Вдосконалення технології відновлення свердловин забурюванням додаткових стовбурів

Размещено на http://www.allbest.ru

ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І ГАЗУ

05.15.10 -- Буріння свердловин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Вдосконалення технології відновлення свердловин забурюванням додаткових стовбурів

Лігоцький Микола Володимирович

Івано-Франківськ -- 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

заслужений діяч науки України

Яремійчук Роман Семенович,

Івано-Франківський державний технічний університет

нафти і газу,

завідувач кафедри морських нафтогазових споруд.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Навроцький Богдан Іванович,

Івано-Франківський державний технічний університет

нафти і газу,

професор кафедри нафтової і газової гідромеханіки,

кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Фриз Іван Михайлович

КНВП “Бурсервіс” (м. Івано-Франківськ),

провідний спеціаліст.

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут природних газів м. Харків

Захист відбудеться “14“_ жовтня 1999 р. о 10 30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.20.052.02 Івано-Франківського державного технічного університету нафти і газу за адресою: 284018, Україна, м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Івано-Франківського державного технічного університету нафти і газу за адресою: 284018, Україна, м. Івано-Франківськ. вул. Карпатська, 15.

Автореферат розісланий “7“ вересня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент О.О. Акульшин

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Важлива роль в покращанні паливно-енергетичного балансу України відводиться раціональному використанню фонду пробурених свердловин. Велика кількість бездіючих, аварійних та ліквідованих свердловин є вагомим резервом для підвищення обсягів видобутку нафти і газу. Значну їх кількість можна і доцільно відновити та повторно ввести в промислову експлуатацію.

Серед способів відновлення свердловин особливе місце займає метод забурювання додаткових стовбурів через “вікно” в обсадній (експлуатаційній) колоні. Цей метод дозволяє відновити навіть ті свердловини, котрі іншими методами відновити неможливо або це є економічно недоцільним.

Зростаючі обсяги робіт з відновлення свердловин методом забурювання додаткових стовбурів, а також досвід передових нафтогазових компаній світу свідчать про перспективність цього напрямку в Україні.

Проте, незважаючи на досягнуті результати, окремі аспекти даної проблеми вивчені недостатньо і потребують вдосконалення. Тому проведення досліджень з метою підвищення ефективності робіт з відновлення свердловин шляхом забурювання додаткового стовбура є актуальною і важливою проблемою.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в напрямку ДНТП “Ресурсозбереження” по розділу 5.3.1 "Проблеми нафтогазових ресурсів України і наукові принципи їх вирішення" і реалізована в конкурсному проекті "Відновлення аварійних, малодебітних, бездіючих і ліквідованих свердловин і введення їх в повторну експлуатацію з метою видобутку нафти і газу“ і входить в тематичні плани НАК "Нафтогаз України", ВАТ "Укрнафта" та ВАТ "УкрНГІ".

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності та вдосконалення техніки і технології відновлення свердловин забурюванням додаткових стовбурів через “вікно” в обсадній колоні.

Основні задачі дослідження.

1. Розробка математичної моделі процесу забурювання додаткового стовбура в свердловині через “вікно” в обсадній колоні, вивчення основних закономірностей технологічного процесу та критеріїв оцінки ефективності.

2. Вдосконалення методики розрахунків оптимальних параметрів “вікна”, технології його вирізання та конструкцій клинового відхилювача, райбера і компоновки низу бурильної колони (КНБК).

3. Розробка методики проектування профілів додаткових стовбурів та КНБК для реалізації проектного початкового кута забурювання.

4. Розробка нових техніко-технологічних і конструкторських рішень та оптимальних конструкцій свердловин з додатковим стовбуром.

5. Промислова перевірка ефективності вдосконаленої технології відновлення свердловин забурюванням додаткових стовбурів.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше розроблено математичну модель технологічного процесу забурювання додаткового стовбура у свердловині через “вікно” в обсадній колоні, запропоновано алгоритм її реалізації і доведено функціональну залежність між початковим кутом забурювання додаткового стовбура, довжиною “вікна” та КНБК для буріння.

2. Обгрунтовано величини гранично допустимих кутів забурювання додаткових стовбурів в залежності від міцнісних характеристик і типорозмірів бурильних, обважнених і обсадних труб, що використовуються в технологічних процесах буріння і кріплення додаткових стовбурів.

3. Отримано залежності для оптимізації технології вирізання "вікна", конструкцій райбера, клинового відхилювача і КНБК.

4. Розроблено методики проектування профілів та оптимальних конструкцій свердловин з додатковим стовбуром.

5. Розроблено для оптимізації технологічних процесів нові конструкції триплощинного клинового відхилювача, сферичного райбера і розширяючого ексцентричного лопатевого ступінчастого долота типу ДЕЛС.

Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи полягає в тому, що проведені дослідження становлять базу для науково обгрунтованого проектування техніки і технологій відновлення свердловин забурюванням додаткових стовбурів через “вікно” в обсадній колоні. свердловина стовбур відхилювач

Розроблені методичні рекомендації дозволяють за заданим проектним початковим кутом забурювання визначити оптимальні параметри “вікна” в обсадній колоні, клинового відхилювача, КНБК для вирізання “вікна” і буріння додаткового стовбура та оцінювати прохідність через “ вікно” обсадних труб для кріплення додаткового стовбура.

Запропоновані нові технічні засоби (триплощинний клиновий відхилювач, сферичний райбер, ексцентричне лопатеве ступінчасте долото ДЕЛС) та методики проектування профілів і конструкцій додаткових стовбурів дають змогу підвищити ефективність робіт з відновлення свердловин з експлуатаційними колонами діаметром 168,3 ; 146 ; 139,7; 127; 114,3 мм. Особливо цінним є успішне практичне вирішення проблеми кріплення додаткового стовбура “хвостовиком” діаметром 114,3 мм в експлуатаційній колоні діаметром 146 мм.

Основні результати дисертаційної роботи впроваджені при відновленні свердловин на родовищах ВАТ ”Укрнафта”, ВО ”Таджикнафта”, ВО “Варйоган-нафтогаз” та при бурінні свердловин у ВО “Прикаспійбурнафта”.

Особистий внесок здобувача. Проведено аналіз існуючих технологій і технічних засобів з відновлення свердловин забурюванням додаткових стовбурів. Розроблено математичну модель процесу забурювання додаткового стовбура через ”вікно” в обсадній колоні та вивчено основні закономірності технологічного процесу. Розроблено методики оптимізації технології вирізання "вікна", конструкцій райберів, клинового відхилювача і КНБК. Запропоновано конструкцію сферичного райбера, класифікацію профілів та оптимальні конструкції свердловин з додатковим стовбуром. Виконані роботи з аналізу та оцінки ефективності впровадження результатів досліджень у виробництво. Проведені роботи виконані здобувачем особисто 1, 2, 9, 10.

У співпраці з іншими науковими дослідниками: при розробці конструкції триплощинного клинового відхилювача 6 та ексцентричного лопатевого ступінчастого долота ДЕЛС 7, 8 здобувачем особисто розроблені методики вибору конструктивних і технологічних параметрів ; 4, 5 -- особисто досліджені закономірності природного викривлення свердловин та побудовані векторні діаграми; [3] -- особисто обгрунтовані критерії вибору профілів стовбурів свердловин з врахуванням способу експлуатації свердловин; при рівноправній участі розроблені інструктивні документи [11, 12]. Практичні роботи з відновлення свердловин забурюванням додаткових стовбурів в експлуатаційних колонах на родовищах України започатковані з ініціативи к.т.н. В.Ф. Єременко та інж. Г.А. Лісового з участю здобувача.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на: науково-технічних Радах ВАТ ”Укрнафта”, ВАТ ”УкрНГІ” -- УкрДІПРОНДІнафта (м. Київ, 1986-1999 р.р.); науково-практичній конференції “Проблеми науково-технічного прогресу АТ ”Укрнафта” в умовах ринку” (м. Івано-Франківськ, 27-29 вересня 1995р.); 5-й Міжнародній конференції УНГА “Нафта - Газ України - 98” (м. Полтава, 15-17 вересня 1998р.); 2-й Міжнародній українсько-польській конференції спеціалістів нафтової та газової промисловості (м. Чарна, Польща, 20-24 жовтня 1998р.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в 12 працях, з них дві захищені авторськими свідоцтвами і одна патентом України.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, використаних джерел і додатків. Робота містить 141 сторінку друкованого тексту, 65 рисунків, 14 таблиць, список використаних джерел із 117 найменувань та два додатки.

Автор висловлює подяку к.т.н. В.Ф. Єременку і колективу очолюваної ним лабораторії ВАТ “ УкрНГІ” за допомогу у впровадженні наукових досліджень та науковому керівнику д.т.н. професору Р.С. Яремійчуку за допомогу при роботі над дисертацією.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність досліджуваної проблеми і теми дисертації, визначено мету та основні напрямки наукових досліджень і подано коротку загальну характеристику роботи.

Перший розділ присвячено огляду і аналізу основних робіт в області віднов-лення свердловин забурюванням додаткових стовбурів.

Вперше в колишньому СРСР цим методом була відремонтована у 1936 році свердловина № 332 тресту “Артемнафта”. Найбільш широкого впровадження в 50-х роках метод набув на родовищах Краснодарського краю і Азербайджану. При цьому затрати на відновлення однієї свердловини були в 4-5 разів меншими, ніж вартість буріння нової свердловини. Проте, з 70-х років, у зв`язку із вводом в експлуатацію великих нафтогазових родовищ Західного Сибіру обсяги цих робіт знизились через різке скорочення фінансування. В ці ж роки передові західні нафтогазові компанії розпочали нарощування обсягів робіт та вдосконалення техніки і технології забурювання додаткових стовбурів. В Україні планомірно цими роботами розпочали займатись з 1986 р. Відремонтовано за цей період тільки 11 свердловин.

За оцінками спеціалістів ВАТ “УкрНГІ” методом забурювання додаткових стовбурів на родовищах ВАТ ”Укрнафта” доцільно відновити біля 450 свердловин, з яких можливо додатково видобути біля 500 тис.т нафти на рік при навіть заниженому середньому дебіті свердловин 3 т/д.

В обсадній колоні свердловини додатковий стовбур може забурюватись по одній із прийнятих технологій: через інтервал суцільно вирізаної ділянки обсадної колони або через вирізане “вікно” в обсадній колоні. Враховуючи технологічні переваги, найбільшого поширення набула технологія забурювання додаткових стовбрів через вирізане “ вікно” в обсадній колоні.

У розділі наведена класифікація клинових відхилювачів та райберів для вирізання “вікна” в обсадній колоні. На підставі аналізу промислових даних зроблено висновок про відсутність комплексної науково обгрунтованої методичної основи проектування конструкцій райберів і клинових відхилювачів та технології вирізання “вікна” заданих розмірів.

Відомі численні випадки аварій і ускладнень через неякісне розроблення технологічного процесу вирізання “вікна” (невихід райбера за обсадну колону, неможливість відходу додаткового стовбура від основного, проблеми при кріпленні тощо). Основною причиною виникнення аварійних ситуацій є необгрунтованість розмірів “вікна” і технічних засобів для його реалізації. Аналіз літературних джерел показує, що проблемі визначення оптимальних розмірів “вікна” і величини початкового кута забурювання додаткового стовбура та комплексному проектуванню технічних засобів для їх реалізації приділено недостатньо уваги. Проблема, в основному, вирішувалась емпірично або з врахуванням регіонального промислового досвіду.

Аналіз техніки і технології буріння та кріплення додаткових стовбурів показує, що дане питання також потребує. додаткового вивчення, а існуючі методичні основи вибору конструкцій і профілів додаткових стовбурів та породоруйнівного інструменту для реалізації оптимальних конструкцій додаткових стовбурів вимагають удосконалення.

Наведене вище обгрунтовує необхідність проведення досліджень з вдосконалення методик проектування техніки і технології вирізання “вікна”, буріння і кріплення додаткового стовбура.

У другому розділі досліджуються критерії для проектування техніки і технології відновлення свердловин методом забурювання додаткових стовбурів через “вікно” в обсадній колоні.

На підставі аналізу аварійності, промислових даних про прохідність колон труб через “вікно” в обсадній колоні, теорії деформації труб під дією поздовжньо-поперечних навантажень нами зроблено висновок про необхідність врахування силової взаємодії колони труб з обсадною колоною у “вікні”. Характер цієї взаємодії зображений на розрахунковій схемі рис. 2.1, де АВ -- осьова лінія вигнутої частини колони труб ; U, P, Q -- сили реакції обсадної колони відповідно в т. В, С, А; G -- осьове навантаження на колону труб; L -- довжина вигнутої частини колони труб; а -- довжина “вікна” в

обсадній колоні; ? -- зенітний кут свердловини; -- кут повороту низу вигнутої частини колони труб при виході з “вікна” ; -- вага одиниці довжини колони труб; , -- відповідно прогин колони труб в нижній і верхній частині “вікна”; -- осі координат; -- координати довільної т. Д1, розміщеної між т. В і т. Д.

Рівняння моментів для довільної т. Д1 запишеться у вигляді :

(2.1)

де E I - жорсткість труб.

Для рішення рівняння (2.1) прийнято найбільш зручний метод повторювань, який дає задовільні за точністю результати. В якості початкових апроксимуючих функцій прийняті вирази:

(2.2)

Розв`язком умови (2.1) є система з чотирьох рівнянь, яка із додатковими трьома рівняннями (гранично допустимого згинаючого моменту в найбільш навантаженому перерізі колони труб у верхній частині “вікна” , гранично допустимого розвантаження колони труб при проходженні через “вікно” і гранично допустимого моменту ТР на подолання сил опору обертанню колони труб у “вікні”) являють собою математичну модель процесу забурювання додаткового стовбура через “вікно” в обсадній колоні.

Для практичних задач, а також для визначення характеру залежностей розрахункових величин від вихідних даних нами виконані розрахунки на ПЕОМ для найбільш імовірних в практиці забурювання додаткових стовбурів комбінацій d i D. Результати розрахунків подані у вигляді графіків функціональних залежностей a = f(; L= f (; N= f (; Р = f (; U = f (; = f (, приклад яких для D = 146 мм зо-бражений на рис. 2.2 (де N -- сумарна сила притиснення колони труб у “вікні”).

За допомогою розробленої моделі вирішені такі технологічні задачі:

1. Визначення довжини “вікна” для реалізації проектного профілю додаткового стовбура із функціональних співвідношень:

2.

a = f (б при б = f (A) , (2.3)

де А -- проектне горизонтальне відхилення вибою додаткового стовбура від точки забурювання; б -- початковий кут забурювання, який відповідає куту повороту низу вигнутої частини КНБК над долотом.

2. Визначення сил, що діють на райбер і долото в момент виходу з “вікна” з функціональних співвідношень :

U pmax = f (a, EI) і U д max = f (a, EI) , (2.4)

де U p max , U д max -- відповідно максимальне бокове навантаження на райбер і долото в момент виходу за обсадну колону з “вікна”.

3. Визначення гранично допустимих значень кутів повороту [T обважнених, бурильних і обсадних труб при виході з “вікна” з функціонального співвідношення :

[ T = f ([ T ). (2.5)

Розраховані величини допустимих кутів повороту[T наведені в табл. 2.1.

Таблиця 2.1

Допустимі величини кутів [T

	Обсадні (бурильні) труби	ОБТ
[T	група міцності	марка сталі
град.	Д	К	Е	Л	М	Р	Д	К(36Г)	40ХН	38ХН
	6,2	7,2	7,5	8,2	8,8	10,1	6,2	6,8	8,2	8,8

4. Визначення умов безаварійного спуску обсадної колони труб (“хвостовика”) через “вікно” при кріпленні додаткового стовбура із функціональних співвідношень:

 T < [ т , < [ т , Т < [Т]. (2.6)

5. Визначення величин граничних початкових кутів забурювання додаткових стовбурів [б із функціонального співвідношення :

[б] < [ т . (2.7)

6.Вибір параметрів КНБК для вирізання “вікна” в обсадній колоні з умови мінімальності бокового навантаження на райбер:

d, dв = f (Upmin) , (2.8)де d i dB -- відповідно зовнішній і внутрішній діаметр КНБК над робочим інструментом.

7. Вибір параметрів прямої КНБК для набору проектного початкового кута б забурювання додаткового стовбура з функціонального співвідношення :

d , d\в = f ( a, б ). (2.9)

Рішення названих задач є основою методик проектування технологічного процесу забурювання додаткових стовбурів. Розроблені методики пройшли успішну апробацію в промислових умовах.

Третій розділ присвячений розробці техніко-технологічних рішень, направлених на вдосконаленя технології відновлення свердловин методом забурювання додаткових стовбурів.

На підставі виконаних досліджень взаємодії райбера з клиновим відхилювачем і обсадною колоною запропоновані критерії оптимізації кутів нахилу верхньої і нижньої частин клинового відхилювача :

kв в ; кн н ; kв кн ; кн kв , (3.1)

де kв , кн -- кут нахилу відповідно верхньої і нижньої частин клинового відхилювача ; в, н -- кут повороту (деформації) колони труб (КНБК) відповідно у верхній і нижній частинах “вікна”.

З умови (3.1) видно, що одноплощинний клиновий відхилювач з постійним кутом нахилу не є оптимальною конструкцією для реалізації проектних параметрів “вікна” і не забезпечує умов мінімальності фрезерування райбером поверхні клинового відхилювача.

Найбільш оптимальною є конструкція розробленого нами триплощинного клинового відхилювача (рис. 3.1), який забезпечує реалізацію практично будь-якої довжини “вікна” і мінімальність фрезерування райбером робочої поверхні відхилювача.

Отримано залежність для проектування оптимальної КНБК (діаметра труб d над райбером ) для вирізання “вікна” з врахуванням умови (2.8) :

d 2Dв - Dp - 2C . (3.2)

Зроблено висновок про доцільність використання труб з мінімальною жорсткістю, тобто бурильних труб.

Проектна довжина “вікна” визначається з співвідношення:

. (3.3)

Оскільки процес фрезерування “вікна” є результатом силової взаємодії райбера з обсадною колоною і клиновим відхилювачем, то і конструкція райбера повина відповідати конструкції клинового відхилювача. При цьому за основу приймається критерій мінімальності сили притиснення райбера до робочої поверхні клинового відхилювача (NKC). Доведено, що NKC = 0 при p /2= 900. Такий райбер буде працювати за принципом торцьового фрезера. У цьому випадку досягається мінімальність площі контакту райбера з обсадною колоною. Доведено, що найбільш оптимальною є сферична форма направляючої частини райбера з радіусом Dр/2. При цьому зменшується питоме контактне навантаження на похилі поверхні клинового відхилювача, що приводить до зменшення інтенсивності їх фрезерування і зменшення ймовірності виникнення на них виробок і уступів.

Досліджено питання вибору конструкцій свердловин з додатковим стовбуром. Показано, що для нормальної експлуатації таких свердловин критерії вибору конструкцій мають бути такими ж, як і для нових свердловин. Але вирішальними стають умови вільного спуску експлуатаційної

колони-“хвостовика” через існуючу обсадну колону і “вікно” в ній та наявність відповідних типорозмірів доліт для буріння додаткового стовбура. Зазначені фактори обмежують обсяги відновлення свердловин з експлуатаційними колонами діаметром 146; 139,7; 127 і 114,3 мм. Для досягнення сприятливих умов необхідно мати стовбур, діаметр якого більший від внутрішнього діаметра обсадної колони, в якій вирізане “вікно”. Тоді вирішальною стає умова вільного спуску “хвостовика” через існуючу об-садну колону і “вікно”. Виходячи з цього, сформульовано умову вибору конструкції “хвостовика”:

dхв = Dвmin - 2хвmin (3.4)

де Dвmin -- мінімальний внутрішній діаметр існуючої обсадної колони в інтервалі від гирла до “вікна”; хвmin -- мінімально допустимий зазор між “хвостовиком” та обсадною колоною з діаметром Dвmin .

З умови (3.4) випливає, що оптимальними є конструкції “хвостовиків” із застосуванням безмуфтових труб нормального ряду типорозмірів.

Нами розроблені рекомендації з вибору діаметра “хвостовика” (табл.3.1).

Таблиця 3.1.

Рекомендовані діаметри безмуфтового “хвостовика” залежно

від діаметра обсадної колони свердловини

Обсадна	D , мм	114,3	127	139,7	146	168,3	177,8	193,7	219,1	244,5
колона свердло- вини	, мм (не більше як)	8	8	8	11	9	11	12	12	12
“хвосто- вик”	хв , мм (не більше як)	88,9	101,6	114,3	114,3	146	146	146	177,8	193,7

Для реалізації розроблених рекомендацій сформульована умова для вибору типорозміру долота для буріння додаткового стовбура :

Dд · Kр = Dс = dхв 2с , (3.5 )

де Dд -- поперечний розмір (діаметр) долота ; Kр -- коефіцієнт розширення додаткового стовбура.

В табл. 3.2 наведені числові значення рекомендованих діаметрів.

Таблиця 3.2.

Рекомендовані діаметри додаткового стовбура залежно

від діаметра безмуфтового “ хвостовика “

“Хвостовик”	dхв , мм	88,9	101,6	114,3	127	139,7	146	168,3	177,8	193,7
Мінімальний Кільцевий зазор	с , мм	10	10	10	10	15	15	20	20	20
Мінімальний Діаметр додаткового стовбура	Dс ,мм	100,9	121,6	134,3	147	169,7	176	208,3	217,8	233,7

Для формування додаткових стовбурів заданих діаметрів розроблено конструкцію розширяючого ексцентричного лопатевого ступінчастого долота типу ДЕЛС (А.с. №1731931, патент України № 16843). Долото (рис. 3.3) є монолітною конструкцією і складається з корпуса, який включає в себе пілотну і розширяючо-калібруючу частини.

Пілотна частина долота формує напрямок буріння, а розширяючо-калібруюча лопать виробляє радіальне розширення у свердловині. При цьому формується стовбур, діаметр якого визначається із співвідношення :

Dc = dn + 2вл ; Dc = 2 Dд - dn . ( 3.6 )

Для різних умов буріння свердловин розроблені конструкції доліт типорозмірів ДЕЛС-114/146 ; 116/150; 139/ 180; 161/195; 190/230; 210/255 (де чисельник -- поперечний розмір долота Dд, мм; знаменник -- максимально можливий діаметр стовбура, що формується долотом Dс, мм). З винаходом доліт типу ДЕЛС значно розширились перспективи відновлення свердловин з діаметром експлуатаційних колон 146 ; 139,7; 127; 114,3 мм.

У цьому ж розділі приділено увагу проектуванню профілів додаткових стовбурів. Обгрунтовано необхідність врахування при проектуванні закономірностей природного викривлення траєкторії. Зроблено висновок про деяку відмінність критеріїв і методики проектування у порівнянні з профілями похило-спрямованих свердловин. Ця відмінність базується на тому, що технологічно профілі додаткових стовбурів можуть складатись лише з ділянок: набору кривизни, стабілізації кривизни і горизонтальної ділянки.

Ділянки спаду кривизни і вертикального входження в продуктивний горизонт є недоцільними. Відповідно до цього розроблено типовий ряд профілів додаткових стовбурів і обгрунтовані умови для їх практичного використання.

У четвертому розділі наведені результати промислової перевірки та реалізації розроблених основних методичних і техніко-технологічних рішень.

Об`єктами, на яких проводились промислові дослідження, були:

а) свердловини, що знаходились в бурінні, на яких здійснювались випробування конструкцій доліт типу ДЕЛС (св.№№ 22, 120, 119, 121-Тенгіз);

б) аварійні, ліквідовані і бездіючі свердловини, на яких здійснювались роботи з їх відновлення забурюванням додаткових стовбурів:

-- в обсадній колоні 244,5 мм (св. № 34-Бугруватівська, № 2А-Махрам -- Таджикистан);

-- в експлуатаційній колоні 168,3 мм (св. № 21-Радченківська);

-- в експлуатаційній колоні 146 мм ( св.№ № 70, 69, 42, 39-Гнідинцівська, №5137 куща № 237 Північний Варйоган, Західний Сибір).

За результатами промислових досліджень підтверджено достовірність розробленої математичної моделі і функціональної залежності б = f (a, Dв ,d ,EI ). У св. № 34-Бугруватівська через “вікно” в інтервалі 1225,38 - 1227,98 м ( а = 2,6 м) з допомогою КНБК: III-215,9 СТ-ГВ, ОБТ-178 -- 70 м було досягнуто фактичної початкової кривизни: 1230 м - 6030; 1235м - 6015; 1240м - 6030 при розрахунковому б = 6030. У св. № 2А Махрам через “вікно” а = 4,5 м з використанням аналогічної КНБК одержали фактичний початковий кут забурювання б = 40 (2555 м) при розрахунковому 30 45 . У св. № 42-Гнідинцівська через “вікно” а = 2,5 м з допомогою КНБК: ДЕЛС 116/150, ОБТ- 89-83 м одержали фактичний початковий кут забурювання = 30 (1710 м) при розрахунковому 30. В цих свердловинах були успішно спущені обсадні колони відповідно: св. № 34 -- 168,3 мм; св. № 2А -- 193,7мм; св. №42 -- 114,3 мм.

Доведено ефективність конструкції триплощинного клинового відхилювача і рекомендацій з вибору КНБК для вирізання “вікна” в проміжній колоні 244,5мм (св. № 34-Бугруватівська, № 2А-Махрам) і експлуатаційній колоні 146мм (св. № 5137 куща № 237 Північний Варйоган, св. №№ 69, 70-Гнідинцівські). За характером незначного спрацювання твердосплавних пластин ВК-8 форми Г-25 в озброєнні направляючої частини райбера 190мм після 15 годин продуктивної роботи по фрезеруванню 2,8 м “вікна” в обсадній колоні 244,5мм (група міцності Р-110 з товщиною стінки = 11,05 мм) доведено ефективність конструкції райбера з сфероподібною направляючою частиною (св. № 2А-Махрам). Доведено (св.№ 21 Радченківська, № 5137 Північний Варйоган), що використання в КНБК над райбером бурильних труб без ОБТ суттєво знижує ймовірність виникнення аварійних ситуацій і забезпечує успішність виконання технологічної операції по вирізанню “вікна”.

Зроблено висновок про ефективність використання доліт типу ДЕЛС для формування розширеного стовбура свердловини. Долотами ДЕЛС-210/255 одержано діаметр стовбура 240-255мм (св.№ № 22, 120,119,121-Тенгіз на глибині 4230-4345 м), а долтами ДЕЛС-116/150 -- діаметр 140-160мм (св. №№ 42, 39, 69, 70-Гнідинцівські). На цих свердловинах були успішно спущені і якісно зацементовані “хвостовики”: 193,7мм через проміжну колону 244,5 мм (Тенгіз) і 114,3 мм через експлуатаційну колону 146 мм (Гнідинці). Досягнуті показники роботи доліт наближаються до показників відповідних типорозмірів тришарошкових доліт (найвищі показники досягнуті при бурінні в м`яких і середньої твердості породах). Долота типу ДЕЛС є аварійно безпечним і ефективним породоруйнівним інструментом для буріння додаткових стовбурів в експлуатаційних колонах.

Підтверджено ефективність розробленої методики вибору КНБК для буріння додаткового стовбура і забезпечення початкового кута забурювання б при роторному способі буріння ( св. № 34-Бугруватівська, св. № 2А-Махрам , св. № 42-Гнідинцівська). КНБК: долото ДЕЛС-116/150, ОБТ-93 забезпечують стабілізацію або малоінтенсивний набір кривизни при бурінні додаткового стовбура (св. № 42-Гнідинцівська).

На св. №№ 70, 69, 42, 39-Гнідинцівські і св.№ 26-Прилуцька підтверджено ефективність кріплення додаткових стовбурів безмуфтовими “хвостовиками” 114,3мм в експлуатаційній колоні 146мм.

Запропоновані розробки рекомендуються для широкого промислового впровадження.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

У даній роботі вдосконалено відомі та розроблено нові методики, технології і технічні засоби для підвищення ефективності відновлення аварійних, ліквідованих і бездіючих свердловин забурюванням додаткових стовбурів через "вікно" в обсадній колоні.

Найбільш важливі результати, отримані в дисертації:

1. Доведено, що однією з основних причин аварійності та ускладнень при забурюванні додаткових стовбурів є недостатня обгрунтованість проектних технологічних рішень. Запропоновані в дисертації розробки становлять базу для науково обгрунтованого проектування техніки і технології відновлення свердловин забурюванням додаткових стовбурів через “вікно” в обсадній колоні.

2. Розроблено математичну модель технологічного процесу забурювання додаткового стовбура у свердловині через "вікно" в обсадній колоні, яка базується на визначенні силових факторів, що діють на колону труб при проходженні через "вікно" з врахуванням геометричних і міцнісних параметрів труб, довжини "вікна" та кута повороту колони труб при виході з "вікна". Отримано функціональні залежності силових факторів, довжини "вікна", довжини вигнутої частини колони труб у "вікні" та напружень згину в тілі труб від величини кута повороту колони труб при виході з "вікна" для основних типорозмірів обсадних колон. Досліджені закономірності цих залежностей і дані рекомендації з їх практичного застосування.

3. На базі математичної моделі розроблено методику, яка дозволяє за заданим початковим проектним кутом забурювання додаткового стовбура визначати оптимальні параметри "вікна" в обсадній колоні та КНБК для буріння додаткового стовбура, а також оцінювати умови прохідності обсадних труб через "вікно" при кріпленні додаткового стовбура. Визначено гранично допустимі початкові кути забурювання додаткових стовбурів у залежності від групи міцності матеріалу труб КНБК для буріння та обсадних труб для кріплення додаткового стовбура (від 6о -- група міцності Д до 10о -- група міцності Р) та розроблено класифікацію типових профілів додаткових стовбурів.

4. Отримано взаємно зв'язані залежності для оптимізації технології вирізання “вікна”, конструкцій клинового відхилювача, райбера і КНБК з врахуванням довжини “вікна” та силових факторів, що виникають при взаємодії райбера з обсадною колоною і клиновим відхилювачем. Для зниження ймовірності аварійності та зменшення бокових навантажень на робочі органи райбера при контакті з клиновим відхилювачем рекомендується в КНБК над райбером застосовувати труби з мінімально можливим діаметром та жорсткістю, перш за все -- бурильні труби.

5. Розроблено нову (винахід) триплощинну конструкцію клинового відхилювача з верхньою і нижньою похилими та середньою вертикальною площинами, яка забезпечує досягнення оптимальних параметрів технологічного процесу вирізання "вікна" в обсадній колоні та методику проектування геометричних параметрів відхилювача, райбера і КНБК за умови мінімальності фрезерування поверхні клинового відхилювача та реалізації проектних параметрів “вікна”. Доведено ефективність конструкції райбера з сферичною направляючою частиною.

6. Розроблено новий (винахід) тип породоруйнівного інструменту для буріння розширеного стовбура свердловини -- ексцентричне лопатеве ступінчасте долото (ДЕЛС) та методику розрахунку його геометричних параметрів. Конструкція долота є аварійно безпечною і забезпечує без додаткових технологічних операцій формування стовбура з діаметром. Який перевищує діаметр самого долота, що значно підвищує ефективність та якість кріплення пробуреного стовбура.

7. Запропоновано оптимальний ряд конструкцій свердловин з додатковим стовбуром в комплексі з долотами ДЕЛС і безмуфтовими "хвостовиками", що значно розширює можливі обсяги та якість відновлення свердловин з експлуатаційними колонами діаметром 114,3; 127; 139,7; 146 мм. На практиці доведено ефективність кріплення додаткових стовбурів безмуфтовими "хвостовиками" діаметром 114,3 мм в експлуатаційних колонах діаметром 146 мм.

8. Відновлення свердловин забурюванням додаткових стовбурів через “вікно” в обсадній колоні є перспективним напрямком підвищення нафтогазовидобутку в Україні. За станом на 01.06.1999 р. з 11 відновлених свердловин у ВАТ “Укрнафта” видобуто 13,8 тис.т нафти і 4,2 млн.м3 нафтового газу та одержано прибуток за їх реалізацію у розмірі 3,5 млн. грн. В середньому затрати на відновлення однієї свердловини становлять 127 діб і оцінюються 348 тис.грн.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО РОБОТІ

1. Лігоцький М.В. Шляхи оптимізації процесу забурювання додаткових стволів в експлуатаційній колоні //Нафтова і газова промисловість. -- 1997. -- № 3. -- С. 17-18.

2 Лігоцький М.В. Вибір критеріїв для проектування конструкції свердловини з додатковим стволом // Нафтова і газова промисловість. -1997. -№5 . -- С.18 -19.

3 Лігоцький М.В., Сухан В.С. Шляхи підвищення ефективності будівництва та експлуатації похило спрямованих свердловин //Нафтова і газова промисловість. -- 1999. --№ 2. -- С. 35 -37.

4 Лигоцкий Н.В., Дранкер Г.И., Смычковская Н.П., Винярский Р.В. Разработка и внедрение рекомендаций по бурению наклонно-направленных скважин на Сходницкой площади //Серия Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. Экспресс-информация. -- Москва: ВНИИОЭНГ, 1990. -- Вып. 11.-- С. 9 -16.

5 Винярский Р.В., Лигоцкий Н.В., Величко М.Н., Бортник О.Я. Выбор профилей наклонно-направленных скважин на Сходницкой площади //Геология, бурение и разработка нефтяных месторождений Украины и Беларуссии. -- Киев: Укргипрониинефть .-- 1985 .-- С. 99 -105.

6 А.с. № 1470925 СССР, МКИ Е21В 7/ 08. Клиновой отклонитель /Р.В. Ви-нярский, Н.В.Лигоцкий, К.В. Булатов., В.Ф. Еременко --№ 4288333/23-03; Заявлено 22.07.87; Опубл. 07.04.89, Бюл. № 13 . -- 3 с.

7 А.с. № 1731931 СССР, МКИ Е21В 10/24. Долото для вращательного бурения /В.Ф. Еременко, Я.В. Кунцяк, Н.В. Лигоцкий, Н.Л. Лещинская. -- № 4699824/03; Заявлено 02.06.89; Опубл. 07.02.92, Бюл. № 17, -- 4 с.

8 Пат. № 16843 Україна, Е 21 В 10/24. Долото для обертового буріння /В.Ф. Єременко, Я.В. Кунцяк, М.В. Лігоцький, НЛ. Ліщинська .-- № 173191/31 (4699824/ SU); Заявлено 02.06.89; Опубл. 29.08.97, Бюл. № 4.

9 Лігоцький М.В. Актуальність проблеми відновлення свердловин методом забурювання додаткових стволів //Нафта і газ України. Збірник наукових праць (Матеріали 5-ї Міжнародної конференції “ Нафта - Газ України - 98”, Полтава , 15-17 вересня 1998р.). -- Том 2. -- Полтава: УНГА. -- 1998. -- С. 109-110.

10 Лігоцький М.В. Вдосконалення технології забурювання додаткових стволів в експлуатаційній колоні //Нафта і газ України, Збірник наукових праць (Матеріали 5-ї Міжнародної конференції “Нафта - Газ України - 98”, Полтава , 15-17 вересня 1998р.). - Том 2.-- Полтава: УНГА. -- 1998. -- С. 110-111.

11.Технологический регламент на зарезку роторним способом, проводку и крепление второго ствола в скважинах с эксплуатационной колонной 146 мм с целью вскрытия продуктивного пласта на разрабатываемом Гнединцевском нефтяном месторождении: Утв. ПО “Укрнефть” 19.12.86: Срок действия установлен с 01.01.87 /Сост. В.Ф. Еременко, Н.Л. Лещинская, Н.К. Петькун, Н.В. Лигоцкий.-- Киев: Укргипрониинефть, 1986. -- 42 с.

12. Инструкция по бурению наклонно-направленных скважин по пространственным профилям с использованием закономерностей естественного искривления на площадях Прикарпатья: Утв. ПО ”Укрнефть” 09.12.85: Срок действия установлен с 01.01.86 /Сост. Т.М. Боднарук, М.Н. Величко, Р.В. Винярский, Н.В. Лигоцкий, Ю.Д. Лепленко, Г.И. Дранкер.-- Киев: Укргипрониинефть, 1986. -- 35 с.

АНОТАЦІЯ

Лігоцький М.В. Вдосконалення технології відновлення свердловин забу-рюванням додаткових стовбурів. -- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.10 -- Буріння свердловин. -- Івано-Франківський державний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ, 1999.

Розроблено математичну модель технологічного процесу забурювання додаткового стовбура через “вікно” в обсадній колоні, в основу якої покладена реалізація проектного початкового кута буріння додаткового стовбура. Розроблені методики розрахунку довжини “вікна” і вибору оптимальних параметрів клинового відхилювача, райберів, КНБК для вирізання “вікна” в обсадній колоні і буріння додаткового стовбура. Запропоновані нові конструкції триплощинного клинового відхилювача, сферичного райбера і розширяючого ексцентричного лопатевого ступінчастого долота ДЕЛС, класифікація профілів додаткових стовбурів, рекомендації з вибору конструкції свердловин з додатковим стовбуром, розраховані значення гранично допустимих початкових кутів забурювання додаткових стовбурів. Реалізована можливість якісного кріплення додаткового стовбура “хвостовиком” 114,3 мм в експлуатаційній колоні 146 мм. Всі розробки пройшли промислову апробацію.

Ключові слова: відновлення свердловини, додатковий стовбур, обсадна колона, клиновий відхилювач, “вікно”, райбер, кут забурювання, долото, конструкція свердловин, профіль стовбура.

АННОТАЦИЯ

Лигоцкий Н.В. Усовершенствование технологии восстановления скважин забуриванием дополнительных стволов. -- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.10 -- Бурение скважин, Ивано-Франковский государственный технический университет нефти и газа, Ивано-Франковск, 1999.

Разработана математическая модель технологического процесса забуривания дополнительного ствола через “окно” в обсадной колонне, которая базируется на определении силовых факторов, которые действуют на колонну труб при прохождении через “окно” с учетом геометрических и прочностных параметров труб, длины “окна” и угла поворота колонны труб при выходе из “окна”. получены функциональные зависимости силовых факторов, длины “окна”, длины мзогнутой части колонны труб в “окне” и напряжений изгиба в теле труб от величины угла поворота колонны труб при выходе из “окна” для основных типоразмеров обсадных колонн. Исследованы закономерности этих зависимостей.

На базе математической модели разработана методика, которая позволяет за заданным начальным проектным углом забуривания дополнительного ствола определять оптимальные параметры "“кна"”в обсадной колонне и КНБК для бурения дополнительного ствола, а также оценивать условия прохождения обсадных труб через "окно" при креплении дополнительного ствола. Определены предельно допустимые начальные углы забуривания дополнительных стволов в зависимости от группы прочности материала труб КНБК для бурения и обсадных труб для крепления дополнительного ствола (от 6о -- группа прочности Д, до 10о -- группа прочности Р)

Получены взаимно связанные зависмости для оптимизации технологии вырезания “окна”, конструкция клинового отклонителя, райбера и КНБК с учетом длины “окна” и силовых факторов, которые возникают при взаимодействии райбера с обсадной колонной и клиновым отклонителем.

Разработана новая (изобретение) трьохплосткостная конструкция клинового отклонителя с верхней и нижней наклонными и средней вертикальной плоскостями, которая обеспечивает достижение оптимальных параметров технологического процесса вырезания “окна”, а также методика проектирования геометрических параметров отклонителя, райбера и КНБК из условий минимальности фрезерования плоскости клинового отклонителя и реализации проектных параметров “окна”. для уменьшения удельных контактных нагрузок на наклонные плоскости отклонителя и повышения єффективности процесса вырезания “окна” разработана новая конструкция райбера со сферическим направляющим участком.

Разработан новый (изобретение) тип породоразрушающего инструмента для бурения расширенного ствола скважины -- эксцентричное лопастное ступенчастое долото ДЭЛС и методику рассчета его геометрических параметров. Конструкция долота монолитная, аварийно безопастная и обеспечивает без дополнительных технологических операций формирование ствола с диаметром, который превышает диаметр самого долота. Промышленные испытания прошли долота ДЭЛС-116/150 и 210/255. Предложен оптимальный ряд конструкций скважин с дополнительным стволом в комплексе с долотами ДЭЛС и безмуфтовыми “хвостовиками”, что значительно расширяет возможные объемы и качество восстановления скважин с эксплуатационными колоннами 114,3; 127; 139,7; 146 мм. На практике доведена эффективность крепления дополнительных стволов безмуфтовыми “хвостовиками” 114,3 мм в эксплуатационной колонне 146 мм.

Разработана классификация типовых профилей дополнительных стволов и даны рекомендации по их выбору в зависимости от конкретных условий.

Предложенные теоретические, методические, технические и технологические разработки апробированы на нефтегазовых месторождениях ОАО “Укрнефть”, Казахстана, Таджикистана и Западной Сибири, дали положительные результаты и рекомендуются для повышения эффективности работ по забуриванию дополнительных стволов.

Ключевые слова: восстановление скважины, дополнительный ствол, обсадная колонна, клиновой отклонитель, “окно”, райбер, угол забуривания, долото, конструкция скважины, профиль ствола.

ABSTRACT

Ligotskiy N.V. The Improvement of Well Recovery Technique by Cased Hole Sidetracking. -- Typescript.

Thesis for a Candidate Degree in speciality 05.15.10. - Well Drilling, Ivano-Frankivsk State Technical University of Oil and Gas, 1999.

There has been worked out the mathematical model of cased hole sidetracking technology through the casing “window” based on using the planned initial side hole drilling angle. There have been devised the methods of computation of “window” length and selection of optimal parameters of whipstock, reamer mill, BPDS for cutting the “window” in casing and sidetracking. There have been suggested the new designs of three-plane whipstock, spherical reamer mill and eccentric blade stage drill bit for underreaming, classification of side holes”pro-files, criteria and recommendations for selection of well designs with side hole.There have been computed the values of top admissible, initial sidetracking angles. There has been used the possibility of qualitative lining of sidehole by means of liner dia.114,3mm in flow string dia.146mm. All elaborations were commercially approved.

Key words: well recovery, sidehole, casing (string), whipstock, ”window”, reamer (reaming) mill, sidetracking angle, drill bit, well design, borehole profile.

Размещено на Allbest.ru