Научно-методическое обоснование увеличения длины горизонтальных интервалов стволов скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат технических наук Габзалилова, Альфира Хамитовна

• Габзалилова, Альфира Хамитовна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Габзалилова, Альфира Хамитовна

Введение.

1. Основные аспекты проводки горизонтальных скважин. Постановка задач исследований.

1.1. Общее состояние проблемы бурения горизонтальных скважин.

1.2. Общие аспекты управления коэффициентами трения и силами сопротивления при проводке горизонтальных интервалов скважин.

1.2.1.Влияние отдельных факторов на силы сопротивления продольному перемещению колонны.

1.2.2. Коэффициенты трения.

1.2.3. Силы сопротивления продольному перемещению колонны при бурении забойными двигателями и при спуско-подъемных операциях.

1.2.4. Силы сопротивления продольному перемещению и моменты сопротивления при вращении колонны ротором (бурение и ликвидация прихватов).

1.2.5. Общие аспекты управления коэффициентами трения и силами сопротивления.

1.3. Основные методы повышения эффективности бурения горизонтальных стволов скважин.

1.3.1. Использование смазывающих добавок в промывочную жидкость

1.3.2. Управление волновыми процессами в бурильной колонне с помощью гидравлических вибраторов.

1.3.3. Увеличение нагрузки на породоразрушающий инструмент с помощью гидроцилиндров (за счет перепада давления внутри колонны и в кольцевом пространстве).

1.3.4. Снижение сил трения колонны использованием на горизонтальном интервале ствола облегченных труб.

1.4. Краткий анализ аналитических исследований осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент.

1.5. Постановка задач исследований

2. Исследование нелинейности потерь осевой нагрузки по длине колонны в горизонтальной скважине.

2.1. Общие сведения о потерях осевой нагрузки по длине колонны в многоинтервальной горизонтальной скважине.

2.2. Потери осевой нагрузки на трение от локального искривления ствола скважины.

2.3. Потери осевой нагрузки на наклонных интервалах ствола скважины

2.4. Потери осевой нагрузки на спирально деформированном участке 58 сжатой части колонны труб.

2.5. Потери осевой нагрузки на трение на интервалах набора и спада 67 зенитного угла скважины.

2.6. Потери осевой нагрузки на трение при спиральной деформация колонны на интервале набора или спада зенитного угла скважины.

Выводы.

3. Исследование осевых нагрузок на забой и на подъемный механизм буровой установки в трех. шести горизонтальных скважинах.

3.1. Общие положения.

3.2. Шестиинтервальная скважина с участками: вертикальным, набора зенитного угла, стабилизации, набора, набора интенсивного и горизонтальным.

3.3. Трехинтервальная горизонтальная скважина.

3.4. Четырехинтервальная горизонтальная скважина с интервалом набора азимутального угла на горизонтальном участке.

3.5. Радиусы искривления ствола при наборе зенитного угла для горизонтального интервала скважины.

3.5.1. Промысловая практика.

3.5.2. Минимально допустимые радиусы искривления ствола при наборе зенитного угла.

Выводы.

4. Технологические методы снижения сил трения, увеличение глубины и эффективности бурения горизонтальных, наклонных скважин.

4.1. Общие аспекты увеличения длины эффективного бурения горизонтального интервала ствола.

4.2. Использование многоступенчатых гидроцилиндров для увеличения нагрузки на забой за счет управления направлением сил трения колонны о стенки скважины.

4.3. Увеличение нагрузки на забой использованием новых конструкций труб для бурения длинных горизонтальных интервалов стволов скважин

4.3.1. Винтообразные (спиральные) трубы.

4.3.2. Облегченные (легкосплавные) бурильные трубы.

4.4. Снижение коэффициентов трения использованием скважинных вибраторов.

4.4.1. Общие положения.

4.4.2. Технология рационального применения скважинных вибраторов.

4.4.2.1. Роторное бурение.

4.4.2.2. Бурение забойными двигателями.

4.4.3. Выбор расстояния между вибраторами.

4.5. Уменьшение затрат энергии от снижения коэффициентов трения при вращении колонны ротором.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научно-методическое обоснование увеличения длины горизонтальных интервалов стволов скважин»

При строительстве горизонтальных скважин выделяются следующие проблемы:

- относительно небольшая длина горизонтального интервала ствола, что приводит к снижению потенциально возможного дебита добываемого пластового флюида;

- глубокое (до З.8м) загрязнение прискважинной зоны пласта (ГТЗП) инфильтратом промывочной жидкости в процессе бурения (вблизи забоя скважины) и, в кратно большей мере (до 25.35 м) - при спуско-подъемных операциях (на начальном участке горизонтального интервала ствола);

- возможность прорыва в ствол скважины подошвенной воды или газа, усугубляемая анизотропностью пород по механическим свойствам в направлении плоскости напластования пород и по нормали к ней; затруднительность обеспечения качественного цементирования эксплуатационной колонны или хвостовика, в результате продольно-поперечной деформации труб часто, на середине расстояния между центрирующими фонарями, препятствующее замещению промывочной жидкости цементным раствором у нижней стенки горизонтального интервала ствола скважины;

- анизотропность продуктивного коллектора по проницаемости, требующая дополнительного локального искривления горизонтального интервала стволы в вертикальной плоскости или, не всегда допустимого по горно-геологическим условиям залегания, создания в этой же плоскости трещин гидроразрыва и др.

- необходимость в дифференцированных, по длине горизонтального интервала ствола, режимах освоения и ввода скважины в эксплуатацию, из-за сильной, многократно различающейся, интенсивности загрязнения ПЗП инфильтратом промывочной жидкости.

Одной из основных проблем бурения горизонтальных скважин является то, что индикатор веса, замеряя вес растянутой части колонны, не может учитывать влияние профиля и интенсивности локального искривления ствола, а также потерь осевой нагрузки на трение вследствие упругой деформации сжатой части колонны и ряда других факторов и фиксирует, в частности, завышенные, по сравнению с фактическими нагрузки на забой при бурении. Не учет разгрузки части веса колонны на стенки скважины может привести, например, к снижению механической скорости бурения, к не- или преждевременному срабатыванию пакера пластоиспытателя, к «недоспуску» обсадной колонны до проектной глубины, к возникновению аварийной ситуации при спуске или при подъеме колонны из скважины, при наличии резких перегибов ствола, а также к другим нежелательным последствиям.

Следовательно, с учетом возрастающих объемов сверхглубокого, наклонного и горизонтального бурения, с продолжающейся тенденцией к росту осевых нагрузок на долото, учет погрешности показаний гидравлического индикатора веса (ГИВ) уже сегодня необходимо внедрять в повседневную практику строительства скважин.

Однако до настоящего времени в технической литературе отсутствует более или менее полная и универсальная методика расчета распределения осевых нагрузок по длине колонны труб в наклонных и горизонтальных скважинах, что приводит к ряду отрицательных последствий при проведении буровых работ. В определенной мере отсутствие такой методики связано с большим многообразием применяемых на промыслах профилей горизонтальных скважин.

В связи с этим, возникновение настоящей работы вызвано необходимостью восполнения существующего, как в отечественной, так и в зарубежной технической литературе, пробела в определении осевых нагрузок на колонну труб в горизонтальных скважинах различного профиля.

Поэтому, в работе комплексно учитываются: потери веса труб на трение вследствие упругой пространственной деформации бурильной колонны, влияние профиля и локального искривления ствола; влияние подъема или спуска и проворота колонны в скважине и ряд других факторов.

Таким образом, можно сформулировать следующие цель, задачи и основные характеристики работы.

Актуальность темы

В промысловой практике при бурении наклонных и горизонтальных скважин до настоящего времени используются методы расчета потерь осевой нагрузки на трение по результатам инклинометрии, разработанные, в свое время, для вертикальных искривленных скважин (М.М. Александровым и др.).

Использование их для горизонтальных и наклонных скважин может приводить к погрешности вычислений в десятки процентов. Это объясняется тем, что при расчетах по интервалам инклинометрических замеров подобные методики расчета не учитывают влияния перерезывающих сил (третья производная от поперечного прогиба рассматриваемого сечения колонны бурильных труб, по длине ее) и поперечных распределенных нагрузок (четвертая производная) на интервалах набора и спада зенитного угла, а также на спирально деформированном участке сжатой части колонны. Проявлением ошибочности таких методик является вынужденное использование в них коэффициентов трения, превышающих (в целом по длине колонны) величины = 0,18.0,35 - в открытом стволе скважины и ц = 0,10.0,15 - при трении бурильной колонны о стенки обсадной.

В результате, из-за резкого падения механической скорости бурения, затрудняется выбор рациональных технологических решений для увеличения длины горизонтального интервала скважины, снижаются продуктивность или приемистость скважины и нефтеотдача пласта.

Для увеличения длины горизонтального интервала ствола необходимо создание методики определения потерь осевой нагрузки на трение по длине бурильной колонны в многоинтервальных горизонтальных скважинах различного профиля, которая бы учитывала продольно-поперечную деформацию колонны, профиль скважины и локальную кривизну ствола по данным инклинометрии. Решение обозначенной задачи обеспечивает выбор наиболее эффективных технологических методов и режимов бурения для увеличения длины горизонтальных интервалов стволов скважин.

Цель диссертационной работы

Создание методики расчета осевых нагрузок на забой 3-х . 6-и интервальной горизонтальной скважины и на верхнюю часть бурильной колонны (талевую систему подъемного механизма буровой установки), оценки и выбора наиболее эффективных технологических методов и режимов бурения, обеспечивающих увеличение длины горизонтальных интервалов стволов скважин, с целью повышения их продуктивности или приемистости.

Объект исследования - горизонтальные скважины.

Предмет исследования - технология бурения, обеспечивающая увеличение длины горизонтальных интервалов стволов скважин.

Основные задачи исследования

1. Анализ основных проблем увеличения длины горизонтальных интервалов стволов скважин при их бурении.

2. Исследование осевых нагрузок на забой и на подъемный механизм буровой установки в 3-х.6-и интервальных горизонтальных скважинах с учетом потерь их на трение на различных интервалах и участках ствола: стабилизации набора и спада зенитного угла, управляемого изменения азимута.

3. Исследование и прогнозирование эффективности различных технологических способов увеличения длины горизонтальных интервалов стволов при бурении скважин.

4. Выбор рациональных способов и режимов бурения, предназначенных для увеличения длины горизонтальных интервалов скважин (с использованием новых конструкций труб, многоступенчатых гидроцилиндров, скважинных вибраторов, смазочных добавок в раствор и др.).

Методы исследования

Решение поставленных задач основано на анализе распределения осевых нагрузок по длине бурильной колонны при бурении и спуско-подъемных операциях, оценке соответствия их методам расчета, аналитических исследованиях продольно-поперечной деформации колонн (в т.ч. в за-Эйлеровой области), элементах кинетостатики гибких нитей, известных результатах анализов аварий и осложнений с бурильными и обсадными колоннами.

Научная новизна

1. На основе исследований нелинейности распределения осевых нагрузок по длине колонны бурильного инструмента в многоинтервальных горизонтальных скважинах подтверждена недопустимость пренебрежения перерезывающими силами и поперечными распределенными нагрузками на интервалах набора и спада зенитного угла, на участке пространственной упругой деформации в нижней части колонны.

2. Разработан теоретический подход и на его основе создана методика определения осевой нагрузки на долото и талевую систему спуско-подъемного механизма с учетом влияния, на отдельных интервалах ствола, нелинейности потерь осевой нагрузки на трение, продольно-поперечной деформации колонны в за-Эйлеровой области и ряда других факторов.

3. Создана, не имеющая аналога, методика определения осевой нагрузки на долото и талевую систему спуско-подъемного механизма в скважине с горизонтальным участком управляемого изменения траектории ствола по азимуту.

Основные защищаемые научные положения

1. Теоретические и методические основы определения осевых нагрузок на долото и спуско-подъемный механизм буровых установок с комплексным учетом профиля скважины, локальной кривизны ствола, способа и режимов бурения и ряда других факторов, обеспечивающих эффективное бурение при увеличении длины горизонтального интервала ствола.

2. Методический подход к прогнозированию эффективности удлинения горизонтального интервала ствола скважины с обоснованием рабочих параметров, режимов работы и мест установки многоступенчатых гидроцилиндров для управления направлением сил трения, скважинных вибраторов для интенсификации процесса разрушения забоя и снижения сил трения, специальных бурильных труб и ряда других технологических приемов.

3. Инновационное обоснование метода определения осевой нагрузки на забой и на спуско-подъемный механизм в скважине с горизонтальным интервалом управляемого изменения траектории ствола по азимуту с целью:

- приближения траектории ствола, в плоскости напластования пород продуктивного коллектора, к линиям изобар пластового давления - для увеличения нефтеотдачи пласта;

- то же, с целью огибания горизонтальным стволом зон, деформация которых может повлиять на устойчивость наземных сооружений;

- то же, с целью огибания горизонтальным стволом зон, сообщающихся с элементами водоохранного комплекса.

4. Теоретико-методические основы расчета потерь осевых нагрузок на трение колонны о стенки горизонтальной скважины на интервалах набора и спада зенитного угла, а также на пространственно деформированном участке сжатой части колонны - для обеспечения учета влияния реакции стенки скважины на увеличение потенциальной энергии продольно-поперечной деформации колонны, с дополнительным учетом влияния перерезывающих сил и распределенных поперечных нагрузок на увеличение потерь на трение.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обосновывается:

- использованием промысловых материалов по определению осевых нагрузок на колонну и на талевую систему подъемного механизма бурой установки при бурении и спуско-подъемных операциях, регистрируемых наземными индикаторами веса и, в отдельных частных случаях, глубинными измерительными устройствами;

- применением классических методов исследования продольно-поперечной деформации колонн, характеризуемых системами уравнений кинетостатики гибких нитей, позволяющими дополнительно учитывать влияние перерезывающих сил и распределенных поперечных нагрузок на увеличение сил трения колонны о стенки скважины.

Практическая значимость и реализация результатов работы

1. Создана методика расчета осевой нагрузки на забой многоинтервальной горизонтальной скважины путем наложения результатов инклинометрических замеров на профиль ствола, что позволяет (в отличие от распространенных в нефтепромысловой практике расчетов только по результатам инклинометрии) при проведении проектных и текущих технологических расчетов дополнительно учитывать влияние нелинейности, на отдельных интервалах, геометрических связей колонны со стенками ствола на увеличение сил сопротивления продольному перемещению бурильного инструмента в скважине и, соответственно, на снижение осевой нагрузки на долото и на увеличение растягивающих нагрузок на талевую систему спуско-подъемного механизма буровой установки.

2. Создана методика расчета осевой нагрузки на забой горизонтальной скважины с управляемым изменением траектории ствола только по азимуту, с целью повышения продуктивности или приемистости скважины и обеспечения, при необходимости, возможности огибания горизонтальным стволом зон, сообщающихся с водоохранным комплексом или зон, деформация которых при снижении пластового давления может повлиять на устойчивость отдельных наземных сооружений.

3. Предложен методический подход к выбору рациональных технологических приемов увеличения длины горизонтального интервала ствола скважины.

4. Разработано и внедрено в учебный процесс филиала ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г.Октябрьском учебно-методическое пособие «Расчет осевой нагрузки на забой и подъемный механизм при бурении и спуско-подъемных операциях в горизонтальных скважинах и боковых ответвлениях стволов скважин», предназначенное для повышения качества подготовки дипломированных специалистов.

Личный вклад автора заключается: в научно-методическом обосновании разрабатываемых методов увеличения длины горизонтальных интервалов стволов; анализе и решении задач по увеличению осевой нагрузки на долото с дополнительным использованием гидроцилиндров, вибрационных устройств и ряда других технологических решений; не имеющем аналога способе создания осевой нагрузки на забой горизонтальной скважины, дополнительно включающем для увеличения нагрузки на долото, управление направлением силами трения колонны о стенки ствола на горизонтальном интервале ствола.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии нефтегазового дела» в филиале ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (Октябрьский, 2011);

- 38-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов в филиале ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (Октябрьский, 2011);

- научно-практической конференции «Новая техника и технология для геофизических исследований скважин» (Уфа, 2011).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 научных работах, в т.ч. 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав и основных выводов. Изложена на 151 странице машинописного текста, в т.ч. содержит 5 таблиц, 29 рисунков, список использованной источников из 89 наименований

Заключение диссертации по теме «Технология бурения и освоения скважин», Габзалилова, Альфира Хамитовна

ВЫВОД ы

Продуктивность добывающей или приемистость нагнетательной скважины предопределяется, в т.ч., длиной горизонтального интервала ствола, бурение которого с резким падением механической скорости бурения становится экономически нецелесообразным, из-за снижения, по тем или иным технологическим причинам, осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент. Причем, в наибольшей мере проблема обостряется при бурении в твердых и крепких породах, например, Урало-Поволжья, Тимано-Печорской и ряда других нефтегазоносных провинций. В последние десятилетия, наглядно проявляется и при использовании, для бурения боковых ответвлений стволов скважин и гибких колонн, используемых, в частности для бурения глубоких перфорационных каналов.

В связи с наблюдающимся постоянным возрастанием объемов бурения горизонтальных скважин, особенно на поздних стадиях разработки месторождений в рамках настоящего раздела рассмотрены две группы доминирующих причин снижения механических скоростей бурения длинных горизонтальных интервалов стволов с помощью шарошечных долот, которые предопределяются:

1. Снижением энергии продольных колебаний низа бурильного инструмента, направленной на разрушение забоя скважины и достигающей в скважинах диаметром 139,7.295,3 мм нескольких десятков кВт, т.е. соизмеримой с мощностью необходимой для разрушения забоя.

2. Недостаточной величиной статической нагрузки на долото, не обеспечивающей внедрения зубьев шарошек в породу на величину, требуемую для эффективного разрушения забоя.

Для увеличения длины горизонтального интервала ствола путем устранения первой причины в нижней части бурильной колонны могут быть использованы один или несколько гидромеханических вибраторов, в которых часть энергии потока промывочной жидкости преобразовывается в энергию дополнительных продольных колебаний, интенсифицирующих процесс разрушения забоя и (или) снижающих коэффициенты трения колонны о стенки ствола скважины. Параметры вибраторов (частота и амплитуда генерируемых механических колебаний), а также расстояние между ними должны соответствовать результатам исследований, представленных в п.4.4. При относительно небольшой длине горизонтального интервала ствола для увеличения механической скорости бурения, наоборот, вместо вибраторов могут использоваться различного вида виброгасящие устройства, составные антивибрационные компоновок бурильных колонн и ряд других технологических приемов избирательного управления волновыми процессами. Недостатками этих методов является необходимость в высокой квалификации технологов и операторов.

Для устранения второй причины могут быть использованы:

- один или несколько многоступенчатых длинноходовых гидроцилиндров для увеличения осевой нагрузки на долото, за счет управления направлением сил трения колонны о стенки скважины, с основными параметрами (развиваемые усилия, длина хода поршней и скорости перемещения) и местами установки в горизонтальной части ствола, соответствующими результатам исследований, представленных в п.4.2;

- предложенные автором отдельные специальные конструкции труб, в т.ч. облегченные ЛБТ, обеспечивающие снижение сил трения и улучшение промывки у нижней стенки скважины на горизонтальном интервале ствола и, например, рассмотренные в п.4.3;

- некоторые технологические приемы обеспечивающие уменьшение затрат энергии от снижения коэффициентов трения при вращении колонны ротором (ряд примеров расчета представлен в п.4.5);

- устанавливаемых над долотом и в расчетных местах колонны (на горизонтальном интервале ствола) тех или иных конструкций вибраторов, в которых часть энергии потока промывочной жидкости преобразовывается в энергию дополнительных продольных колебаний, интенсифицирующих процесс разрушения забоя и (или) снижающих коэффициенты трения колонны о стенки ствола скважины (см.п.4.4); специальные поверхностные нагрузочные устройства (получили распространение для бурения боковых ответвлений стволов скважин с использованием гибких колонн);

- установкой в растянутой части колонны, на отдельных интервалах ствола скважины, УБТ, толстостенных труб (ТБТ) и др.;

- использованием смазочных добавок в промывочную жидкость и ряда других технологических приемов.

Последние три фактора получили широкое распространение в отечественной и зарубежной нефтепромысловой практике и в рамках настоящей работы, из-за очевидности, не рассматриваются.

Во всех случаях эффективное разрушение породы в горизонтальных, восстающих и сильно наклонных скважинах ограничивается длиной горизонтального или наклонного интервала ствола.

Следует отметить также, что кроме указанных факторов для увеличения длины горизонтального интервала ствола скважины в промысловой практике продолжает использоваться и метод увеличения осевой нагрузки на забой скважины: путем повышения квалификации и интенсификация труда бурильщика. Этот метод, как известно, сопровождается интуитивным подбором рациональной частоты разгрузки части веса растянутой части бурильной колонны на забой скважины (см.п.4.1), визуально контролируемым по скорости перемещения ведущей трубы, обеспечивающей максимально возможную, для данной технологии бурения, механическую скорость бурения (в обиходе характеризуется, так называемым, «фактором присутствия»).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как подтвердил проведенный анализ известных исследований, в промысловой практике для горизонтальных и наклонных скважин получили распространение методы расчета нагрузок на долото и на подъемный механизм буровой установки, основанные на линейных дифференциальных уравнениях продольно-поперечной деформации колонны второго порядка (и идентичных им по структуре). Но подобные методы не учитывают перерезывающих сил в поперечном сечении колонны (третья производная от поперечного прогиба по элементарной длине колонны), а также интенсивности распределения поперечных распределенных нагрузок с учетом реакции ограничивающей прогиб стенки ствола скважины (четвертая производная), т.е наличия геометрических связей на продольно-поперечные деформации колонны в скважине. Но подобные расчеты приводят к занижению расчетных потерь осевых нагрузок на трение на интервалах набора и спада зенитного угла скважины, а также на пространственно деформированном сжатой части колонны. Такие расчеты, к сожалению, получили распространение в отечественной и зарубежной промысловой практике. Видимо, из-за удобства расчетов по ним, с использованием данных кривизны ствола, по результатам инклинометрических замеров в реальных скважинах. И действительно, для вертикальных скважин такие расчеты вполне удовлетворительны. Но в наклонных и горизонтальных, как подтвердил проведенный анализ, они приводят, в частности, для интервалов набора и спада зенитного угла к погрешностям расчетов в десятки процентов. Причем, погрешность эта возрастает с уменьшением радиуса кривизны ствола и ростом разницы начальных и конечных зенитных углов (при изменении и по азимуту - с учетом суммарного угла охвата).

Нерациональность подобных методов расчета для наклонных и горизонтальных скважин наглядно подтверждается использованием в них величин коэффициентов трения значительно превышающих (в целом по длине колонны) величины \х = 0,12.0,25 - в открытом стволе скважины и ц = 0,10. .0,12 - при трении «сталь - по стали» (бурильные трубы о промежуточные обсадные колонны). В обоих случаях, при наличии жидкости в скважине, обеспечивающей какую-то дополнительную смазку контактирующих поверхностей, а также наличия, в той или иной мере, притертости этих поверхностей (от продольных или крутильных колебаний бурильной колонны и др. факторов).

Погрешность расчетов может явиться причиной неудачного выбора технологического решения для бурения, на проектную длину, горизонтального интервала ствола. Но продуктивность добывающей или приемистость нагнетательной скважины предопределяется, в т.ч., и длиной горизонтального интервала, бурение которого с резким падением механической скорости бурения становится экономически нецелесообразным, из-за снижения, по тем или иным технологическим причинам, осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент. Причем, в наибольшей мере проблема обостряется при бурении в твердых и крепких породах, например, Урало-Поволжья, Тимано-Печорской и ряда других нефтегазоносных провинций. В последние десятилетия, наглядно проявляется и при использовании, для бурения боковых ответвлений стволов скважин и гибких колонн, используемых, в частности для бурения глубоких перфорационных каналов.

В связи с наблюдающимся постоянным возрастанием объемов бурения горизонтальных скважин, особенно на поздних стадиях разработки месторождений в рамках настоящего раздела рассмотрены две группы доминирующих причин снижения механических скоростей бурения длинных горизонтальных интервалов стволов с помощью шарошечных долот, которые предопределяются:

- снижением энергии продольных колебаний низа бурильного инструмента, направленной на разрушение забоя скважины и достигающей в скважинах диаметром 139,7.295,3 мм нескольких десятков кВт, т.е. соизмеримой с мощностью необходимой для разрушения забоя;

- недостаточной величиной статической нагрузки на долото, не обеспечивающей внедрения зубьев шарошек в породу на величину, требуемую для эффективного разрушения забоя.

В целом, по результатам проведенных исследований получены или подтверждены следующие основные выводы и рекомендации:

1. На основании проведенных исследований разработаны методики расчета осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент и спуско-подъемные механизмы буровых установок при бурении трех.шестиинтервальных скважин различного профиля, а т.ч. с участком управляемого изменения азимута на горизонтальном интервале ствола.

Представленные методики предназначены и для определения:

- угла закручивания бурильных колонн (при ориентировании отклонителя);

- мощности на вращение колонны в скважине;

- для расчетов колонн на прочность и др.

2. Установлено, что потери осевых нагрузок на трение от локального искривления ствола не превышают, обычно, нескольких процентов, от общих потерь на интервалах набора и спада зенитного угла, что подтверждает недопустимость пренебрежения влиянием профиля скважины при расчетах потерь осевых нагрузок только по результатам инклинометрических замеров, по методикам, не учитывающим влияния перерезывающих сил и распределенных поперечных нагрузок в поперечном сечении колонны. Именно этим и объясняются случаи (в отличие от прогнозируемых при проектировании) недоспуска эксплуатационных колонн до забоев скважин, занижения, по сравнению с проектной, длины горизонтального интервала ствола и ряда других осложнений при бурении.

3. Подтверждено, что для снижения интенсивности локального винтообразного искривления ствола при бурении горизонтального или наклонного интервала скважины необходимо уменьшение угла отклонения оси долота от оси скважины. Например, за счет уменьшения осевой нагрузки на долото и увеличения, в КНБК, количества опорно-центрирующих элементов.

5. Для увеличения длины горизонтального ствола разработаны методы прогнозирования основных рабочих параметров, мест установки и режимов эксплуатации многоступенчатых гидроцилиндров (для увеличения нагрузки на долото за счет управления направлением сил трения колонны о стенки скважины), скважинных вибраторов, различных специальных конструкций облегченных труб и ряда других технологических приемов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Габзалилова, Альфира Хамитовна, 2012 год

1. Абдулладзе Ф.А. Математическое моделирование динамики прихваченной бурильной колонны при работе гидроимпульсного устройства для ликвидации прихватов /Ф.А.Абдулладзе// Изв. вузов. Нефть и газ.- 1987.- № 8.- С.23-25.

2. Александров М.М. Силы сопротивления при движении труб в скважине /М.М.Александров. М.:- Недра. 1978.- 209 с.

3. Алексеев В.Н. Передача осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент с учетом трения бурильной колонны о стенки скважины /В.Н. Алексеев// Методика и техника разведки.- Д.: ОНТИ ВИТР, 1981.- № 138.- С.24-33.

4. Беркунов B.C. Исследование действительных нагрузок на долото при бурении электробурами /В.С.Беркунов, Ф.Н. Фоменко// Нефтяное хозяйство.- 1979.-№ 12.- С. 11-13.

5. Боголюбский К.А. Об уменьшении осевой нагрузки на забой за счет сил трения /К.А.Боголюбский, В.П. Зиненко, А.Н.Кирсанов// Разведка и охрана недр.- 1959.- № 10.- С.26-29.

6. Бронзов A.C. Турбинное бурение наклонных скважин /А.С.Бронзов, Ю.С. Васильев, Г.А.Шетлер. М.:- Недра, 1965.- 248 с.

7. Васильченко C.B. Условия образования шламовых дюн в наклонных участках скважины /C.B. Васильченко, А.Г. Потапов// Тезисы докладов 2-го международного семинара.- М.: Изд-во ГАНГ им. М.Губкина, 1997.-С.28-29.

8. Вольгемут Э.А. и др. Устройства подачи долота для бурения нефтяных и газовых скважин /Э.А. Вольгемут. М.: Недра, 1969.- 234 с.

9. Вольмир A.C. Устойчивость деформируемых систем /A.C. Вольмир. М.: Физматгиз, 1963.- 879 с.

10. Габдрахимов М.С. Наддолотные многоступенчатые виброусилители / М.С. Габдрахимов, Л.Б. Хузина. С.-П: «Недра», 2005.- 148 с.

11. Габзалилова А.Х. О некоторых аспектах проводки горизонтальных скважин /А.Х.Габзалилова// Материалы 38-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, том 2. -Уфа.-2011.-С. 3-7.

12. Гадиев С.М. Использование вибрации в добыче нефти /С.М.Гадиев.-М.:Недра, 1977. 157 с.

13. Галеев A.C. Разработка теоретических основ снижения потерь осевой нагрузки при бурении горизонтальных скважин: Дисс. . доктора техн.наук: 05.04.07: защищена -09.06.2000: Уфа: УГНТУ, 2000.- 218 с.

14. Галиченко В.П. Опыт бурения горизонтальных скважин Саратовским УБР на Ириновском месторождении АО «Саратовнефтегаз» /В.П.

15. Галиченко// Строительство горизонтальных скважин в АО «Удмуртнефть», 1997.- С. 59-71.

16. Гилязов P.M. Бурение нефтяных скважин с боковыми стволами /P.M. Гилязов. М.: Недра, 2002.- 255 с.

17. Голубев Р.Н. Снижение сил сопротивления движению бурильной колонны в сверхглубокой скважине /Р.Н. Голубев, М.И. Ворожбитов,

18. B.Н. Иванников// Тр. ВНИИБТ.- 1972.- Вып.30.

19. Градштейн И.С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений /И.С. Градштейн, И.М. Рыжик. М.: Наука, 1971.- 1108 с.

20. Григорян H.A. Бурение наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров /Н.А.Григорян. М.- Недра, 1974.- 240 с.

21. Григулецкий В.Г. Проектирование компоновок нижней части бурильной колонны /В.Г.Григулецкий, В.Т.Лукьянов.- М.: Недра, 1990- 302 с.

22. Гулизаде М.П. Турбинное бурение наклонных скважин /М.П. Гулизаде. -Баку.: -Азнефтеиздат, 1959.-305с.

23. Гулизаде М.П. Определение коэффициента трения при движении труб в наклонной скважине /М.П. Гулизаде, К.Б. Шахбазбеков, Д.С. Йорданов и др.// Изв. вузов.- Нефть и газ.- 1965.- № 8. С.17-35.

24. Измайлов Т.З. Методика определения коэффициента трения и сил адгезии на приборе для исследования фрикционных свойств фильтрационных корок /Т.З. Измайлов, А.М.Мамедтагизаде // Изв. вузов.- Нефть и газ.-1979.-№2.- С.27-30.

25. Иоаннесян P.A. Повышение качества бурения наклонно направленных скважин /Р.А.Иоаннесян, С.А. Ширин-Заде // Нефтяное хозяйство.- 1994.-№3.- С.25-29.

26. Калинин А.Г. Бурение наклонных скважин: Справочник. /А.Г. Калинин, H.A. Григорян, Б.З. Султанов. М.: Недра, 1990.-348 с.

27. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям /Э. Камке. М.: Наука, 1971.- 576 с.

28. Кисельман М.Л. Определение сил трения в искривленных скважинах /М.Л. Кисельман // Нефтяное хозяйство.- 1969.- № 9.- С.21-23.

29. Кистер Э.Г. О сопротивлениях движению бурильного инструмента в скважине /Э.Г.Кистер, В.Л. Михеев // Нефтяное хозяйство.- 1972.- №9.1. C.14-18.

30. Клеттер В.Ю. Совершенствование буровых растворов для строительства скважин на акватории арктического шельфа: Автореф. дисс. . канд.техн.наук: 25.00.15.- Уфа, 2010. 24с.

31. Копылов В.Е. Применение смазки бурильных труб при алмазном бурении структурно-поисковых скважин /В.Е. Копылов, Ю.А. Чистяков // Изв. вузов. Нефть и газ.- 1964.- № 9.-С.6-7.

32. Куровский Ф.М. Теория плоских механизмов с гибкими звеньями /Ф.М. Куровский .- М.: Машгиз, 1963.- 204 с.

33. Майоров И.К. Спиральный продольный изгиб колонны труб в скважине /И.К. Майоров // Нефтяное хозяйство.- 1966.- № 4.- С. 28-32.

34. Макаров И.М. Таблица обратных преобразований Лапласа и обратных Z-преобразований /И.М. Макаров, Б.М. Менский. М.: Высшая школа, 1978.- 247 с.

35. Макушок Е.М. Массоперенос в процессах трения /Е.М. Макушок, Т.В. Калиновская, A.B. Белый. Минск: Наука и техника, 1978.- 272 с.

36. Мелешкина М.И. О влиянии сил сухого трения бурильной колонны о стенки скважины на нагрузку на долото при турбинном бурении /М.И. Мелешкина, A.M. Поздняков // Тр. ВНИИБТ.- 1972.- Вып.ЗО.- С.149-158.

37. Меркин Д.Р. Введение в механику гибкой нити /Д.Р. Меркин. М.: Наука, 1980.- 240 с.

38. Павлова H.H. Деформационные и коллекторские свойства горных пород /H.H. Павлова. М.: Недра, 1975.- 240 с.

39. Панфилов Г.А. Исследование частотной характеристики передаточного звена "колонна бурильных труб скважина /Г.А.Панфилов //Проблемы нефти и газа. - Тюмень, 1980.- Вып 48.- С. 31-35.

40. Пат. 2006563 С1 Россия, МПК У21 В 10/00. Способ создания осевой нагрузки на забой горизонтальной скважины и устройство для его осуществления / А.Ш.Янтурин, Н.Ф. Кагарманов, Р.А.Мамлеев и др.// приоритет от 29.02.88 г.

41. Петров И.П. Исследования и разработка технологии бурения горизонтальных скважин большой протяженности с использованием легкосплавных бурильных труб: Автореф. дисс. канд.техн.наук: 25.00.15.-М., 1978. 16 с.

42. Полыпаков И.С. О некоторых разработках ОАО «Саратовнефтегаз» в области строительства скважин /И.С. Полыиаков // Строительство горизонтальных скважин в АО «Удмуртнефть», 1997.- С. 72-96.

43. Ракин В.А. Проблемы и пути решения задач промыслово-геофизических исследований горизонтальных и крутонаклонных скважин /В.А. Ракин // Нефтяное хозяйство.- 1994.- № 8.- С.11-16.

44. Рекин С.А. Устойчивость, упругая деформация, износ и эксплуатация бурильных и обсадных колонн (Механика системы «колонна скважина пласт») /С.А.Рекин.-СПб.: ООО «Недра», 2005.- 467 с.

45. Самотой А.К. Прихваты колонн при бурении скважин /А.К. Самотой. -М.: Недра, 1984- 204 с.

46. Сейд-Рза М.К. Устойчивость стенок скважин /М.К. Сейд-Рза, Ш.И. Исмайлов, Л.И.Орман. М.: Недра.- 1981.- 175 с.

47. Симонов В.В. Влияние колебательных процессов на работу бурильного инструмента /В.В. Симонов, Е.К. Юнин. М.: Недра, 1977.- 216 с.

48. Синельников A.B. Автоматизация и средства контроля бурения скважин /А.В.Синельников. М.: Гостоптехиздат, i960.- 366 с.

49. Справочная книга по бурению.- Т.1., под ред. В.И. Мицевича, H.A. Сидорова.- М.: Недра, 1978.- 520 с.

50. Справочник по триботехнике / Под ред. М. Хебды, A.B. Чичинадзе. В 3 т. Т.1. Теоретические основы.- М.: Машиностроение, 1989.- 400 с.

51. Техническая инструкция по испытанию пластов инструментами на трубах (РД 153-39.0-062-00).- М.: 2001.- 132 с.

52. Типугин A.B. Определение динамических усилий, возникающих при работе с испытателями пластов /A.B. Типугин, П.С. Варламов// Нефтяное хозяйство, 1981, №1.- С.20-22.

53. Трение, изнашивание и смазка: Справочник в 2-х т./ Под ред. И.В. Крагельского.- М.: Машиностроение. Т.1, 1978.- 400 с.

54. Трубы нефтяного сортамента: Справочникк./ Под ред. А.Е. Сарояна.- М.: Недра, 1987.- 488 с.

55. Файн Г.М. Нефтяные трубы из легких сплавов /Г.М. Файн, В.Ф. Штамбург, С.М.Данелянц.-М.: Недра, 1990.- 222 с.

56. Хузина Л.Б. Использование новых технологических решений при бурении горизонтальных скважин / Л.Б. Хузина // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и море.- М.: ВНИИОЭНГ.- 2006.-№9.- С.25-26.

57. Цзе Ф.С. Механические колебания /Ф.С. Цзе, И.Е. Морзе, Р.Т. Хинкл. -М.: Машиностроение, 1966.- 508 с

58. Янтурин А.Ш. Выбор режимов очистки прискважинной зоны пласта с учетом условий вскрытия пласта бурением /А.Ш. Янтурин // «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море». -М.: ВНИИОЭНГ, 1993.- № 9.- С.36-38.

59. Янтурин А.Ш. Передовые методы эксплуатации и механика бурильной колонны /А.Ш.Янтурин. Уфа: Башк. кн. изд-во, 1988.- 168 с.

60. Янтурин А.Ш. Спиральная деформация колонны труб в наклонной скважине /А.Ш.Янтурин, Б.З. Султанов // Изв.вузов. Нефть и газ.- 1977.-№5.- С. 15-20.

61. Янтурин А.Ш. Квази- и статическая картина загрязнения прискважинной зоны пласта /А.Ш. Янтурин, В.И. Шутихин, A.C. Прокаев, В.Н. Коньков // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и море. М.:

62. ВНИИОЭНГ, 1993.- № 9. С.16-19.

63. Янтурин Р.А. О методах расчета осевой нагрузки в колоннах штанг, бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб /Р.А. Янтурин, А.Ф. Зайнуллин, А.Ш. Янтурин, А.Х. Габзалилова// Нефтяное хозяйство. -2012. -№ 1. -С. 88-91.

64. Янтурин Р.А. О методах расчета осевой нагрузки в колоннах штанг, бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб /Р.А. Янтурин, А.Ф. Зайнуллин, А.Ш. Янтурин, А.Х. Габзалилова // Нефтяное хозяйство.- 2012.- № 1.- С. 88-91.

65. Яремийчук Р.А. Обеспечение надежности и качества стволов глубоких скважин /Р.А.Яремийчук, Г.Г. Семак М.: Недра, 1982.- 259 с.

66. Aadnoy B.S. Stability of Highly Inclined Boreholes /B.S. Aadnoy, M.E. Chenevert // Petroleum Engineer.- 1987.- № 12.- p.p. 364-374.

67. Field Data Analysis of Weight and Torque Transmission to the Drill Bit /Gazaniol D. // 19th Annu. Offshore Technol. :Conf., Houston, Tex., Apr. 2730, 1987: Proc., Vol. 3.-S. 1., s. a. .-C. 239-246.

68. Field Data Analysis of Weight and Torque Transmission to the Drill Bit /Gazaniol D. // 19th Annu. Offshore Technol. :Conf., Houston, Tex., Apr. 2730, 1987: Proc., Vol. 3.-S. 1., s. a. .-C. 239-246.

69. Field Data Analysis of Weight and Torque Transmission to the Drill Bit /Gazaniol D. // 19th Annu. Offshore Technol. :Conf., Houston, Tex., Apr. 2730, 1987: Proc., Vol. 3.-S. 1., s. a. .-C. 239-246.

70. Kolle J., Marvin М/ Hydropulses increase drilling penetration rates /J. Kolle, M. Marvin // Oil and Gas Journal/- Week of March 29.- 1999.- P.33-37.

71. Lubinski A .Helical Buckling of Tubing Sealed in Packers /А. Lubinski, W.S. Althouse, G.L. Logan // Journal of Petroleum Technology.- 1962.- June.-P.655-670.

72. Lubinski A.Helical Buckling of Tubing Sealed in Packers /А. Lubinski, W.S. Althouse, G.L.Logan // Journal of Petroleum Technology. 1962. June.- P.655-670.

73. Lubinski A. Helical Buckling of Tubing Sealed in Packers /А. Lubinski, W.S. Althouse, G.L.Logan // Journal of Petroleum Technology. 1962. June.- P.655-670.

74. Moore W.D. ARCO Drilling Horisontal Drainhole for Better Reservoir

75. Placement /W.D. Moore // Oil and Gas JournalSep., 1980.- № 15.

76. Muharry A. Horisontal Drilling Improves Recovery in Abu Dhabi /A. Muharry // Oil and Gas Journal.- 1993. Vol.91.- № 38.- p.p. 54-56.

77. Walker T. Underbalanced complations improve well safety and productivity /T. Walker, M.Hopemann // World Oil.- 1995, XI.- Vol 216, № 11.- P.35-38.