Введение к работе
Актуальность проблемы
Современный этап освоения новых месторождений характеризуется все возрастающей осложненностью, связанной с ростом глубин залегания продуктивных пластов и с необходимостью строительства и. эксплуатации наклонных скважин с большими углами искривления и отходами от вертикали, в том числе с горизонтальным окончанием. Соответственно условия работы. особенно инструментов и оборудования, эксплуатируемых внутри скважины (скважинных инструментов и оборудования), а также стенок скважины в процессе бурения, становятся все более тяжелыми. Успешность бурения и эксплуатации скважин обеспечивается высокими скоростями бурения, качеством вскрытия и крепления продуктивных пластов, разработкой и реализацией мероприятий по прогнозированию и предупреждению осложнений и аварий. В этих условиях техническое и технологическое обеспечение развития нефтегазовой отрасли требует дальнейшего совершенствования на базе углубленных исследований. Решение проблемы в такой постановке делает целесообразным комплексное рассмотрение системы "скважина-скважинная жидкость-инструмент" с точек зрения триботехники и геомеханики.
Задачами, требующими первоочередного решения в рамках этой проблемы, являются совершенствование прочностных расчетов стенок скважины, разработка бурового раствора с улучшенными антифрикционными и выносными свойствами и неактивного по отношению к горным породам стенок скважины, основных функциональных систем шарошечных долот (вооружения и систем смазки) и рецептур смазочных материалов для скважинных инструментов и оборудования. Обобщение и дальнейшее развитие исследований в этом направлении является предметом представленной диссертации.
4 Цель работы
Улучшение технико-экономических показателей функционирования системы "скважина-скважинная жидкость-инструмент" на базе ее углубленного изучения и совершенствования как объекта геомеханики и триботехники.
Основные задачи исследований:
-
совершенствование расчетного метода прогнозирования осложнений при бурении, обусловленных разрушением стенок наклонных скважин;
-
обоснование и разработка состава инвертно-эмульсионного бурового раствора (ИЭР) с улучшенными выносными и антифрикционными свойствами;
3) обоснование и разработка технических решений по
совершенствованию функциональных систем шарошечных долот,
обеспечивающих повышение показателей бурения и эффективную работу в
условиях управления кривизной скважины;
-
обоснование и выбор рецептур смазочных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами для опор долот и резьбовых соединений;
-
промысловые испытания технических и технологических разработок и оценка их технико-экономических показателей.
Научная новизна
Новыми результатами аналитических и экспериментальных исследований с привлечением промысловых данных являются обоснование и разработка:
- положения, что только полная непроницаемость (закольматированность)
пористых стенок скважины обеспечивает существенное повышение их
сопротивления разрушению;
- методики расчета диапазона давления бурового раствора в наклонной
скважине из условия сохранения стенок в упругом состоянии, учитывающей
пористость и длительную прочность горных пород;
способа определения коэффициента бокового распора пористых горных пород по данным испытаний скважин на гидроразрыв;
использования изменения водосодержания и температуры инвертной эмульсии при переходе из объемного состояния в корку для снижения ее
5 сопротивления сдвигу;
нового реагента эмульгатора-стабилизатора (РЭС-Т) и состава ИЭР на его основе, имеющего высокие выносную способность и агрегативную устойчивость и пониженное сопротивление сдвигу фильтрационной корки и способствующего сохранению длительной прочности стенок скважины;
технических решений по попарному размещению зубков в двухрядных периферийных венцах шарошек и согласованному с ним размещению подрезных зубков, по повышению эффективности систем смазки за счет принудительной подачи масла к поверхностям трения и по улучшению деформационной характеристики уплотнений опор за счет рациональной геометрии применительно к работе шарошечных долот с. управлением кривизной в процессе бурения;
- рецептур смазочных материалов с использованием химически
модифицирующих поверхности трения присадок, активизируемых теплом
трения, и наполнителей для тяжело нагруженных узлов трения скважинного
оборудования и инструментов, в том числе для условий работы в коррозионно-
активных средах.
На защиту выносятся следующие основные положения:
методика расчета диапазона давления бурового раствора в скважине из условия сохранения стенок в упругом состоянии и способ определения коэффициента бокового распора пористых горных пород по данным испытаний соответствующих интервалов бурения на гидроразрыв;
реагент РЭС-Т и состав ИЭР на его основе для условий бурения скважин на острове Сахалин со сверхдальними отходами от вертикали;
статистический метод расчета ожидаемых передаточных отношений шарошек и схем взаимодействия вооружения с забоем скважины на стадии проектирования долота;
технические решения группового размещения основного и подрезного вооружения шарошек в венцах, принудительной смазки элементов опор и узлов их герметизации для повышенных частот вращения шарошечных долот;
- физико-химическое обоснование и технические решения по составу смазочных материалов для тяжело нагруженного скважинного инструмента, в т.ч. для негерметизированных и герметизированных опор шарошек и резьбовых соединений бурильных и насосно-компрессорных труб, и результаты их промышленного использования.
Практическая ценность работы
-
Методические и аналитические разработки диссертационной работы вошли в «Стандарт предприятия по методике расчета диапазона давления бурового раствора в скважине из условия сохранения стенок в упругом состоянии», который введен в действие и используется с 01.06.2004 г. в ОАО «НК "Роснефть-Сахалинморнефтегаз"».
-
Реагент РЭС-Т и ИЭР на его основе использовался при бурении восьми скважин со сверхдальними отходами в ОАО "НК "Роснефть-Сахалинморнефтегаз" и обеспечил качественную очистку ствола скважины от шлама и снижение сопротивления движению колонны в скважине. Экономический эффект на программу бурения из 19 скважин составил 222 млн руб.
3 По техническим решениям размещения вооружения в венцах и
уплотнений опор шарошек подготовлена и передана на ОАО "Волгобурмаш" и
ОАО "Уралбурмаш" конструкторская документация (чертежи). Изготовлена
опытная партия долот 215,9 СЗ-ГАУ R53-M3 и испытана в ОАО "Башнефть" в
составе с принудительной системой смазки опор.
4 Предложенные смазочные композиции для различных
триботехнических узлов породоразрушающего и бурильного инструментов
прошли широкие промысловые испытания в "Башнефти", "Оренбургбургаз",
"Удмуртнефти", "Востсибнефтегеологии". Общий экономический эффект от
применения смазок в 1982.. .1986 годах составил более 469 тыс. рублей в ценах
1980-х годов.
7 Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на третьей Всесоюзной конференции по динамике, прочности и надежности нефтепромыслового оборудования (Баку, Азиннефтехим, 1983); Всесоюзной школе по коллоидной химии нефти и нефтепродуктов (Уфа, УНИ, 1985); межвузовской научно-технической конференции «Проблемы освоения нефтегазовых ресурсов Западной Сибири» (Тюмень, ТГУ, 1986); межреспубликанской научно-методической конференции «Интеграция образования производства и науки — основы коренного улучшения качества подготовки специалистов» (Алма-Ата, Казахский политехнический институт, 1989); Республиканской научно-технической конференции «Диагностика, ресурс и прочность оборудования для добычи и переработки нефти (Уфа, УНИ, 1989); Intertribo' 90 Proceedings of IV symposium (Чехословакия, Высокие Татры, 1990); Международном научно-техническом семинаре «Проблемы нефтегазовой отрасли» (Уфа, УГНТУ, 1998); Международной научно-технической конференции «Качество, безопасность и энергосбережение» (Самара, СамГТУ, 1998); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы породоразрушающего бурового инструмента» (Самара, СГТУ, 1999); Международном форуме по проблемам науки, техники и образования "Академия наук о Земле", (Москва, 1999); Всероссийской конференции "Геология и проблемы разработки месторождений углеводородов" (Уфа, УГНТУ, 2001); третьем Конгрессе нефтегазопромышленников России (Уфа, НИИ «Реактив», 2001); пятом Международном симпозиуме по бурению скважин в осложненных условиях (Санкт-Петербург, СГТГТИ им. Г.В.Плеханова, 2001); конференции "Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения" (Н.Новгород, НГТУ, 2001); электронной конференции по МНТП Рособразования РФ "Топливо и энергетика" (Москва, 2002); Всероссийской научно-практической конференции по техносферной безопасности (Ростов-на-Дону, 2002); 5-й Международной научно-практической конференции по фундаментальным проблемам приборостроения,
информатики, экономики и права (Москва, 2002); научно-практической конференции "Вклад науки РБ в реальный сектор экономики" (Уфа, 2003); восьмом (XXIX) Уральском горнопромышленном съезде (Учалы, 2004); Международной конференции "Повышение качества строительства скважин" (Уфа, УГНТУ, 2005).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы изложены в 73 печатных работах, в том числе в 11 изобретениях и патентах.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 320 страницах машинописного текста и содержит 55 рисунков, 56 таблиц, библиографический список из 192 наименований, а также 18 приложений.
Автор выражает искреннюю благодарность за консультации, ценные советы и замечания профессорам А.И. Спиваку, . Г.В. Конесеву и Ю.Г. Матвееву, доцентам Р.А. Мулюкову, А.И. Могучеву, А.Я. Соловьеву и Ф.Н. Янгирову за помощь при проведении экспериментов и промысловых испытаний.
