УВЕЛИЧЕНИЕ СКОРОСТИ БУРЕНИЯ – ДЕЙСТВЕННЫЙ СПОСОБ СНИЖЕНИЕЯ ЗАТРАТ
Опыт проводки нефтяных и газовых скважин показывает, что с увеличение глубины бурения резко снижаются показатели работы долот. Основ-ной 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, определяющих 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 режимах бурения дифференциальное давление, как правило, является основным фактором, определяющим ТЭП бурения. При увеличении Р до 1,4...7,0 МПа, в зависимости от условий бурения, механическая скорость проходки может уменьшиться 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 давлений.
Наиболее распространёнными способами снижения дифференциально-го 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 потерь давления при турбулентном режиме течения. К понижающим трение веществам относятся КМЦ, полиакриламид, полиизобутелен и ряд других полимеров. Существует оптимальная массовая доля полимера, при которой достигается максимальный эффект. Она зависит от при-роды полимера, диаметра трубопровода, 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» турбулентности, причём активность КМЦ-500 значительно выше, чем нефти. Так при содержании КМЦ-500 в буровом растворе 0,35%, Reкр снизилось в 14 раз по сравнению с Reкр исходного раствора. (2)
Опыт применения наддолотного эжекторного гидронасоса ЭЖГ
На основании анализа патентного фонда была разработана новая конструкция - наддолотный эжекторный насос ЭЖГ. Эта конструкция отличается малыми габаритными размерами 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.
Исследования работы ЭЖГ проводились при роторном способе бурения и бурении гидравлическими забойными двигателями на месторождениях Сахалина, Западной Сибири, Саратова и Татарстана. Было пробурено более 50 скважин и определены основные показатели его работы и критерии применимости данной технологии.
Наиболее высокие показатели получаются при использовании ЭЖГ в роторном бурении.
Испытания ЭЖГ при роторном бурении проводились на месторождениях Сахалина пл. Мирзоево и Саратова месторождение Михалковское. Результаты работ по-казали, 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 25…30%, а проходки на долото – 35…40%. При дальнейшем увеличении перепада давления прирост показателей также увеличивается: при перепаде давления на ЭЖГ 6,0 МПа, увеличение скорости составляет 100…120%, проходки – 130…150%, при перепаде в 10МПа, увеличение показателей составляет соответственно 200…220% и 220…250%.
Как видно из результатов промысловых исследований, рост проходки на долото несколько опережает рост скорости бурения, это связано с исключением явления рециркуляции шлама в зоне работы долота, поэтому зуб долота срабатывается значительно меньше.
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 50 - 1000м использовались долота 295,3 МЗ-ГНУ и СЗГВ. При сравнении не учитывались интервалы набора зенитного угла. Среднее значение механической скорости 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, интервал 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 близлежащие скважины с одинаковым отходом и азимутом ± 300. Среднее значение механической 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.
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 это-го, 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.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Назаров В.И., Сидорова Т.К. и др. Использование действия высокона-порных струй при строительстве скважин. М. ВНИИОЭНГ. Обзорная информация. Сер. Бурение. 1985.
2. Колесников Н.А. Процессы разрушения горных пород и пути ускорен-ного бурения. М. ВНИИОЭНГ. Обзорная информация. Сер. Бурение. 1983.
Автор: Евстифеев Сергей Владиленович, предприятие ООО «ИННОЙЛ»