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:     | 1 || 3 |

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

-- [ Страница 2 ] --

Методы снижения сил трения
Химические Механические
Российские Зарубежные Российские Зарубежные
Графит Нефть ПАВ СМАД-1 Т-66 и Т-80 Спринт ИНХП-21, ВНИИНП-360 СЖК (ОСЖК) РЖС Эмультал ЛТМ, СГ РАМБС, СДЭБ K-Lube Lube-167 Dreel Free EME-Sweet EME-Salt EBL Центраторы (типа ЦЦ, ЦТ и др) Калибраторы (КЛ, КЛС) Стабилизаторы (КС, КСС) Вибродемпферы Яссы (типа ГМ, ГУ и др) Осцилляторы Осциллятор марки AGT-066 Яссы типа ZSJ/ZXJ и др.

Ввод смазочной добавки от объема бурового раствора, % В составе компоновки низа бурильной колонны при бурении наклонно-направленных, вертикальных и скважин с горизонтальным окончанием
0,02 10 0,01-0,03 1-4 0,3-0,5 2-3 0,5 0,5 0,3-1 0,3-1 0,5 0,5-1 0,5 0,5-1 0,5 0,5 0,5 0,5-1 Уменьшение площади соприкосновения со стенками скважины Уменьшение коэффициента трения бурильной колонны о стенки скважины Ликвидация прихватов бурильных труб Снижение силы трения и сопротивления перемещению бурильной колонны, доведение нагрузки на долото

Снижение коэффициента трения, %
25 20-30 15 50-60 30-50 50-60 25-50 50 30-50 25 80 30-50 30-50 30-50 40 30-40 20-40 20-40

Представленные на рис.1а, б схемы типичных компоновок с забойным двигателем являются универсальными и применяются на всех участках направленных и горизонтальных скважин. Они используются для отклонения от вертикали и набора зенитного угла, бурения участков стабилизации зенитного угла и обеспечивают точное управление траекторией скважины. На рис.1 б показана компоновка с забойным двигателем с одним центратором над долотом и одним центратором над рабочей секцией забойного двигателя. Дополнительные центраторы улучшают работу компоновки, включающей забойный двигатель с регулируемым углом перекоса при небольших зенитных углах скважины, а также способствуют снижению силы трения бурильной колонны.

а б

Рисунок 1. Схемы компоновок низа бурильной колонны при бурении наклонно-направленных и горизонтальных участков скважин

В зарубежной практике в составе бурильных колонн при бурении горизонтальных участков скважин для ликвидации прихватов применяют один или два ясса, причем верхний ясс срабатывает при движении колонны труб как вверх, так и вниз, а нижний должен срабатывать только при движении колонны труб вверх, во избежание его срабатывания в процессе бурения. Например, известна следующая забойная компоновка при бурении горизонтального ствола: долото - ГЗД - стабилизатор – телеметрическая система Measurement While Drilling (MWD) - немагнитная УБТ - УБТ - ясс – УБТ до устья. Но задачу снижения прихватоопасности бурильных труб при бурении скважин с большими отходами от вертикали яссы не решают.

Вышеуказанные методы снижения сил трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны являются достаточно эффективными средствами на протяженных участках скважин, но для устранения трения и снижения прихватоопасности в проблемных локальных участках необходимы разработки технических устройств с продольными виброперемещениями. В этом случае виброударное возмущение, создаваемое устройством импульсного действия, передается на зону прихвата, при этом изменяются реологические свойства среды, создаётся псевдоожиженный слой на границе между стенками бурильной колонны и стенками промежуточной обсадной колонны или ствола скважины. Среда разжижается, а, следовательно, уменьшается прочность ее на сдвиг и коэффициент трения, что способствует ликвидации прихвата.

В известных исследованиях, связанных с динамикой низа бурильной колонны, приводятся сведения о существенной роли колебательных процессов при бурении нефтяных и газовых скважин. Из всех видов колебаний релаксационные автоколебания возникают при периодическом высвобождении энергии, аккумулируемой трением замков о скважину в случае разгрузки части веса колонны на стенки ствола скважины. Зубцовые высокочастотные продольные колебания шарошечного долота, возникающие от перекатывания зубьев шарошек по поверхности забоя скважины, играют важную роль в увеличении механической скорости бурения. Грунтовые колебания, возникающие при бурении многошарошечными долотами, являются низкочастотными, высокоамплитудными и наиболее энергоемкими в системе «ухабообразный забой – многошарошечное долото - бурильная колонна». Эти колебания вызывают наиболее ин­тенсивное усталостное разрушение бурового инструмента и являются ос­новной причиной большей части прихватов, затяжек и аварий с элементами колонны при бу­рении забойными двигателями и значительной части аварий - при роторном бурении. Следовательно, снижение энергетических затрат на продольные грунтовые колебания низа колонны, достигающих нескольких десятков киловатт, является значительным резервом повышения энергии, подводимой к породоразрушающему инструменту, и увеличения производительности строительства наклонно-направленных скважин с горизонтальными участками и многозабойными окончаниями.





В проведенных ранее теоретических исследованиях Л.Б.Хузиной и др. была выявлена зависимость кинематического коэффициента трения от частоты виброперемещений:

, (1)

где к - кинематический коэффициент трения, 0 - трение покоя, AF - работа сил нормального давления на пути перемещения, AT - работа сил трения на площадке фактического контакта.

Работа деформации энергии движущегося тела со скоростью V=X при виброперемещениях с частотой и амплитудой виброперемещения Х равна:

(2)

где X – амплитуда виброперемещения, – частота виброперемещения, n0 – частота вращения долота, – угол отклонения оси маятника при колебаниях, m – масса маятника, X/Sm – работа, приходящая на один контакт единичной длины.

Исходя из анализа результатов ранее проведенных теоретических исследований Л.Б.Хузиной и др., при использовании дополнительно продольных виброперемещений колонны, например, с частотой 2…10 Гц и амплитудой до 6…9 мм можно значительно уменьшить коэффициенты трения замков о стенки ствола скважины. Следовательно, применением специальных скважинных осцилляторов можно уменьшить силы трения колонны о стенки ствола скважины путем нейтрализации влияния продольных релаксационных авто­колебаний, способствующих возникновению наиболее энергоёмких грунтовых низкочастотных колебаний многошарошечного долота, что будет способствовать повышению энергии, подводимой к породоразрушающему инструменту.

Из зарубежных конструкций необходимо остановиться на осцилляторе фирмы Эндергейдж Лимитед, применявшемся при бурении пары горизонтальных скважин на Ашальчинском месторождении природных битумов Республики Татарстан. Для бурения использовалась вертикальная буровая установка грузоподъемностью 75т. Компоновка бурильной колонны: легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ), стальные бурильные трубы (СБТ), УБТ, осциллятор марки AGT-066, нецементируемый фильтр. В результате удалось увеличить протяженность горизонтального участка ствола скважины в 2 раза, а также довести нагрузку на долото, снизить силы трения и сопротивления перемещению бурильной колонны в горизонтально-восходящем стволе. Но осциллятор широкого применения в условиях России не нашел из-за большой стоимости.

Из приведенного выше обзора видно, что применение вибрационных устройств (вибраторы, вибродемпферы, осцилляторы) оказывает положительное влияние на снижение коэффициента трения, что обеспечивает увеличение проходки на долото и механической скорости бурения. Но на сегодняшний день отсутствуют надежные в работе и недорогие по стоимости наддолотные моночастотные механизмы, позволяющие снизить силы трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины.

На кафедре бурения нефтяных и газовых скважин Альметьевского государственного нефтяного института при непосредственном участии автора разработан, смоделирован и изготовлен опытный образец моночастотного скважинного осциллятора, на который получен патент РФ №96160 (рис.2).

Осциллятор работает следующим образом. Промывочная жидкость закачивается с поверхности насосными агрегатами и проходит по колонне бурильных труб к скважинному осциллятору. Проходя через проходной канал, струя жидкости попадает на клапанный узел осциллятора. Под действием струи клапан начинает совершать колебательные движения, наклоняясь то одной, то другой стороной к проходному каналу, в результате чего в определенные моменты времени проходной канал оказывается частично перекрытым. Это приводит к возникновению моночастотных колебаний промывочной жидкости, достигающих забоя скважины, что позволяет снизить коэффициент трения бурильной колонны о стенки скважины.

Основным элементом скважинного осциллятора является клапан, который при попадании на него промывочной жидкости совершает колебательные движения. В соответствии с проведенными ранее теоретическими исследованиями Л.Б.Хузиной и других, было выявлено уравнение динамики вращательного движения клапана скважинного осциллятора с учётом действующих на него сил тяжести mg, выталкивающей Ar и сил давления промывочной жидкости P:

, (3)

где m – масса клапана, кг; – плотность промывочной жидкости, кг/м3; Q – расход промывочной жидкости, м3/с; Fтр – сила трения, Н; а – расстояние от оси до острия клапана, м; b – расстояние от оси клапана до стенки втулки, м; P - сила давления промывочной жидкости, МПа.

Таким образом, рассмотрев все действующие силы, получено уравнение (3) вращательного движения клапана скважинного осциллятора, позволяющее получить зависимость длины клапана скважинного осциллятора от действующих сил, расхода и плотности промывочной жидкости.

Рисунок 2. Схема скважинного осциллятора.

1 – корпус скважинного осциллятора, 2 – калиброванная втулка, 3 – клапан, 4 – ось клапана, 5 – верхний диффузор, 6 – нижний диффузор

В третьей главе проведен обзор методик исследования, применяемых при проведении испытаний наддолотных механизмов, проведены теоретические исследования работы скважинного осциллятора.

Было исследовано влияние расхода жидкости на амплитуду пульсации жидкости, длины клапана - на перепад давления и частоту скважинного осциллятора и установлено, что с увеличением длины клапана и расхода промывочной жидкости, перепад давления, создаваемый в скважинном осцилляторе, увеличивается пропорционально расходу (рис.3).

 График зависимости перепада давления и частоты от расхода промывочной-8

 График зависимости перепада давления и частоты от расхода промывочной-9

Рисунок 3. График зависимости перепада давления и частоты от расхода промывочной жидкости

В данной главе представлены результаты математического моделирования и лабораторных испытаний разработанного образца скважинного осциллятора. При математическом моделировании в качестве исходных данных использовались параметры, изменение которых приводит к изменению конфигурации детали, взаимным перемещениям деталей в сборке и т. п. При применении 3D-технологии были получены чертежи каждой детали осциллятора, после чего на основе этих данных строились детали (рис.4). Также, с помощью математического моделирования, было установлено, что оптимальным размером перекидного клапана является длина 0,125м, необходимая для эффективной работы скважинного осциллятора.

Для подтверждения работоспособности осциллятора, разработанного с использованием математического моделирования, были проведены лабораторные исследования. Лабораторный стенд состоял из гидравлической и измерительной систем.

Рисунок 4. Клапан скважинного осциллятора

Гидравлическая часть лабораторного стенда включала в себя замкнутую систему циркуляции жидкости, прокачиваемой насосом А1-56/25.05 (аксиально-поршневой) через скважинный осциллятор, рабочую емкость, соединительные трубы с задвижками, манометры и т.д.

При разработке измерительной части лабораторного стенда была поставлена задача максимального учета приближения к промысловым условиям, для чего использовались приборы контроля, применяемые при бурении нефтяных и газовых скважин. В процессе проведения лабораторных исследований в качестве измерительной части применялась станция геолого-технологических исследований (ГТИ) «ЛЕУЗА». Конструкция стенда для лабораторных исследований позволила получить две характеристики: амплитуду давления в избранных участках и частоту колебаний, создаваемых скважинным осциллятором в процессе работы. В результате лабораторных исследований было установлено, что с увеличением расхода жидкости от 0,00216 до 0,00540 м3/с амплитуда давления, создаваемого осциллятором, растет от 1,06 МПа до 3,06 МПа. Относительная погрешность проведённых экспериментальных исследований составила = 4,6%.

Также были определены теоретические значения перепада давления при работе скважинного осциллятора, оснащенного перекидным клапаном, по формулам Дарси-Вейсбаха и Жуковского. Результаты сопоставления теоретических расчетов и экспериментальных значений приведены на рис. 5.

 Результаты сопоставления данных теоретических расчетов и-12

 Результаты сопоставления данных теоретических расчетов и-13

Рисунок 5. Результаты сопоставления данных теоретических расчетов и экспериментальных значений перепада давления

Из рис. 5 видно, что экспериментальные значения находятся в диапазоне значений между определёнными по формулам Дарси-Вейсбаха и Жуковского, что подтверждает сходимость результатов математического моделирования и экспериментальных исследований.

В четвертой главе приведены результаты промысловых испытаний поличастотных скважинных осцилляторов с целью оценки их влияния на механическую скорость и проходку на долото, а также - прогнозного расчета экономического эффекта от внедрения моночастотного скважинного осциллятора.

Промысловые испытания проводились в скважинах Туймазинского месторождения. В процессе бурения скважин контролировались следующие параметры: расход промывочной жидкости, давление на стояке, нагрузка на долото, механическая скорость, амплитуда колебания давления.

Например, промысловые испытания поличастотного наддолотного устройства в скважине №1314 «С» проводились при следующей компоновке низа бурильного инструмента: долото 142,9STR-30D, наддолотный гидроударник с подвижным штоком, УБТ-108 (28м), СБТ-73. Для оценки результатов опытного бурения с применением поличастотного наддолотного устройства были выбраны соседние скважины, пробуренные на том же месторождении в равноценных геолого-технических и технологических условиях: № 371«С», №372«С», №434«С», №1469«С». По опытным скважинам достигнуты следующие результаты: средняя проходка 32 м/ч, средняя механическая скорость 0,67 м/ч, то есть получено превышение скорости на 48% по сравнению с окружающими скважинами.

Также были проведены промысловые испытания поличастотного вибратора при бурении скважин малого диаметра. Испытания были проведены в скважине №331 Туймазинского месторождения. Проектная глубина скважины составила 1729м, проектный горизонт Старооскольский, категория скважины II. Компоновка бурильного инструмента: долото ЕНР 142,9; КС, вибратор, УБТ-108 длиной 8 м, СБТ-73. Геологический разрез сложен из твердых, крепких пород. Интервалы бурения 1680-1712м, 1715-1729м. Для оценки результатов опытного бурения с применением вибратора были выбраны соседние скважины №1097, №1098. В результате было пробурено 46 м горных пород со средней механической скоростью 1,32 м/ч вместо 0,67м/ч по соседним скважинам. Превышение механической скорости бурения составило 109%. Таким образом, применяемые на практике осцилляторы показали положительные результаты, но ввиду их поличастотности не обеспечивалось попадание в соответствующий интервал воздействия грунтовых колебаний (от 3…5 Гц до 25…35 Гц), приводящих к прихватам бурильной колонны.

Для проведения промыслового испытания моночастотного скважинного осциллятора была составлена и утверждена программа, включающая в себя краткое описание теоретических основ работы, выбранные объекты для испытания. Предлагается применение моночастотного скважинного осциллятора в составе компоновки низа бурильной колонны при бурении горизонтальных участков скважин, в состав которой будут входить долото, скважинный осциллятор, ВЗД, телеметрическая система, бурильные трубы (рис. 6).



Pages:     | 1 || 3 |
 

Похожие работы:







 
© 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.