Увеличение скорости бурения с применением эжекторного насоса

Общеизвестно, что механическая скорость бурения является одним из основных факторов, влияющих на технико-экономические показатели бурения. Мы проанализировали основные тенденции развития науки и техники в этой области и создали уникальное устройство, позволяющее увеличить не только механическую скорость бурения, но и проходку на долото. Это устройство – наддолотный эжекторный насос ЭЖГ, которое может применяться при роторном бурении, при бурении с ВЗД и, даже при бурении турбобурами. 

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ НАДДОЛОТНОГО ЭЖЕКТОРНОГО НАСОСА ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ТЭП БУРЕНИЯ.


Опыт проводки нефтяных и газовых скважин показывает, что с увеличение глубины бурения резко снижаются показатели работы долот. Основной причиной этого, по мнению большинства отечественных и зарубежных исследователей, является изменение забойных условий разрушения горных пород. Под этим подразумевается влияние таких факторов, как наличие порового давления, пластового, дифференциального и общего гидростатического и гидродинамического давлений, а также механических свойств горных пород. 
В связи с этим были выполнены многочисленные лабораторные и промысловые исследования влияния вышеперечисленных факторов на условия разрушения горных пород, в результате которых было установлено: 
1. Дифференциальное давление является одним из основных факторов, опреде-ляющих показатели работы долот; 
2. Интенсивное снижение механической скорости проходки происходит в начальный момент роста дифференциального давления до 3,5 МПа. Дальнейшее повышение дифференциального давления (Р) сопровождается стабилизацией механической скорости проходки (Vм); 
3. Со снижением дифференциального давления Vм возрастает; 
4. С ростом нагрузки на долото повышается чувствительность Vм к изменению дифференциального давления; 
5. Невозможно установить общую зависимость Vм = f (Р) по данным опытного бурения. (1) 
Таким образом, в настоящее время считается, что при существующих режи-мах бурения дифференциальное давление, как правило, является основным фак-тором, определяющим ТЭП бурения. При увеличении Р до 1,4...7,0 МПа, в за-висимости от условий бурения, механическая скорость проходки может умень-шиться в 2...5 раз. 
Эти вопросы важны не только для бурения скважин, но и для качественного вскрытия продуктивного пласта, его быстрого освоения и вовлечения в разработку. 
По современной терминологии дифференциальное давление обуславливает статические силы, удерживающие шлам на забое, и численно равное разнице между гидростатическим давлением и пластовым (поровым). Но при циркуляции бурового раствора возникает ещё и гидродинамическое давление, которое также оказывает угнетающее давление на забой скважины. Следовательно, на забой скважины при циркуляции бурового раствора действует угнетающее давление, представляющее собой сумму дифференциального и гидродинамического давле-ний. 
Наиболее распространёнными способами снижения дифференциального давления являются бурение на равновесии и аэрация бурового раствора. 
Помимо традиционных методов минимизации гидродинамических потерь, существуют иные методы, основанные на использовании некоторых физических эффектов: 

  • использование эффекта Томса, который заключается в том, что при добавке в воду некоторых полимеров достигается значительное до 30% уменьшение по-терь давления при турбулентном режиме течения. К понижающим трение веще-ствам относятся КМЦ, полиакриламид, полиизобутелен и ряд других полиме-ров. Существует оптимальная массовая доля полимера, при которой достигается максимальный эффект. Она зависит от природы полимера, диаметра трубопро-вода, плотности жидкости и критерия Re.
  • использование эффекта «ранней турбулентности» - некоторые добавки к буровым растворам снижают обобщённый параметр Рейнольдса Reкр, изменяют режим течения, вызывая «раннюю» турбулентность. При этом резко улучшается выносная и, главное, очистная способность буровых растворов. Установлено, что нефть и КМЦ-500 являются активными стимуляторами «ранней» турбулентно-сти, причём активность КМЦ-500 значительно выше, чем нефти. Так при содержании КМЦ-500 в буровом растворе 0,35%, Reкр снизилось в 14 раз по сравне-нию с Reкр исходного раствора.

Опыт применения наддолотного эжекторного гидронасоса ЭЖГ

Для снижения дифференциального давления нами была разработано устройство, использующее принцип эжекции - наддолотный эжекторный насос ЭЖГ. Эта конструкция отличается малыми габаритнымиразмерами и может применяться в различных КНБК как при роторном бурении, так и при бурении гидравлическими забойными двигателями. 
Для использования ЭЖГ была разработана методика по оптимизации гидравлической программы промывки скважин, включающая в себя выбор реологических параметров бурового раствора, диаметра цилиндровых втулок и производительности буровых насосов, а также расчёт количества и диаметров насадок в долоте. 
ЭЖГ работает следующим образом: 
1. Выбирается необходимый гидравлический режим и на долото устанавли-ваются насадки расчётного размера. Собирается стандартная КНБК – ЭЖГ устанавливается над долотом. 
2. КНБК спускается на забой, в зону работы долота и ЭЖГ подаётся буровой раствор. 
3. Часть бурового раствора поступает на долото - часть на ЭЖГ. (направление движения показано стрелками) 
4. В наклонном канале жидкость приобретает высокую скорость и создаётся разряжение в месте соединения наклонного и вертикального каналов. За счёт этого, жидкость из зоны работы долота, вместе со шламом, через вертикальный канал с большой скоростью поступает в наклонный, смешивается там с рабочей жидкостью и, с высокой скоростью выходит из наклонного канала. Далее, струи раствора ударяются в стенку скважины, кольматируя её, изменяют направление движения. Одновременно с этим, при вращении долота с ЭЖГ, образуется гидравлическая воронка, создавая дополнительный эффект эжекции между стенкой скважины и корпусом ЭЖГ.
Испытания ЭЖГ на месторождениях Сахалина, Саратова, Республики Татарстан, Западной Сибири. Было пробурено более 100 скважин при разных способах бурения, определены критерии эффетивности применения данной технологии. Результаты работ показали, что прирост скорости бурения и проходки на долото зависит от перепада давления на ЭЖГ, минимальный перепад давления должен составлять не менее 3,0 МПа. Увеличение скорости бурения составляет 20…25%, а проходки на долото – 30…35%. При дальнейшем увеличении перепада давления прирост показателей также увеличивается: при перепаде давления на ЭЖГ 6,0 МПа, увеличение скорости составляет 80…100%, проходки – 90…120%.

Средние показатели работы ЭЖГ в России

 

При роторном бурении было отмечено следующее, что при достижении перепада давления на долоте и ЭЖГ 4,5…5,0МПа показатели бурения по механи-ческой скорости и проходке превосходят показатели бурения, полученные в этих интервалах при использовании ВЗД, но без ЭЖГ на 30%. Также широко были проведены испытания ЭЖГ при бурении гидравлическими забойными двигателями на месторождениях Черногорское и Ершовое ОАО “Нижневартовскнефтегаз”. В общем ЭЖГ был отработан на 30 скважинах в интервале 50 - 1000м и 2200 - 2800м. При бурении под кондуктор (интервал 50 - 1000м) использовались долота 295,3 МЗ-ГНУ и СЗГВ. При сравнении не учиты-вались интервалы набора зенитного угла. Среднее значение механической скоро-сти по базовым скважинам составляет 23,9м/ч. Среднее значение механической скорости по скважинам, пробуренным с применением ЭЖГ, составляет 41,9м/ч. Наиболее показательны результаты при бурении вертикальных участков, так, например, при базовом способе бурения, скважина № 50916, интервал 58 - 754м был пробурен за 27 часов, а при использовании ЭЖГ, скважина № 41040, интер-вал 42 - 1013м был пробурен за 24 часа. 

При бурении под эксплуатационную колонну, для сравнения учитывался только интервал 2200 - 2800м. В качестве базы сравнения были взяты близлежа-щие скважины с одинаковым отходом и азимутом ± 300. Среднее значение меха-нической скорости по базовым скважинам составило 8,56м/ч, по проходке - 46,6м. Среднее значение механической скорости по скважинам, пробуренным с применением ЭЖГ, составило 11,4м/ч, по проходке - 71,4м. Увеличение, по сравнению с базовыми скважинами, механической скорости бурения составило 33%, а по проходке - 53%. В среднем, экономия долот в интервале 2200 - 2800м составляет 2шт. по каждой скважине. 
При бурении турбобурами с применением ЭЖГ показатели несколько ниже, так как турбобуры забирают на себя основную гидравлическую мощность насосов и, перепад давления на долоте и ЭЖГ составлял не более 3,0...4,0 МПа.

Сравнение результатов бурения при применении ЭЖГ в Ливии  
скважина L81 (с применением ЭЖГ) и скважина L79 (без применения ЭЖГ)

 

 
 

 
Каверномеры до и после работы ЭЖГ в скважине 
 
 

Бурение без применения ЭЖГ(сверху) и с применением ЭЖГ (снизу). 
Работы проводились на двух скважинах на одном кусту. 



Исходя из вышеизложенного, можно сделать следующие выводы: 
  1. Устойчивый режим работы ЭЖГ (т.е. увеличение показателей бурения на 25...30%) наступает при перепаде давления на нём от 3,0 МПа, при дальнейшем увеличении перепада давления прирост механической скорости бурения увеличивается практически линейно. 
  2. Проходка на долото также увеличивается пропорционально перепаду давления на ЭЖГ, но темп увеличения данного показателя несколько выше, чем темп увеличения механической скорости бурения, что объясняется исключением явления рециркуляции шлама в зоне работы долота. За счёт этого, резко снижается темп износа вооружения долота. 
  3. Применение ЭЖГ исключает образование "сальников" на долоте и по замечанию бурильщиков позволяет доходить до забоя без посадок и проработок. 
  4. При проведении кавернометрии было отмечено, что в интервалах пробуренных с применением ЭЖГ, диаметр ствола скважины был близок к номиналу. 
Оформить заказ
Отправить заявку


Схема проезда
Онлайн-консультант