Введение к работе
з
Актуальность темы обусловлена необходимостью более точного выбора конструкции компоновки низа бурильной колонны (КНБК) с гибкими безмуфтовыми трубами (ГБТ) для управления траекторией ствола скважины в процессе бурения колтюбинговыми установками.
Наиболее актуальными методами интенсификации добычи в настоящее время становится строительство боковых стволов (БС) из старого эксплуатационного фонда скважин для обеспечения эффективной гидравлической связи в системе скважина - пласт и вовлечение в разработку слабодренируемых застойных зон.
Известно несколько вариантов проводки БС из вырезанного окна как традиционными, так и колтюбинговыми установками:
- пилотные, которые служат для уточнения геологического строения
залежи, на малоразбуренных участках месторождения либо в граничной части
месторождения, где условия залегания пластов непостоянные;
неориентированные - пробуренные без навигационного сопровождения телеметрическими Системами;
наклонно направленные - зенитный угол которых составляет менее 50, пробуренные по заданной траектории с использованием телеметрических систем (ориентируемые);
пологие - зенитный угол находится в пределах 50.. .65;
горизонтальные - максимальный зенитный угол превышает 65, в том числе многоствольные.
Разработка специальных забойных компоновок с ГБТ (кКНБК) повышенной надежности для бурения скважин колтюбинговыми установками с учетом динамических процессов, происходящих при их строительстве, повышает не только качество формируемого ствола скважины, но и предопределяет дальнейшую безаварийную работу эксплуатационного оборудования.
Цель работы. Обеспечение бурения горизонтальных скважин малого диаметра колтюбинговыми установками с управлением кривизной на базе исследования и разработки гидромеханических модулей в составе кКНБК.
Задачи исследований
Анализ влияния горно-геологических и технико-технологических факторов и конструкции кКНБК на её работоспособность при ориентированном управлении траекторией ствола скважины с относительно большими отходами в процессе бурения!
Аналитическое исследование работы гидромеханических модулей (ориентатора, гидронагружателя, винтового забойного двигателя) в составе кКНБК.
Разработка и лабораторные испытания гидромеханических модулей (ориентатора и гидронагружателя) и выбор их параметров функционального назначения.
4 Промысловые испытания разработанных гидромеханических модулей в
составе кКНБК при бурении горизонтальной скважины с относительно
большим отходом.
Методы решения поставленных задач
Для решения поставленных задач использовались: апробированные современные расчетные и экспериментальные методы, показавшие хорошую сходимость лабораторных и расчетных данных, в т.ч. специальные пакеты прикладные программы математического моделирования. Основные выводы и положения работы подтверждены промысловыми и лабораторными исследованиями базовых узлов разработанных гидромеханических модулей кКНБК.
Научная новизна
1 Обоснована и предложена для колтюбингового бурения кКНБК, состоящая из гидромеханических модулей (включающих ориентатор и нагружатель долота), разработана и аналитически исследована математическая модель кКНБК как динамическая система с линейными коэффициентами при
5 продольных колебаниях в процессе ориентированного бурения скважин колтюбинговым комплексом.
2 Уточнены аналитические зависимости для определения динамических
параметров кКНБК с ориентатором и гидронагружателем при работе её в
горизонтальной скважине.
3 Установлено, что для обеспечения работы предложенной кКНБК
крутящий момент гидромеханического ориентатора должен быть больше
суммы изгибающего момента кКНБК и момента на трение компоновки, а
гидравлическая нагрузка, создаваемая гидронагружателем, должна быть
больше сил трения с коэффициентом запаса, равным 1,25.
Основные защищаемые положения
Обоснование включения гидромеханических устройств в состав кКНБК для управления кривизной и обеспечения необходимой осевой нагрузкой- на долото.
Необходимые соотношения изгибающего момента в кКНБК, крутящих моментов ориентатора и забойного двигателя для успешного функционирования гидромеханических модулей кКНБК.
3 Качественные закономерности показателей функционального
назначения гидромеханических модулей компоновки с помощью полученных
математических моделей.
4 Конструкции ориентатора и гидронагружателя для кКНБК и результаты
стендовых и промысловых испытаний предложенных кКНБК.
Практическая ценность и реализация работы в промышленности 1 Практическая ценность работы заключается в экспериментальном подтверждении параметров функционального назначения гидромеханических модулей кКНБК: ориентатора и гидронагружателя, для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин на аэрированном азотом буровом растворе в компоновке бурильной колонны с помощью колтюбинговой установки КМ-4001 российско-белорусского производства. Установлено, что для гидронагружателя: осевое усилие должно составлять не менее - 60 кН,
б рабочий ход штока - 750 мм, перепад давления кКНБК с использованием аэрированного раствора должен составлять - 5,7 МПа; для ориентатора: оптимальный крутящий момент - 1000 Н-м, дискретный угол поворота за один рабочий ход - 20.
Разработана, исследована и испытана кКНБК при бурении горизонтальной скважины №1619Г Асяновской площади НГДУ «Чекмагушнефть» колтюбинговой установкой КМ-4001.
Экспериментально исследованы гидромеханические устройства, работающие на аэрированном буровом растворе с использованием разработанного испытательного стенда на базе учебной буровой установки в ООО «ИПЦ ИНТЕХ», оснащенного современной измерительной техникой.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались:
- на 56-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2005 г.);
57-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2006 г.);
58-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2007 г.);
59-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2008 г.);
- IX Международной молодежной конференции «Севергеоэкотех-2008»
по секции «Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности» (г. Ухта,
2008г.);
- 60-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2009 г.).
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 10 публикациях, в том числе 3 статьях, одна из которых опубликована в рецензируемом журнале, включенном в перечень ВАК, получен 1 патент РФ,
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка, состоящего из 134 наименований, и 2 приложений. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, включает 30 рисунков и 6 таблиц.
Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры
«Нефтегазопромысловое оборудование» УГНТУ, а также лично: Асееву Е.Г., Ишемгужину Е.И., Матвееву Ю.Г., Назарову СВ., Попову А.Н., Сидоркину Д.И., Сулейманову И.Н., Шамову Н.А. за помощь в проведении исследований, оформлении и обсуждении результатов работы.
