авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Повышение эффективности бурения наклонно-направленных скважин с горизонтальными участками путём снижения прихватоопасности

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Любимова Светлана Владимировна

ПОВЫШЕНИЕ эффективности БУРЕНИЯ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ УЧАСТКАМИ путём снижения прихватоопасности

25.00.15 - Технология бурения и освоения скважин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2012

Работа выполнена на кафедре «Бурение нефтяных и газовых скважин» Альметьевского государственного нефтяного института

Научный руководитель - доктор технических наук Хузина Лилия Булатовна

Официальные оппоненты:

Агзамов Фарит Акрамович - доктор технических наук, профессор, Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин», профессор кафедры

Поваляев Александр Иванович - кандидат технических наук, ОАО «Татнефть», отдел технико-технологического анализа и оптимизации технологических процессов при бурении скважин, начальник отдела

Ведущая организация - Самарский государственный технический университет

Защита состоится «18» мая 2012 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 520.020.01 при открытом акционерном обществе Научно-производственная фирма «Геофизика» (ОАО НПФ «Геофизика») по адресу: 450005, г.Уфа, ул.8-ое Марта, д.12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПФ «Геофизика»

Автореферат разослан «13» апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Хисаева Дилара Ахатовна

Общая характеристика работы

актуальность темы

В соответствии с энергетической стратегией России на период до 2030 г. необходимо создание условий для надежного топливного снабжения рынков по устойчивым ценам. Решение этой проблемы невозможно без обеспечения приростов запасов за счет строительства нефтяных и газовых скважин. Наиболее рентабельным, на сегодняшний день, является бурение наклонно-направленных скважин с горизонтальными участками и многозабойными окончаниями.

Одной из основных задач при бурении скважин, особенно с горизонтальным участком ствола, является снижение значительной силы трения и обеспечение доведения необходимой нагрузки на долото. Известно, что доля наклонно-направленных скважин со смещением от вертикали более 1500 м, при строительстве которых необходимо применение буровых растворов с улучшенными фильтрационными, структурно-реологическими и смазочными свойствами, составляет около 40%, а в исследованиях Б.В.Байдюка отмечается, что на образование трещин при единичном цикле разрушения породы расходуется только 8-12% подведённой энергии, а 68-76% энергии расходуется на трение на поверхностях, упругую деформацию породы и т.д.

В связи с этим необходимы дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования для разработки новых технических и технологических решений для снижения силы трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины.

Цель диссертационной работы – повышение эффективности бурения путем снижения прихватоопасности бурильных труб при бурении скважин с большими отходами от вертикали за счет снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины.

Объект исследования – наклонно-направленные скважины с горизонтальными участками.

Предмет исследования – способы снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины

Основные задачи исследования

  1. Анализ методов снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважин.
  2. Обоснование повышения энергии, подводимой к породоразрушающему инструменту при бурении скважин с большими отходами за счет снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины.
  3. Разработка способа повышения энергии, подводимой к породоразрушающему инструменту при бурении скважин с большими отходами, за счет снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины путём создания дополнительных продольных виброперемещений колонны наддолотным осциллятором.
  4. Разработка скважинного осциллятора с помощью 3D-моделирования и изготовление опытного образца.
  5. Теоретические и лабораторные исследования влияния основных энергетических параметров и апробация скважинного осциллятора.

Методы исследования

При проведении экспериментальных исследований и математического моделирования использовались программа Компас 3D, а также стандартные методы согласно программе опытно-промысловых работ по испытанию скважинного осциллятора. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась методами математической статистики с использованием компьютерных программ Microsoft Excel и др.

Научная новизна

  1. Разработана классификация методов, снижающих коэффициент трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины, для их научно-обоснованного выбора.
  2. Предложен способ повышения энергии, подводимой к породоразрушающему инструменту, за счет снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны путём создания дополнительных продольных виброперемещений колонны наддолотным скважинным осциллятором, включенным в компоновку бурильной колонны (патент РФ №96160).
  3. Выявлена количественная взаимосвязь между расходом промывочной жидкости и перепадом давления, создаваемого скважинным осциллятором.

Основные защищаемые научные положения

  1. Повышение энергии, подводимой к долоту в скважинах с горизонтальными участками, за счет уменьшения трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины созданием дополнительных продольных виброперемещений колонны бурильных труб наддолотным скважинным осциллятором.
  2. Результаты экспериментальных и промысловых исследований по обоснованию оптимальных условий функционирования скважинного осциллятора.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена высокой степенью сходимости результатов экспериментальных исследований и математического моделирования значений параметров скважинного осциллятора, анализом и апробацией его на стенде.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Разработано технико-технологическое решение, включающее в компоновку низа бурильной колонны наддолотный скважинный осциллятор, способствующий снижению силы трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины, путём создания дополнительных продольных виброперемещений колонны скважин с горизонтальными участками.

Экспериментальными исследованиями обоснованы минимальное пороговое значение расхода промывочной жидкости, необходимое для работы скважинного осциллятора, а также рациональный режим работы.

Стендовыми испытаниями была подтверждена работоспособность скважинного осциллятора. Подготовлена программа испытаний, утвержденная начальником управления бурения ОАО «Татнефть» имени В.Д.Шашина.

Личный вклад автора заключается в определении цели и постановке задач, проведении теоретических исследований, стендовых испытаний скважинного осциллятора и математической обработки полученных результатов.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на: Молодежной научно-практической конференции, посвященной 60-летию Ромашкинского месторождения; VIII Международной научно-практической конференции «Ашировские чтения» (г.Туапсе, 2011); XІ Молодежной научно-практической конференции молодых работников ОАО «Татнефть», посвященной 55-летию НГДУ «Азнакаевскнефть» (г.Азнакаево, 2011); ІІ Международной научно-технической конференции «Повышение качества строительства скважин» (г.Уфа, 2010); научной сессии ученых Альметьевского государственного нефтяного института по итогам 2008 и 2009 г.г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 13 научных статей, в том числе 2 статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получен 1 патент РФ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, содержит 137 страниц машинописного текста, в том числе 50 рисунков и 16 таблиц, список использованных источников из 146 наименований.

Автор выражает особую признательность и искреннюю благодарность научному руководителю Хузиной Лилие Булатовне, коллективу кафедры БНГС АГНИ и специалистам Бугульминского механического завода, института «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть» им. В.Д.Шашина (г. Бугульма), помогавшим в выполнении работы.

содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цель, задачи, научная новизна, защищаемые научные положения и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе приведен анализ проблемы низких скоростей и показателей бурения наклонно-направленных скважин с горизонтальными участками и многозабойными окончаниями.

В нефтедобывающих регионах России широкое применение получило бурение наклонно-направленных скважин с горизонтальным окончанием. Это связано с тем, что на сегодняшний день данный вид бурения является наиболее перспективным методом интенсификации добычи нефти и достижения полноты извлечения её из недр земли, особенно для месторождений со сложным строением, а также для месторождений, находящихся на поздней стадии разработки. Основные теоретические положения и практика применения технологии горизонтального бурения в разработке нефтяных месторождений освещены в трудах следующих исследовате­лей: Р.Г.Абдулмазитова, Ф.А.Агзамова, Ю.А.Волкова, A.M.Григоряна, В.Г.Григулецкого, P.P.Ибатуллина, А.И.Ибрагимова, В.А.Иктисанова, Г.Г.Ишбаева, В.И.Кудинова, Р.Х.Муслимова, Р.С.Хисамова, Н.И.Хисамутдинова, В.Ф.Чекушина, В.В.Черных, Х.Г.Шакирова, И.Г.Юсупова, З.А.Янгуразовой, D.K.Babu, R.M.Butler, M.J.Economides, C.A.Ehlig-Economides, KM.Giger, P.A.Goode, S.D.Joshi, F.J.Kuchuk, G.J.Lichtenberger, A.S.Odeh, R.Raghavan, R.Suprunowicz, R.K.Thambynaygam и многих других. Имеющийся в настоящее время большой отечественный и зарубежный опыт позволяет применять бурение скважин с горизонтальными окончаниями на место­рождениях со степенью выработанности запасов на 75-80%, с тупиковыми, периферийными и застойными зонами, а также в местах, где ограничена возможность ведения буровых работ, при этом дебиты нефти в несколько раз выше дебитов вертикальных сква­жин.

Так, на месторождениях Башкортостана с 1988 г. пробурено более 100 горизонтальных стволов со средним дебитом нефти 7,1 т/сут; в компании ОАО «Сургутнефтегаз» на 1.10.2009 г. пробурено 2865 горизонтальных боковых стволов с длиной горизонтального участка до 500 м и 42 скважины с двумя и более горизонтальными боковыми участками; в Республике Татарстан пробурено 531 горизонтальных и 82 разветвленно-горизонтальных скважин по состоянию на 01.01.2011 г. В ОАО «Татнефть» в эксплуатации находятся 464 скважины с горизонтальным окончанием, в том числе 79 разветвленно-горизонтальных скважин. Приведённые цифры говорят о перспективности строительства скважин с горизонтальным окончанием и актуальности темы диссертационного исследования.

Опыт бурения горизонтальных стволов показывает, что одной из основных причин, приводящих к низким технико-экономическим показателям, являются затяжки, посадки и зависания бурильной колонны на стенках скважины, вызванные прихватом скважинного инструмента, колонны труб и другого технологического оборудования. Среди влияющих факторов можно выделить значительную силу трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины.

Основные мероприятия по предупреждению прихватов при строительстве скважин с горизонтальным окончанием сводятся к регулированию гидростатического давления буровых растворов, а также к управлению динамикой бурильного инструмента и др.

Вопросами динамики низа бурильной колонны занимались такие исследователи как В.П.Балицкий, М.С.Габдрахимов, А.С.Галеев, М.П.Гулизаде, И.Л.Гуреев, Е.И.Ишемгужин, А.Г.Калинин, З.Г.Керимов, М.Г.Копейкис, В.Е.Копылов, М.Р.Мавлютов, Р.Х.Санников, ВВ.Симонов, Н.Г.Середа, Б.З.Султанов, А.Г.Черемных, P.M.Эйгелес, Е.К.Юнин, В.К.Юртаев, Э.Л.Комма, Г.Ф.Перлов, Б.Н.Мокшин, А.И.Спивак, А.И.Попов, Б.Л.Стеклянов, Н.А.Биланенко, Б.Н.Трушкин, М.М.Абдуллин, О.Б.Трушкин, О.Г.Блинков, Е.К.Юнин, В.К.Хегай, В.И.Иванников, Г.А.Кулябин, Л.Б.Хузина и др. Из зарубежных исследователей наиболее известными являются Г.Вудс, Д.В.Дейринг, Ф.Дейли и др.

Одним из направлений снижения затрат энергии при спуско-подъемных операциях, предупреждения затяжек и прихватов бурильных колонн и приборов в скважинах является повышение смазочных свойств буровых растворов. Зарубежный и отечественный опыт показывает, что применение промывочных жидкостей с улучшенными антифрикционными (противоприхватными) свойствами оказывает положительное влияние на работоспособность породоразрушающих инструментов, следовательно, влияет на технико-экономические показатели бурения. Результаты проведенного анализа применения смазочных добавок в России и за рубежом сводятся к следующему.

Одной из распространенных смазочных добавок для снижения прихватоопасности является нефть. Установлено, что ввод 5...10% об. в необработанный буровой раствор уменьшает силу трения между металлической поверхностью и глинистой коркой на 20...30%, что ведет к уменьшению возникновения вероятности дифференциального прихвата.

Имеется опыт использования для улучшения сма­зочных свойств бурового раствора и снижения прихватоопасности в процессе бурения скважин поверхностно-активных веществ (ПАВ). Добавление ПАВ в буровой раствор в количестве 0,01...0,03% об. позволяет снизить коэффициент трения между металлом и фильтрационной коркой на 15%.

Г.В.Конесевым, Т.Д.Дихтярь были разработаны составы смазочных добавок для улучшения противоприхватных свойств полимерглинистого раствора, в котором были применены многофункциональные присадки ИНХП-21 и ВНИИНП-360. Эффективность применения смазочных добавок сравнивалась с остатками синтетических жирных кислот (ОСЖК), рыбожировой смазкой (РЖС) и графитом. Были получены следующие результаты снижения коэффициента трения для: ОСЖК - до 50%, РЖС – до 40%, графита – до 25%. Содержание смазочной добавки РЖС 0,3...1,0% об. обеспечивает снижение коэффициента трения на 30...50% по сравнению с исходным глинистым раствором, что соот­ветствует значениям коэффициента трения при содержании в раство­ре 5...17% об. нефти.

По результатам исследований В.Е.Копылова и Ю.А.Чистякова применение СМАД-1 в буровом растворе позволяет увели­чить проходку на долото на 25…40%, повысить механическую ско­рость бурения на 20...25%, сократить количество прихватов и затраты времени на их ликвидацию. При введении смазочной добавки СПРИНТ, разработанной во ВНИИКРнефть, в буровой раст­вор в количестве 0,3...0,5% об. достигается снижение коэффициента трения на 50...60%.

На сегодняшний день известны также следующие смазочные добавки: легкое талловое мас­ло (ЛТМ), гудроны соапстока растительных или животных жиров, а также их смеси (СГ), растительное масло борносиликатное (РАМБС), смазоч­ная добавка экологически безвредная (СДЭБ) и др.

Применение вышеперечисленных смазочных добавок ограничено в связи с требованиями экологической безопасности.

За рубежом наиболее известными являются добавки серии Radeageen бельгийской фирмы «Олеон» - EBL, EME-Sweet, EME salt, Dreel Free, K-LUBE и др. Например, добавка Dreel Free в количестве 0,5% об. в глинистый раствор плотностью 1150 кг/м3 позволяет снизить коэффициент трения до 40%. Для повышения смазочных и противоприхватных свойств фильтрационной корки в буровых растворах, как за рубежом, так и в России, используется также малотоксичный американский реагент LUBE-167 фирмы M-I DRILLING FLUIDS. Использование реагента LUBE-167 в качестве смазочной добавки к буровым растворам позволяет уменьшить опасность возникновения прихватов до 40%. Смазочные добавки импортного производства, как правило, удовлетворяют требованиям технологии бурения скважин, но из-за высокой стоимости их применение на территории России ограничено.

На основании обобщения применяемых методов снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки скважины автором предложена их классификация (таблица 1). Химические методы базируются на применении промывочных жидкостей с улучшенными противоприхватными свойствами, достигаемыми вводом в них смазочных добавок. К механическим методам относятся технические устройства, включаемые в компоновку низа бурильной колонны: осцилляторы, вибродемпферы, вибраторы, яссы и т.д. Яссы способствуют безаварийной проходке скважин, ликвидации возникающих прихватов, но из-за высокой стоимости они широкого применения в условиях России не нашли. Центраторы служат для уменьшения прогиба бурильной колонны, площади соприкосновения со стенками скважины и т.д. Но они ориентированы на достаточно протяжённые участки бурильных колонн, а места локальных концентраций напряжений, приводящих к прихватоопасности бурильных труб, остаются незащищёнными. Поэтому необходимы дальнейшие разработки технических устройств с продольными перемещениями для устранения трения и снижения прихватоопасности на проблемных участках.

Предлагаемая классификация позволяет научно обосновать и выбирать метод для снижения силы трения бурильной колонны о стенки скважины в процессе бурения вертикальных, наклонно-направленных скважин, а также скважин с горизонтальными окончаниями для снижения прихватоопасности бурильных труб.

Во второй главе обоснована возможность повышения энергии, подводимой к породоразрушающему инструменту при бурении скважин с большими отходами, за счет снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины. Предварительно проанализированы существующие на сегодняшний день схемы компоновок низа бурильной колонны при бурении горизонтальных участков скважин. Проектирование компоновок низа бурильной колонны является сложной задачей и требует спуска соответствующих элементов бурильной колонны в интервалах сжатия, чтобы передать нагрузку на долото через горизонтальный участок.

Таблица 1 – Классификация методов снижения сил трения бурильной колонны о стенки скважины



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.