Разработка и совершенствование технических средств и технологий для бурения наклонно направленных, пологих и горизонтальных скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат технических наук Панов, Константин Евгеньевич

• Панов, Константин Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Панов, Константин Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ. 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ БУРЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН (на примере месторождений Западной Сибири).

1.1 Развитие горизонтального бурения за рубежом и в РФ.

1.2 Опыт строительства ГС на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз».

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПРОФИЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ С УЧАСТКОМ БЕЗОРИЕНТИРОВАННОГО НАБОРА КРИВИЗНЫ. 2.1 Требования к размещению кустовых оснований при проектировании схем разбуривания месторождений горизонтальными скважинами. t 2.2 Требования к кустованию скважин при многоствольном бурении.

2.3 Математическое моделирование интервала безориетиро-ванного набора кривизны ствола горизонтальных скважин.

2.4 Математическое моделирование интервала безориентированного набора кривизны ствола скважины.

3 РАЗРАБОТКА НЕОРИЕНТИРУЕМЫХ КНБК.

3.1 Анализ работы неориентируемых КНБК на месторождениях Западной Сибири.

3.2 Анализ промысловых данных по применению надцолот-ных калибраторов для безориентированного управления зенитным углом скважины.

3.3 Анализ опыта применения неориентируемых компоновок, включающих забойный двигатель уменьшенного диаметра.

Расчет неориентируемых компоновок для бурения наклонных скважин методом начальных параметров.

Установление взаимосвязи между промысловыми данными и результатами теоретических расчетов компоновок для наклонного бурения.

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ СО

СТЕНКОЙ СКВАЖИНЫ.

Анализ факторов, влияющих на работу на колонны бурильных труб в процессе нагружения долота.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и совершенствование технических средств и технологий для бурения наклонно направленных, пологих и горизонтальных скважин»

Актуальность проблемы. Разработка нефтяных и газовых месторождений топливной отрасли Российской Федерации с использованием пологих, горизонтальных и разветвленоОгоризонтальных скважин - одно из приоритетных направлений по вовлечению в разработку трудноизвлекаемых запасов нефти и газа из неоднородных низко проницаемых пластов, разработка которых наклонно направленными скважинами затруднена из-за интенсивного подтягивания конуса воды и прорыва газа из газовой шапки.

Существенным отличием нового этапа разработки месторождений в Западной Сибири является устойчивая тенденция к ухудшению структуры запасов, необходимости вовлечения в разработку низкопроницаемых сложно-построенных залежей.

Так, наряду с применением гидроразрыва пласта (ГРП), новейших методов и материалов при обработке призабойной зоны (ОПЗ) наклонно направленных скважин в ОАО «Сургутнефтегаз» и ООО «Бургаз», начиная с 1998 года, широкомасштабно внедряется технология строительства горизонтальных скважин (ГС).

Создание систем разработки нефтяных месторождений с использованием ГС является приоритетным направлением в нефтегазодобывающей отрасли по вовлечению в промышленную разработку трудноизвлекаемых запасов нефти (низкопроницаемые и неоднородные пласты и коллекторы, приуроченные к водонефтяным и газонефтяным зонам, нефтяным оторочкам нефтегазовых залежей; залежи с высоковязкой нефтью, тупиковыми, периферийными и застойными зонами, с линзовидными прослоями различной конфигурации и т.д.).

Программа бурения горизонтальных скважин и многоствольного бурения реализуется для решения следующих задач:

- вовлечение в разработку большой сырьевой базы, представленной маломощными продуктивными пластами (3-15 м) с низкой и неравномерной проницаемостью;

- повышение продуктивности скважины за счет увеличения площади дренирования и фильтрации;

- снижение интенсивности обводнения скважин за счет уменьшения конусообразования при эксплуатации объектов с подошвенной водой и газом в кровельной части пласта;

- восстановление продуктивности месторождений и степени извлечения углеводородов за счет внедрения эффективных методов воздействия на пластовые флюиды;

- повышение качества первичного и вторичного вскрытия продуктивных пластов, снижение стоимости строительства ГС за счет совершенствования профилей и технических средств для их реализации.

Решение этих задач связано с совершенствованием техники и технологии бурения, разработки и освоением рациональных профилей, компоновок низа бурильной колонны (КНБК) для их реализации, непрерывное обеспечение проектной осевой нагрузки на долото в процессе бурения участков ствола скважин с большими зенитными углами и горизонтальных их окончаний, и др.

Таким образом повышение технико-экономических показателей и качества строительства пологих, горизонтальных и разветвлено-горизонтальных скважин является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Таким образом, целью настоящей работы является повышение эффективности и качества строительства наклонно направленных, пологих и горизонтальных скважин на основе оптимизации профиля пространственного типа, разработки неориентируемых КНБК для его реализации и устройства генерирования продольных и поперечных колебаний бурильной колонны для доведения нагрузки на долото до забоя скважины.

Основные задачи исследования базируются на накопленном опыте строительства наклонно направленных и ГС в ОАО «Сургутнефтегаз» и ООО «Бургаз», нерешенными задачами, необходимости дополнительных теоретических и экспериментальных работ, и определены как:

• оптимизация профилей (в том числе пространственного типа) в направлении минимизации начального зенитного угла набора кривизны и пространственной интенсивности искривления, а также максимальное увеличение длины тангенциального участка;

• исследование и разработка КНБК для безориентируемого бурения тангенциального участка профиля;

• создание методики расчета геометрических параметров КНБК для оперативного пользования ею инженерами-технологами на буровой;

• непрерывное обеспечение проектной осевой нагрузки на долото в процессе бурения участков ствола с большими зенитными углами и горизонтальными их окончаниями.

Заключение диссертации по теме «Технология бурения и освоения скважин», Панов, Константин Евгеньевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Теоретическими исследованиями, подтвержденными анализом промысловых данных, установлено:

1.1В КНБК с калибратором в качестве ОЦЭ, имеющим диаметр, близкий к полноразмерному, его установка непосредственно над долотом недопустима, так как приводит к нестабильной работе компоновки (чаще всего к падению зенитного угла).

1.2 Для стабильного малоинтенсивного увеличения зенитного угла между долотом и калибратором должен быть установлен переводник длиной не менее 0,5 м; для повышения интенсивности набора угла целесообразно применение забойного двигателя меньшего диаметра.

1.3 В типовой компоновке, включающей калибратор диаметром близким к полноразмерному и центратор, последний никакой роли не выполняет, т.к. в качестве ОЦЭ выступает калибратор. Введено понятие о критическом диаметре калибратора и предложены формулы для его расчета в зависимости от места установки центратора и его диаметра. При соблюдении сформированных условий центратор обеспечивает требуемое малоинтенсивное увеличение зенитного угла.

1.4 Определены оптимальные параметры КНБК с центратором, при которых снижается влияние геометрических параметров КНБК на интенсивность изменения зенитного угла.

1.5 Методами непараметрической статистики доказано, что результаты применения типовых компоновок с СТК в качестве центратора и КНБК без СТК статистически значимых различий не имеют и являются однородными.

2 Исследован вопрос повышения эффективности создания нагрузки на долото в ГС. Установлено, что основным направлением решения вопроса является снижение сил трения бурильной колонны о стенки скважины путем превращения низкочастотного шума забойного двигателя в ультразвуковые продольно-поступательные колебания бурильной колонны.

3 Разработана технология снижения сил трения с помощью ультразвуковых колебаний в бурильных трубах, преобразованные из низкочастотного шума забойного двигателя четвертьволновым резонатором, устанавливаемым над забойным двигателем. Предложена конструкция четвертьволнового резонатора для превращения низкочастотного шума забойного двигателя в ультразвуковые продольно-поступательные колебания бурильной колонны.

4 Результаты теоретических, экспериментальных и промысловых исследований использованы при составлении нормативной документации на строительство ГС в ОАО «Сургутнефтегаз» и ООО «Бургаз», а также при разработке методики расчета неориентируемых КНБК для бурения ГС. Снижение затрат на строительство ГС с применением разработанных рекомендаций позволило снизить срок окупаемости капитальных вложений на 6-8 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Панов, Константин Евгеньевич, 2006 год

1. Other production enhancement move forward //World Oil.-1992.-Vol.213.-№ 4.- P. 29.

2. Horisontal wells seen boost for Canadian oil flom. Oil and Gas J. -1993.-Vol. 91.- № 21.- P. 35.

3. W. Georgy Deskins, William J.Mcdonald, Thomas В. Reid. Survey shoms successes, failures of horisontac wells // Oil and Gas J. -1995.-Vol. 93.-№ 25.- P.39-45.

4. Медведев Н.Я. Новые технологии нефтеизвлечения из залежей с труд-ноизвлекаемыми запасами нефти / Н.Я. Медведев, Ю.Е. Батурин // Вопросы проектирования и разработки нефтяных месторождений: Материалы семинара Минтопэнерго.- М., 1999.- С. 6-8.

5. Багаутдинов А.К. Геология и разработка крупнейших и уникальных нефтяных и нефтегазовых месторождений России / А.К. Багаутдинов, С.А. Барков, Г.К. Белович. М.: ВНИИОЭНГ, 1996.- Том 2.- 352 с.

6. Хисматов Р.И. Особенности разработки пластов АС4.8 Федоровского месторождения //Сер. Геология, разведка и разработка нефтегазовых месторождений. 1999,- № 10.- С. 26-33.

7. Борисов Ю.П. Разработка нефтяных месторождений горизонтальными и многозабойными скважинами / Ю.П. Борисов, В.П. Пилатовский, В.П. Табаков.- М.: Недра, 1964.- 217 с.

8. Шайхутдинов Р.Т. Бурение горизонтальных скважин из экспериментальных колонн диаметром 146 мм / Р.Т. Шайхутдинов, В.Е. Бирюков, В.Г. Тимошин //Нефтяное хоз-во. 1999.- № 6.- С. 19-20.

9. Кудинов В.И. Горизонтальное бурение и зарезка боковых горизонтальных стволов в нерентабельных скважинах ОАО «Удмуртнефть» /В.И. Кудинов, В.А. Савелов, Е.И. Богомольный // Нефтяное хоз-во. 1997.- № 5. - С. 17-20.

10. Афанасьев С.В. Бурение горизонтальных скважин и боковых горизонтальных стволов в ОАО «Удмуртнефть» // Сер. Стр-во нефтяных и газовых скважин на суше и на море.- 1998.- № 3-4.- С. 16-19.

11. Акатьев В.А. О состоянии и основных направлениях развития буровых работ//Нефтяное хоз-во. 1991.- № 4.- С.2-5.

12. Алекперов А.А. Определение вероятности встречи вертикальных стволов наклонных скважин при кустовом бурении. Теория и практика бурения наклонных скважин /А.А. Алекперов, А.Р. Арустмян // Тематич. сб. науч. тр.- Баку, 1989.- С.66-68.

13. Гибадуллин Н.З. Опыт строительства горизонтальных скважин на месторождениях АНК «Башнефть» /Н.З. Гибадуллин, Р.Х. Юмашев //Сер. Стр-во нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 1998.- № 3-4.- С. 11-12.

14. Буслаев В.Ф. Выбор оптимального числа горизонтальных скважин в кусте / В.Ф. Буслаев, Н.С. Бакаушина, С.А. Кейн, Т.М. Димова, М.М. Сатаров // Нефтяное хоз-во. 1990,- №8.- С. 14-16.

15. Буслаев В.Ф. Технико-технологические решения по строительству горизонтальных и разветвленных скважин //Бурение скважин. 1992,- № 10.- С. 812.

16. Медведев Н.Я. Анализ эффективности и перспективы применения методов воздействия на пласты / Н.Я. Медведев, В.П. Снич, В.А. Мишарин //Нефтяное хоз-во. 2001.- № 9.- С. 69-75.

17. Богданов B.JI. Анализ результатов бурения и эксплуатации горизонтальных скважин на Федоровском месторождении / B.J1. Богданов, Н.Я. Медведев, В.П. Ерохин //Нефтяное хоз-во.- 2000,- № 8.- С. 30-42.

18. РД 5753490-030-2001. Технологический регламент на бурение наклонно направленных и горизонтальных боковых стволов скважин.- Тюмень: Сур-гутНИПИнефть.- 2001.- 85 с.

19. Н.01.01.т0-160.Д452-01. Анализ крепления боковых стволов и разработки конструкции низа потайной колонны в зависимости от свойств пласта, в т.ч. с закрытым забоем.- Тюмень:СургутНИПИнефть,- 2001.- 27 с.

20. Яхшибеков Я. Строительство горизонтальных скважин в ОАО «Сургутнефтегаз» //Бурение и нефть.- 2004.- № 6.- С. 20-23.

21. Балуев А.А. Эффективность применения биополимерных буровых растворов при бурении боковых стволов скважин с горизонтальным участком /

22. А.А. Балуев, О.А. Лушпеева, Е.А. Усачев, Т.В. Трошева //Бурение скважин.-2001.-№9.-С. 35-37.

23. Крылов В.И. Гидродинамические особенности бурения горизонтальных скважин / В.И. Крылов, В.В. Крецук // Нефтяное хоз-во.- 2000.- № 6.- С.20-22.

24. Ишбаев Г. Проводка наклонно направленных скважин алмазными долотами PDC производства ООО НПП «Буринтех» /Г. Ишбаев, А. Балута, К. Ртищев, Э. Сафаров //Бурение и нефть.- 2004.- № 6.- С. 12-13.

25. Сургутское УБР-1. Различные технологические процессы бурения скважин // Бурение и нефть.- 2004.- № 6. С. 18-20.

26. Харламов К.Н. Опыт и проблемы строительства горизонтальных скважин в ОАО «Сургутнефтегаз» / К.Н. Харламов, В.П. Ерохин, В.И. Наумов, Г.П. Зозуля //Нефть Сургута.- М.:Нефтяное хозяйство, 1997.- С. 169-175.

27. Харламов К.Н. Проблемы строительства горизонтальных скважин / К.Н. Харламов, В.М. Шенбергер, Г.П. Зозуля //Нефть и газ Изв. Вузов.- Тюмень, 1997.-Вып. 6.- С. 40-41.

28. Бастриков С.Н. Строительство скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири.- Тюмень: изд-во «Вектор Бук», 2000.- 252 с.

29. Муслимов Р.Х. Разработка нефтяных месторождений с применением горизонтальных скважин /Р.Х. Муслимов, Э.И. Сулейманов, Р.Г. Рамазанов, Р.Т. Фазлыев, Н.С. Нуреева //Стр-во нефтяных и газовых скважин на суше и на море.- 1998,- №3-4.- С. 3-7.

30. РД 39-0148070-6.027-86. Инструкция по бурению наклонных скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири.- Тюмень.: СибНИИНП.- 1986.

31. ПБ 08-624-03. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности: Утв. постановлением Госгортехнадзора России от 25.06.2003 № 56, М, 2003.- 256 с.

32. Бастриков С.Н. Системный подход к проектированию схем разбурива-ния месторождений горизонтальными и многоствольными скважинами / С.Н. Бастриков, К.Н. Харламов, А.К. Харламов, Т.Н. Шешукова.- Нефтяное хоз-во.-2005.- №5.- С. 55-57.

33. РД 08-435-02. Инструкция по безопасности одновременного производства работ, освоения и эксплуатации скважин на кусте. М., 2002,- 75 с.

34. РД 5753490-026-2001. Технологический регламент на проектирование и строительство скважин (наклонно направленное бурение).-Тюмень, 2001.- 78 с.

35. Калинин А.Г. Профили направленных скважин и компоновки низа бурильных колонн /А.Г. Калинин, Б.А. Никитин, К.М. Солодкий, А.С. Повалихин. -М.: Недра.- 1995.-300 с.

36. Грачев С.И. Теоретические и прикладные основы строительства пологих и горизонтальных скважин на сложнопостроенных нефтяных месторождениях: Автореф. дис. . д-ра техн. наук: 05.15.10.- Тюмень, 2000.- 46 с.

37. Харламов К.Н. Проектирование профиля наклонно направленной пологой и горизонтальный скважины пространственного типа /К.Н. Харламов, В.М. Шенбергер, Г.П. Зозуля, В.Г. Долгов //Нефть и газ Изв. Вузов.- Тюмень: ТюмГНГУ, 2000.- № 6,- С.73-80.

38. Харламов К.Н. Проектирование профилей пространственного типа и разработка технологий строительства горизонтальных скважин: Дис. . канд. техн. наук: 05.15.10.- Тюмень, 2000.- 140 с.

39. Кейн С.А. Развитие методик расчета траекторий наклонных, горизонтальных и разветвленных скважин (на примере Тимано-Печорской провинции): Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.15.10.- Тюмень, 1996.- 23 с.

40. Пути совершенствования профиля добывающих скважин /К.М. Солод-ский, А.Ф. Федоров, А.С. Повалихин и др. // Обзорная информ. Сер. Стр-во скважин, 1989.-Вып. 10.

41. В.М. Шенбергер. Разработка технических средств и технологий для повышения качества строительства наклонно направленных скважин в Западной Сибири (Проблемы, решения).- Тюмень: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.15.10.- Тюмень: ТюмГНГУ.- 1996.- 73 с.

42. Солодкий К.М. Принципы выбора стабилизирующих компоновок с заданными оптимальными параметрами / К.М. Солодкий, А.Ф. Федоров, А.С. Повалихин, B.J1. Шагалов, А.Г. Калинин //Нефтяное хоз-во.- 1984.- № 9.

43. Гречин Е.Г. Проектирование неориентируемых КНБК для реализации проектных продольных горизонтальных скважин / Е.Г. Гречин, В.М. Шенбергер, В.П. Овчинников, К.Е. Панов //Сб. тр. Ин-та Нефти и газа ТюмГНГУ: Изд-во Вектор Бук.- 2004.- С. 48-60.

44. Callas N.P., Callas R.L. Bounder Value problem is solved/ Oil and Gas J. 1980.Vol. 78, № 50.- P. 62-66.

45. Принципы выбора неориентируемых КНБК для направленного бурения скважин //Обзорная информ. Сер.: Бурение газовых и газоконденсатных скважин.- 1989.- № 6.- 24 с.

46. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов.- М.: Наука, 1965.

47. Оганов А.С. Принципы выбора неориентируемых КНБК для направленного бурения скважин /А.С. Оганов, В.В. Прохоренко, Г.С. Оганов, 1989.24 с.

48. Walner В.Н., Fridman M.B.,Trec-demensional force and deflection and lisis of a variable cross section drill string. J of Pressuare Vessel Technology, 1977.May.- PP.365-575.

49. Прохоренко В.В. Исследование и разработка оптимальных компоновок, содержащих турбобур с центраторами с помощью трехмерной аналитической модели КНБК в искривленной скважине /В.В. Прохоренко, Т.В. Крекина //Сб. тр. М.: ВНИИБТ,- 1988.- Вып. 64,- С. 37-52.

50. Поташников В.Д. Упругие центраторы для направленного бурения скважин /В.Д. Поташников, Э.С. Саневич //Бурение скважин.- .- № 1.- С. 2830.

51. Поташкинов В.Д. Технология направленного бурения наклонных стволов с наддолотным упругим центратором /В.Д. Поташкинов, Р.Х Ибрагимов, А.С. Доброемиелов, С.В. Ануфриев //Бурение и нефть.- 2003.- № 5.- С. 44-46.

52. Рассадников В.И., Поташников В.Д., Кузьмин Н.Н. Программа и результаты испытаний упругих центраторов НПК «Тобус» в ОАО «Сургутнефтегаз» на Тянском месторождении.- Сургут, Сургутское УБР-2, Акт испытаний от 17.06.2001.

53. Оганов А.С. Новые решения в проектировании компоновок низа бурильной колонны /А.С. Оганов, З.Ш. Бадреев, А.С. Повалихин //Нефтегазовые технологии.- 1999.-№ 3.- С. 11-16.

54. Гречин Е.Г. Анализ промысловых данных по применению надцолот-ных калибраторов для безориентированного управления зенитным углом скважины /Е.Г. Гречин, В.П. Овчинников, К.Е. Панов //Там же. С. 39-42.

55. Гречин Е.Г. Анализ опыта применения неориентируемых компоновок, включающих забойный двигатель уменьшенного диаметра /Е.Г. Гречин, В.П. Овчинников, К.Е. Панов //Там же.- С. 35-38.

56. Гречин Е.Г. Установление взаимосвязи между промысловыми данными и результатами теоретических расчетов компоновок для наклонного бурения /Е.Г. Гречин, В.П. Овчинников, К.Е. Панов // Там же.- С. 51-54.

57. Александров М.М. Силы сопротивления при движении труб в скважине.-М.: Недра, 1978,- 208 с.

58. Гречин Е.Г. Анализ работы стабилизирующих компоновок на скважинах Уренгойского газоконденсатного месторождения /Е.Г. Гречин, В.П. Овчинников, К.Е. Панов //Бурение и нефть.- 2005. № 5. - С. 29-31.

59. Подкорытов О.Н. Обоснование методики оперативного управления процессом строительства горизонтального ствола скважин: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 25.00.15- Санкт-Петербург, 2004. 20 с.

60. Середа Н.Г. Бурение нефтяных и газовых скважин /Н.Г. Середа, Е.Г. Соловьев.- М.: Недра, 1974.-С. 192-196.

61. Никитин Б.А. Научные основы разработки и реализации технологии строительства наклонно направленных и горизонтальных скважин. Диссертация в виде доклада на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.15.10.- Краснодар, 1996.- 87 с.

62. Копылов В.Е. Акустическая система связи с забоем скважины при бурении /В.Е. Копылов, И.Л. Гуреев.- М.: Недра, 1979.- С. 89.

63. Заявка на патент МКЕ Е 21 В 3/06. Способ формирования забойной нагрузки на долото в горизонтальных скважинах. Савиных Ю.А., Шенбергер В.М. Приоритет № 20044И6045 от 25.05.2004.

64. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.Л. Голямина.- М.: Советская энциклопедия, 1979.- С. 346-347.

65. Панфилов Г.А. Разработка научно-методических основ применения колебательных процессов для интенсификации бурения горизонтальных скважин 2000.

66. Балицкий П.В. Взаимодействие бурильной колонны с забоем скважины. М.: Недра, 1975.- С. 30-31.

67. Скучик Е. Основы акустики (перевод с немецкого). М., 1958.- С. 169.

68. Самутин В.Г. Борьба с шумом и вибрацией на геологоразведочных работах /В.Г. Самутин, М.М. Скорин. М.: Недра, 1987.- С. 11.