. Ф. Балденко, А. М. Кочнева, Н. И. Крысина, В. Ф. Буслаева, В. О. Бело-руссова, Л. Лубянского, Г. Вудса, Л. А. Зего, Д. Р. Бернгар-да и др.).

1.3. Цель работы.

Исследовать и разработать технологию и технические средства низкооборотного бурения для эффективного строительства наклонно-направленных и дополнительных стволов из обсаженных скважин путем выполнения проектного профиля и повышения скоростей бурения при снижении затрат.

1.4. Основные задачи исследований:

разработать методологию теоретических, стендовых и промысловых исследований в области низкооборотного бурения винтовыми забойными двигателями наклонно-направленных и дополнительных стволов из пробуренных скважин;

разработать гамму низкооборотных забойных двигателей и отклоняющих устройств для бурения наклонно-направленных и дополнительных стволов из пробуренных скважин;

исследовать зависимость показателей работы породо-разрушающего инструмента от режимов бурения и изменения профиля наклонно-направленных скважин от типа и местсі установки отклоняющих и стабилизирующих устройств;

создать комплекс технических средств для вырезания «окон» в обсадной колонне при забурнвании дополнительных стволов из обсаженных скважин;

обобщить результаты исследований и разработать научные основы бурения наклонно-направленных и дополнительных стволов низкооборотными забойными двигателями;

реализовать установленные зависимости при бурении наклонно-направленных и дополнительных стволов из обсаженных скважин.

1.5. Методика исследований.

В работе использован комплекс методов, включающий аналитические и стендовые исследования, натурные наблюдения и статистические обобщения, а также теории решения

изобретательских задач для разработки принципиально новых технологий, технических средств и оборудования, широкий производственный эксперимент, технико-экономическая оценка эффективности разработок.

1.6. Основные научные положения, представляемые иа зашиту:

!. Методология комплексного подхода к проблеме исследований технологии ипзкооборотного бурения па всех участках наклонно-направленных скважин и бурения вторых стволов из раннее пробуренных скважин.

1. Экспериментальные исследования энергетической характеристики пнзкооборотпых объемных двигателей па всех участках бурения наклонно-направленных скважин.

2. Методика расчета ориентируемых пнзкооборотпых отклоняющих компоновок низа бурильной колонны.

3. Методика расчета неорнентнруемых пнзкооборотпых компоиоеок низа бурильной колонны.

4. Методика определения оптимальных параметров низкооборотного режима бурения.

5. Критерии выбора конструктивных параметров укороченных низкооборотных забойных двигателей и их рациональных конструктивных схем.

6. Обоснование и установление исходных данных для разработки размерного ряда механизмов искривления и центраторов для низкооборотного бурения.

7. Определение путей дальнейшего развития техники и технологии ипзкооборотного бурения и креплении наклонно-направленных скважин, в том числе и малого диаметра.

1.7. Достоверность и обоснованность научных положений,

выводов п рекомендаций обеспечивается подтверждением теоретических положений опытными данными, результатами внедрения разработок в промышленности и с данными, полученными другими исследователями.

1.8. Научная новизна заключается в следующем:

1. Выполнено научное обобщение и развитие исследований по разработке комплекса технических средств и реализуемых с их помощью технологий ипзкооборотного бурения наклонно-направленных и дополнительных стволов из обсаженных скважин.

2. Доказано, что энергетическая характеристика низкооборотных объемных двигателей остается жесткой при одновременном действии отклоняющей силы па долоте и осевой на-

грузке и не накладывает ограничений на выбор элементов компоновок низа бурильной колонны, их геометрических параметров и позволяет проводить бурение наклонно-направленных и горизонтальных стволов на оптимальных режимах бурения.

3. Впервые установлено, что при низкооборотном режиме бурения критерий минимума стоимости метра проходки совпадает с максимумом проходки за рейс, причем оптимальными параметрами режима бурения являются большие осевые нагрузки и частота вращения.

4. Выполнены теоретические расчеты ориентируемых и не-ориентируемых компоновок низа бурильной колонны (КНБК) для управления искривлением ствола скважин.

5. Установлено, что низкооборотная ориентируемая отклоняющая компоновка имеет ряд преимуществ по сравнению с компоновками, применяемыми при роторном и турбинном бурении и должна иметь специальный механизм искривления корпуса двигателя и кривой переводник над двигателем.

6. Впервые определено, что бурение прямолинейных участков наклонно-направленных скважин на низкооборотном режиме следует вести неориентируемыми компоновками низа бурильной колонны, имеющими два центратора.

7. Выявлены и обоснованы критерии выбора конструктивных параметров укороченных низкооборотных забойных двигателей и определены их рациональные конструктивные схемы..

8. Предложен ряд новых оригинальных конструктивных решений, позволяющих реализовать приведенные выше положения.

9. Впервые установлены исходные данные и разработаны размерный ряд механизмов искривления и стабилизирующих устройств для пизкооборотного бурения в интервалах набора кривизны и на прямолинейных участках ствола скважины.

10. Разработаны и определены требования к технологии пизкооборотного бурения, реализация которых позволит повысить скорости бурения при выполнении проектного профиля скважин.

11. Определены пути дальнейшего развития технических средств п технологии низкооборотного бурения наклонно-направленных и дополнительных стволов из пробуренных скважин.

1.9. Научное значение работы состоит в теоретическом обосновании и подтверждении на практике критериев выбора

6'

оптимальных параметров технологии нпзкооборотного бурения и технических средств для ее реализации.

Основана школа создателей техники и технологии для восстановления малодебитных и бездействующих скважин посредством вырезания части колонны или «окоп» и последующего вскрытия продуктивных пластов бурением наклонно-направленных или горизонтальных стволов.

10. Практическое значение работы состоит в разработке и широком промышленном внедрении технологии низкооборотного бурения, ннзкооборотных ориентируемых и неорн-ептпруемых компоновок низа бурильной колонны, что привело к увеличению проходок' па долото в 1,5-г-2,5 раза и успешному выполнению проектного профиля скважин, а также к созданию комплекса технических средств и технологий за-бурнвання и бурения дополнительных стволов из обсаженных скважин.

11. Реализация работы выразилась в разработке руководящих документов, инструкций, рекомендаций, режимно-технологических карт по технологии низкооборотного бурения, создании низкооборотных укороченных и неукороченных забойных двигателей, низкооборотных керноотборных снарядов, комплекта технических средств для строительства дополнительных стволов из ранее пробуренных нефтяных и газовых скважин, компоновок низа бурильного инструмента с нпзкооборотиыми двигателями для управления искривлением, большинство из которых приняты к серийному производству.

12. Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались в 1975—1996 гг. и получили одобрение па конференциях, совещаниях, симпозиумах, па ежегодных координационных совещаниях, проводимых ГКНТ, Миппефте-газпромом, Мингео, Роскомнедра, во многих производственных объединениях, на Ученых Советах ВНИИБТ, ПФ ВНИИБТ, КамМИИКИГС, НПО «Недра», ПГТУ. Работы экспонировались на международных выставках.

13. Публикации. Список научных трудов автора содержит 121 наименование, в т. ч. одна монография, 71 печатная работа, 19 авторских свидетельств и патентов СССР и РФ и один зарубежный патент, 11 научно-методических и 20 фондовых работ (отчетов по научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам).

Основное содержание диссертации изложено в 66 статьях,

16 авторских свидетельствах и 9 нормативно-методических работах.

Положення, выносимые автором на защиту, нашли отражение в режимно-технологнческнх картах, инструкциях, рекомендациях по технологии и режимам низкооборотного бурения наклонно-направленных скважин, в разработанных автором конструктивных решениях низкооборотных забойных двигателей, низкооборотных керноотборных снарядов, ориентируемых и неориентируемых компоновках низа бурильной колонны, комплексе технических средств для бурения дополнительных стволов из обсаженных скважин, защищенными авторскими свидетельствами и патентами СССР и РФ.

Исследование, разработка и внедрение новых технологий и технических средств, низкооборотного бурения наклонно-направленных скважин и дополнительных стволов из обсаженных скважин выполнялись автором в координации с учеными, конструкторами и специалистами ВНИИБТ, КамНИИКИГС, Азинефтехим, ВНИИКРнефть, ПермНИПИ-нефть и ряда других институтов Министерств нефтяной и газовой промышленности, Геологии, Роскомнедра, Павловского н Кунгурского заводов, НПО «Недра», большого числа буровых и нефтедобывающих предприятий.

Автор выражает благодарность коллективу работников ПФ ВНИИБТ, отделов технологии бурения и конструирования технических средств, коллективу опытно-экспериментального производства КамНИИКИГС, которые автор организовал и с которыми работает, без чьего многолетнего труда не была бы выполнена эта работа, а также руководству НПО «Недра» за помощь и поддержку.