ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБЗОР ТИПОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БУРЕНИЯ СКВАЖИН С ЗАБОЙНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ 6
1.1 Принцип действия и особенности основных видов забойных
двигателей 7
1.1.1 Винтовые забойные двигатели 7
1.1.2 Турбинные забойные двигатели 15
1.2 Перспективы развития отечественных забойных двигателей 19
1.2.1 Совершенствование рабочих органов ВЗД 19
1.2.2 Статоры с равномерной толщиной эластичной обкладки 21
1.2.3 Оптимизация геометрических и конструктивных параметров
рабочих органов 22
1.3 Совершенствование конструкции турбобуров 24
1.4 Применение забойных двигателей в сложных горно-геологических
условиях 28
2 НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ БУРЕНИЯ
СКВАЖИН В В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВИНТОВЫХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 32
2.1 Наклонное и горизонтальное бурение 32
2.1.1 Наклонное бурение 32
2.1.2 Бурение горизонтальных скважин 36
2.1.3 Системы с управляемыми винтовыми забойными двигателями ... 40
2.2 Технологии бурения глубоких скважин гидравлическими забойными
двигателями в условиях соленосных отложений 49
2.3 Бурение скважин на месторождениях в условиях аномально низких
пластовых давлений и поглощения бурового раствора 57
2.3.1 Применение ВЗД при бурении в условиях АНПД и поглощения
бурового раствора с промывкой пеной 66
3 ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПО ПРОВЕДЕННЫМ
ИССЛЕДОВАНИЯМ 68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ: 71
Актуальность работы. В настоящее время в России необходимость освоения новых нефтегазовых регионов, расположенных в суровых климатических условиях на севера, на больших глубинах со сложными горно-геологическими условиями, в том числе на морском шельфе, ставит перед нефтегазовой отраслью задачу по увеличению эффективности процесса бурения и снижению затрат на строительство скважин.
В строительстве бурение производится для инженерно-геологических изысканий, закладки взрывчатых веществ при взрывных работах, для водоснабжения и водопонижения, установки столбов, дорожных знаков и надолб, устройства буронабивных свай и др. Особое место занимает строительство глубоких нефтяных и газовых скважин.
При бурении нефтяных и газовых скважин применяют гидравлические и электрические забойные двигатели, преобразующие соответственно гидравлическую энергию бурового раствора и электрическую энергию в механическую на выходном валу двигателя. Общепризнанно, что эффективный забойный двигатель, подобранный под буровое долото и пласт, обеспечивает лучшую скорость проходки, чем роторное бурение.
Отечественные забойные двигатели были изобретены более 50 лет назад и за это время прошли эволюционный путь развития, превратившись в эффективное техническое средство для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин. Однако в связи с появлением новых технологий (горизонтальное и многозабойное бурение, колтюбинг, бурение на депрессии, на обсадной колонне), породоразрушающего инструмента и бурового оборудования актуальными становятся разработки, направленные на дальнейшее совершенствование технологий бурения с забойными двигателями, их характеристик и способов управления.
Целью данной работы является анализ современного состояния конструкций и применения забойных двигателей при бурении глубоких нефтяных скважин, в том числе в особых условиях бурения.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- Изучить типы конструкций современных забойных двигателей и определить направления их совершенствования;
- Определить направления исследований по выбору оптимальных технических решений, компоновок бурильных колонн, технологических режимов бурения в условиях, применимых для Красноярского края и соседних регионов;
- Провести анализ литературных источников по технологиям бурения скважин с забойными двигателями в указанных выше условиях.
1. ОБЗОР ТИПОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БУРЕНИЯ СКВАЖИН С ЗАБОЙНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
Идея создания забойного привода долота для проходки скважин базировались прежде всего на возможности эффективного решения следующих задач:
- снижение аварийности с бурильными трубами за счет облегчения условий их работы;
- обеспечение роста показателей работы долот за счет улучшения использования мощности на разрушение породы.
В дальнейшем забойный привод оказался незаменимым инструментом для осуществления проходки искривленных участков, а также корректировки траектории движения забойной компоновки [1].
В технике бурения известны различные забойные двигатели. Между собой они отличаются как по характеру движения, сообщаемого долоту, так и по виду анергии (рабочего тела), подводимой к двигателю и преобразуемой в нем в механическую работу. В основном это гидравлические и электрические двигатели (электробуры) - погружные вращатели. В практике бурения неглубоких скважин достаточно широко применяются погружные машины ударного действия - пневмоударники и гидроударники.
В бурении на нефть и газ широкое применение нашли гидравлические забойные двигатели (ГЗД), приводящие долота во вращательное движение. С их помощью осуществляется порядка 85 % всей проходки глубоких скважин в России.
В настоящее время отечественными машиностроительными заводами выпускаются три вида гидравлических забойных двигателей:
- турбинные забойные двигатели (турбобуры) различного конструктивного исполнения;
- винтовые забойные двигатели;
- турбинно-винтовые забойные двигатели.
Как видно из анализа литературных источников, проблематика эффективного использования забойных двигателей в исследованиях поднимается многими авторами. Активно рассматриваются такие вопросы, как:
- совершенствование конструкции забойных двигателей;
- совершенствование компоновок низа бурильных колонн с
применением гидравлических забойных двигателей;
- бурение скважин в породном массиве с определенными
геологическими характеристиками;
- обеспечение безотказной и эффективной работы забойных двигателей в режиме промывки различными буровыми растворами;
- увеличение безремонтного пробега двигателей за счет внедрения комплекса мер;
- совершенствование методов контроля режима работы винтового двигателя в забойных условиях;
- разработка автоматизированных систем управления процессом бурения.
В результате анализа установлено, что не существует универсальных технических решений по обеспечению безаварийного бурения глубоких нефтяных скважин. На выбор влияет совокупность технических, технологических и геологических факторов. Техническая характеристика бурового навигационного комплекса, включающего породоразрушающий инструмент, винтовой забойный двигатель-отклонитель, телесистему и технологическую оснастку, должна соответствовать проектной технологии бурения скважины и обеспечивать точное выполнение проектного профиля при высоких технико-экономических показателях.
Например, нефтедобывающие компании все чаще обращаются к сложным траекториям скважин для вскрытия удаленных объектов, пересечения трещин, преодоления ступенчатых сбросов и проникновения вглубь пласта. Хотя такие скважины бурить намного сложнее, эффективность извлечения в них зачастую выше благодаря увеличению площади контакта ствола скважины с продуктивным пластом.
В результате анализа существующих технологий направленного бурения установлено, что повышение точности выполнения проектного профиля ствола скважины при минимальном количестве рейсов, возможно с использованием комбинированного способа бурения двигателем- отклонителем, основанного на сочетании режима «скольжения» и режима «вращения» бурильной колонны. Данный способ позволяет в определенных пределах осуществлять управление траекторией бурения направленной скважины с возможностью реализации искривленных и прямолинейных участков её профиля.
Перспективным решением при бурении в условиях соленосных отложений является использование турбинно-винтовых двигателей, сочетающих в себе достоинства турбобуров и винтовых забойных двигателей. С использованием ТВД возможно осуществлять бурение в режиме, близком к роторному, обеспечивая при этом частоту вращения долота от 90 мин-1 (с одной турбинной секцией) до 240 мин-1 (с двумя турбинными секциями). В целом, использование ТВД при строительстве скважин позволяет обеспечить: применение высокопроизводительных шарошечных долот; повышение стойкости работы шарошечных долот; увеличение осевой нагрузки; корректировку траектории ствола скважины в заданном интервале за один рейс; общее сокращение затрат времени в цикле строительства скважины.
Технология бурения на пенах применима при бурении геологоразведочных скважин в условиях многолетнемёрзлых пород и зонах с аномально низким пластовым давлением. В сочетании с винтовыми забойными двигателями, такая тактика бурения позволяет, наряду с увеличением механической скорости бурения, достичь снижения операционных затрат при максимальном сохранении свойств продуктивного пласта.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
