Разработка технологии с целью повышения эффективности зарезки новых стволов на больших глубинах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.10, кандидат технических наук Фикрет, Сеид-Рза оглы

• Фикрет, Сеид-Рза оглы
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фикрет, Сеид-Рза оглы

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ЗАРЕЗКИ НОВЫХ СТВОЛОВ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА ТИПОРАЗМЕРОВ ОТКЛОНЯЮЩИХ КОМПОНОВОК НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ ЗАРЕЗКИ НОВЫХ СТВОЛОВ НА БОЛШИХ ГЛУБИНАХ.

2.1. Основные типы отклоняющих КНБК, используемых при зарезках новых стволов на больших глубинах

2.2. Выбор типоразмеров отклоняющей КНБК для зарезки новых стволов на больших глубинах

2.3. Критерий выбора параметров отклоняющих КНБК для зарезки новых стволов на больших глубинах

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ОСЕВОЙ НАГРУЗКИ НА ДОЛОТО В ПРОЦЕССЕ ЗАРЕЗКИ НОВОГО СТВОЛА

3.1. Постановка задачи исследования

3.2. Влияние прочностных свойств цементного камня на искривление нового ствола в процессе зарезки.

3.3. Влияние отклоняющей силы, коэффициента фрезерующей способности долота и прочностных показателей цементного камня на изменение осевой нагрузки в процессе зарезки

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ВОЗВРАТОВ НОВОГО СТВОЛА В СТАРЫЙ ПРИ БУРЕНИИ ПОСЛЕ ЗАРЕЗКИ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ КОМПОНОВОК НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ, ПРЕДУПРЕЙДАЩИХ ЭТИ ОСЛОЖНЕНИЯ

5. РАЗРАБОТКА СПЕЩШГЬНЫХ КНБК ДЛЯ ЗАРЕЗКИ НОВЫХ

СТВОЛОВ В НАКЛОННЫХ СКВАЖИНАХ.

5.1. Критерий выбора параметров неориентируемых

КНБК.

5.2. Разработка специальных КНБК с повышенной отклоняющей способностью

5.3. Разработка технологии зарезки новых стволов неориентируемыми КНБК в сверхглубоких скважинах

ОСНОВНЫЕ вывода И РЕКОМЕНДАЦИИ.••••••••

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии с целью повышения эффективности зарезки новых стволов на больших глубинах»

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" указано на необходимость дальнейшего улучшения технико-экономических показателей буровых работ за счет ускоренного технического перевооружения, дальнейшего совершенствования технологии и организации их". Решение этой задачи связано, в первую очередь, с ликвидацией аварий и осложнений, возникающих в процессе бурения глубоких скважин и доведения их до проектной глубины. В рамках этой проблемы особое место занимает сокращение материальных затрат путем совершенствования техники и технологии зарезки и бурения нового ствола.

Актуальность проблемы.

Одним из основных путей ликвидации тяжелых аварий и осложнений и доведения скважин до проектной глубины является за-резка и бурение нового ствола. К этой операции обычно прибегают в тех случаях, когда ловильные или исправительные работы не приносят успеха.

В настоящее время, ввиду отсутствия единого научно обоснованного подхода, вопросы выбора типоразмеров компоновок низа бурильной колонны (КНБК) и параметров режима зарезки на практике решаются на базе имеющегося опыта. Такой подход позволяет успешно осуществлять зарезку нового ствола на малых глубинах.

С увеличением глубин скважин происходит изменение условий, влияющих на 'процесс формирования нового ствола при за-резке. С одной стороны - растет твердость горных пород, а с другой - снижается прочность цементного камня и уменьшаются

- 5 геометрические характеристики (следовательно, отклоняющая сила на долоте) и жесткость забойных двигателей. Такое положение зачастую приводит к тому, что новый ствол в процессе долбления отклоняющей компоновкой не формируется и долото, разбуривая цементный камень, движется по старому стволу. Б результате возникает необходимость повторения всей операции зарезки, включая установку цементного моста, что приводит к дополнительным материальным затратам. С увеличением глубин количество затрат возрастает,

В этой связи проблема разработки технологии зарезки на больших глубинах представляется актуальной и имеет большое практическое значение.

Цель работы. Повышение эффективности зарезки новых стволов на больших глубинах путем разработки технологических мероприятий и совершенствованием технических средств.

Основные задачи работы

Разработка теоретических основ выбора типоразмеров отклоняющих КВБК для зарезки новых стволов на больших глубинах.

Разработка методики расчета значений режимных параметров при зарезке нового ствола с цементного моста.

Исследование причин возвратов нового ствола в старый в процессе его бурения после зарезки и разработка рекомендаций по выбору параметров неориентируемых КНБК, предупреждающих эти осложнения.

Внедрение результатов исследований в промышленности и оценка экономической эффективности их использования.

Научная новизна

Для выбора параметров отклоняющих КНБК, используемых

- 6 при зарезках новых стволов на больших глубинах, предложен метод, основанный на уменьшении удельной нагрузки на цементный камень со стороны контактирующих с ним элементов компоновки.

Впервые разработана методика расчета значений осевой нагрузки на долото в интервале зарезки нового ствола с цементного моста. Предложен метод оценки влияния соотношения прочностных свойств горных пород и цементного камня на процесс искривления нового ствола.

Выявлено влияние соотношения геометрических параметров нового ствола, сформированного отклоняющей компоновкой при зарезке и неориентируемой КНБК, используемой на следующем долблении на возможность возврата нового ствола в старый.

Практическая ценность

Разработанная классификация позволяет выбирать типоразмер отклоняющей КНБК в зависимости от конкретных условий в скважине: диаметра ствола, глубины зарезки, характера пород в интервале зарезки.

Разработанная методика позволяет рассчитывать значения осевой нагрузки в интервале зарезки нового ствола в зависимости от геометрических и силовых характеристик применяемой отклоняющей КНБК, типа долота и соотношения прочностных свойств горных пород и цементного камня.

Разработаны рекомендации по выбору параметров неориен-тируемых КНБК, предупреждающих возвраты нового ствола в старый при бурении его после зарезки.

Для зарезки новых стволов в наклонных скважинах в условиях ограниченного интервала и высокой твердости горных пород разработаны специальные забойные компоновки, обеспечивающие повышенную интенсивность уменьшения зенитного угла.

Основные результаты работы получены в рамках проводимых исследований по заданию IS 02.12.04 "Разработка системы управления проводкой наклонно-направленной скважины на морских месторождениях" целевой комплексной научно-технической программы 0.Ц.007 ГКНТ и Госплана СССР, гос.регистрации 0182.9056995 и по проблеме "Разработка техники и технологии бурения наклонных скважин глубиной 4000-7000 м с большими отклонениями забоя от вертикали (2000-4000 м)", № гос.регистрации 0I8II005677, координируемой Минвузом Азерб.ССР.

Реализация работы. Основные результаты проведенных исследований внедрены на буровых предприятиях всесоюзного производственного объединения "Каспморнефтегазпром" и производственного объединения "Союзбургаз".

Рекомендованные забойные компоновки для зарезки и бурения нового ствола и рассчитанный режим изменения осевой нагрузки для этих КНБК были успешно использованы при зарезках новых стволов в МУБР "Бухта Ильича", Калмасской экспедиции глубокого бурения.

Экономический эффект от внедрения указанных мероприятий составил 76,8 тыс.рублей.

Апробация работы. Основные разделы диссертации докладывались на П и 1У Республиканских конференциях аспирантов вузов Азербайджана, Республиканской научно-технической конференции по вопросу: "Итоги и направления научно-исследовательских работ в области бурения глубоких скважин", проведенной совместно АН Азерб.ССР, ПО "Азнефть", БП0 "Каспморнефтегазпром" и Аз-НИПИнефть.

- 8

I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ЗАРЕЗКИ НОВЫХ СТВОЛОВ НА БОЛВПИХ ГЛУБИНАХ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

Ликвидация различных аварий и осложнений, возникающих в процессе проводки скважин, часто связана с зарезкой и бурением новых стволов. К этой операции обычно прибегают в тех случаях, когда ловильные или исправительные работы не дают положительных результатов.

Существующая технология проведения операций зарезки заключается в следующем. На выбранном интервале ствола устанавливается цементный мост, верхняя часть которого становится искусственным (новым) забоем. После этого в скважину спускается отклоняющая компоновка низа бурильной колонны (КНБК), которой в специальном режиме производится формирование нового ствола с цементного моста в проектном азимуте. Режим бурения в интервале зарезки (режим изменения осевой нагрузки, частота вращения долота, расход бурового раствора) выбирается по результатам бурения старого ствола, а параметры отклоняющей КНБК - из практического опыта. После работы с отклоняющей КНБК в скважину спускается неориентируемая забойная компоновка, в процессе долбления которой осуществляется окончательный отход от старого и продолжается бурение нового ствола.

Использование описанной технологии позволяет успешно осуществлять зарезку новых стволов на малых глубинах в относительно благоприятных условиях: высокая прочность цементного камня, малая твердость горных пород, слагающих интервал зарезки, возможность использования жестких отклоняющих компоновок и т.д.

С ростом глубин скважин картина изменяется: происходит качественное и количественное изменение условий, влияющих на процесс зарезки.

Во-первых, с увеличением прочностных показателей горных пород отклоняющая сила на долоте, необходимая для эффективного фрезерования стенки скважин, также должна увеличиваться. Однако, применяющиеся в практике забойные двигатели малых диаметров не обладают достаточными энергетическими ресурсами, способными обеспечить высокие отклоняющие нагрузки. Кроме этого, малые поперечные размеры и их низкая жесткость не позволяют получать высокие значения отклоняющей силы на долоте.

Во-вторых, с ростом глубины и уменьшением диаметра скважины прочность камня цементных мостов, устанавливаемых в интервале зарезки, ухудшается. Это является следствием отрицательного влияния температуры и давления, а также добавки в цементный раствор замедлителей сроков схватывания. Низкая прочность цементного камня отрицательно влияет непосредственно на интенсивность искривления нового ствола, так как скорость разрушения цементного камня (осевая скорость движения долота) значительно выше скорости разрушения породы (скорость фрезерования стенки скважины).

Следует отметить, что имеется некоторый практический опыт по зарезкам новых стволов на больших глубинах. Вместе с тем, отсутствие научно-обоснованной технологии приводит к частым неудачам, что является причиной дополнительных материальных затрат. Достаточно сказать, что в скв. 71 площади Бахар для зарезки нового ствола с глубины 4700 м потребовалось 263 сут, а в скв. 7 площади Южная - с глубины 4500 м - 80 сут.

Таким образом, в рамках проблемы сокращения затрат на ликвидации аварий и осложнений в глубоких скважинах и доведе

- 10 ния их до проектной глубины задача разработки технологии зарезки и бурения новых стволов в настоящее время приобретает важное значение. Основные направления исследований - это повышение механических свойств цементного камня при установке мостов в глубоких скважинах, разработка теоретических основ к выбору типоразмеров КНБК и значений режимных параметров на интервале зарезки, разработка новых типов отклоняющих КНБК малых диаметров для зарезки новых стволов в условиях высокой твердости пород и ограниченного участка открытого ствола.

Современное состояние техники и технологии установки мостов отражено в работах /8,10,11,32,44,55/, Не останавливаясь подробно на этом вопросе, отметим, что одним из основных направлений, по которое ведутся исследования, является изыскание тампонажных материалов, качество которых отвечало бы условиям зарезки на больших глубинах.

В работе /9/ приводятся данные по установке цементных мостов по объединениям "Краснодарнефтегаз", "Беларусьнефть" и "Грузнефть". В общем случае удачно было установлено только цементных 85 мостов, в 41 случае мостов вообще не оказалось, а в 46 случаях они имели низкую прочность и не были пригодны для зарезки. По данным, приведенным в работе /55/ в 58 рассмотренных случаях зарезки новых стволов по объединениям "Аз-нефть" и "Каспморнефтегазпром", в 36 скважинах цементные мосты устанавливались от 2 до 5 раз ввиду их низкого качества.

Ашрафьян М.О. считает /8/, что задача получения высокопрочного цементного камня при установке мостов на больших глубинах осложняется действием таких факторов, как высокая температура, давление, водогазонефтепроявления и пр. Важное

- II значение имеют также реологические свойства цементного и бурового растворов, чистота ствола скважины и его каверноз-ность, режимы движения нисходящего и восходящего потоков.

В работе /12/ показано, что на процесс зарезки оказывают влияние модуль деформации и твердость (по штампу) цементного камня. На основе анализа зависимостей отклоняющей силы от моруля деформации авторы приходят к выводу, что применение тампонажных материалов, значение модуля деформации которых выше 50 МПа, нецелесообразно, так как в этом случае отклоняющая сила достигает своего максимального значения.

Интересные исследования были проведены чехословацкими учеными /79,80/. Приведены критерии оценки эффективности, разработанные с использованием большого объема экспериментальных исследований. Выбор цемента для цементного моста с учетом этих критериев обеспечивает эффективное забуривание нового ствола. В частности, делается вывод, что отношение прочности (буримости) цементного камня к прочности породы в данном интервале является главным показателем возможной эффективности забуривания нового ствола. Причем, оценка бури-мости на образцах в лаборатории должна производиться по методу Л.А.Шрейнера, в основе которого лежат корреляционные зависимости прочности материала (цемента или породы) на сжатие и скорости разрушения при бурении.

Одним из путей улучшения качества цементного камня (физических и механических показателей) является обработка цементных растворов переменным магнитным полем перед закачкой его в скважину /16,60/. Для выявления возможностей магнитной обработки цементных растворов при установке мостов были проведены экспериментальные исследования /40/. Результата этих

- 12 исследований показали, что магнитная обработка цементного раствора, содержащего магнетитовый утяжелитель приводит к улучшению физико-механических свойств цементного камня (максимальный прирост прочности на изгиб составил 33%), однако при этом несколько сокращаются сроки схватывания (на 10-15 мин) и уменьшается растекаемость цементного раствора.

Обобщение данных, приведенных в работах /7,19,20,24,31, 34,43,45,48,49,59/ показало, что наиболее часто используемые в отечественной практике компоновки для зарезки новых стволов на больших глубинах - это: долота диаметров 190,5 и 215,9 мм (трехшарошечные, одношарошечные, алмазные, ИСМ, за-резные), турбобуры или турбинные отклонители диаметров 164 и 172 мм, кривые переводники с утлом изгиба от I до 3°, УБТ диаметром 146 мм и длиной от 6 до 28 м. Недостатками этих КНБК являются низкие энергетические характеристики применяемых турбобуров малых диаметров, наличие большой величины момента трения в радиальных опорах турбобура и момента трения между долотом и стенкой скважины от действия отклоняющей силы. Вместе с тем, геометрические параметры компоновок позволяют осуществлять формирование нового ствола за счет асимметричного разрушения забоя с участием процесса фрезерования стенки скважины боковой поверхностью долота /36/. Так, например, опыт бурения наклонных скважин компоновками с турбинными отклонителями /3-6,14,15,18,28,35,42,50,53,58*63/ показал, что небольшое расстояние от долота до места искривления позволяет получать достаточно высокие темпы искривления. Отмечается также, что турбинные отклонители позволяют регулировать интенсивность искривления с помощью смены присоеди

- 13 нительного переводника между шпинделем и нижней секцией,

В последние годы отечественной промышленностью освоен серийный выпуск винтовых забойных двигателей различных диаметров. Эти двигатели имеют повышенную моментную характеристику по сравнению с обычными турбобурами, низкую частоту вращения вала, жесткую характеристику нагрузка-частота вращения, малые габаритные размеры.

Перечисленные преимущества являются причиной повышенного интереса к этим двигателям в плане перспективы использования их при зарезках новых стволов на больших глубинах.

В работе /51/ приводятся результаты црименения винтового двигателя Д2-172М на морских месторождениях Азербайджана при бурении скважин глубиной 4000-5000 м. Установлено, что для условий глубины 4500 м, плотности бурового раствора 2150 кГ/м3 эффективная работа двигателя обеспечивается при расходе бурового раствора 0,024 м3/с, причем в диапазоне максимальной мощности Д2-172М обладает вращающим моментом равным 4750 н»м, что почти на 60% выше, чем у турбобура ТСШ-215.

Анализ данных по использованию винтового двигателя Д2-172 при бурении наклонных скважин в объединении "Пермьнефть" приведен в работах /46,52,54/. Влияние отклоняющей силы й осевой нагрузки на долото на частоту вращения вала винтового двигателя определялось экспериментальным путем в /34,37/. Установлено, что увеличение отклоняющей силы от 0 до 20 кН приводит к уменьшению частоты вращения вала двигателя Д2-172 на 5-7$, а при увеличении осевой нагрузки от 50 до 270 кН частота вращения вала двигателя уменьшается на 2,5-7,0$ при промывке водой и на 15,0-16,5$ при промывке глинистым раствором. Расчет

- 14 производился при условии равенства отклоняющей силы нулю, то есть когда искривление ствола скважины происходит только за счет асимметричного разрушения забоя. Однако, при зарезках новых стволов новый ствол формируется как за счет фрезерования стенки скважины под действием отклоняющей силы, так и за счет асимметричного разрушения забоя, что предъявляет другие требования к используемым для этих целей КНБК, в связи с чем вопрос расчета и выбора параметров отклоняющих компоновок с винтовыми двигателями для зарезки новых стволов требует дополнительных теоретических исследований. Результаты использования двигателей Д-127 в качестве отклонителя (прямой соединительный переводник между шпинделем и рабочей парой заменен на искривленный с углом перекоса осей 1,5°) показали, что может быть достигнута интенсивность увеличения зенитного угла 1,5-3°, а азимута - 14-20° на 10 м проходки в интервале глубин 500-700 м (скв. 424 и 165 БГДУ "Орджоникидзенефть"). При этом получены более высокие показатели работы долот по сравнению с турбинными отклонителями T0-I27 и 0Т2Ш-127 /64/. Двигателем Д-127 была успешно осуществлена зарезка нового ствола в скв.24 площади Мурадханлы в интервале 4312-4333 м. Отклоняющей компоновкой: долото одношарошечное диаметром 140 мм, Д-127 с клапаном, кривой переводник 2°, УБТ диаметром 108 мм длиной 6 м получена интенсивность увеличения зенитного угла 1°45* на Юм.

Результаты использования в качестве отклонителя двигателя Д85 приводится в работе /25/. Зарезка нового ствола в скв. 10 площади Инчхе-море на глубине 152 м осуществлялась с помощью Д-85 с упругим отклонителем.

Опыт зарезки новых стволов с помощью Д2-172 в семи сква

- 15 жинах на различных глубинах (от 3000 до 5300 м) обобщен в /51/. Отклоняющими компоновками служили: долота ВДК-188С6, ВДВ-212С2 одношарошечное диаметром 215,9 мм, Б-243СТ, двигатель Д2-172М с МИ (механизм искривления, устанавливаемый между шпинделем и рабочей парой) с углом изгиба 1,5° (или без него) и кривым переводником (КП), устанавливаемым над двигателем с углом перекоса от 1° до 2°20' (или без него), УБТ диаметром 146, 178 мм длиной до 9 м. Получена интенсивность искривления от 0°30' до 1°30' на 10 м проходки. В результате проведенного анализа авторы приходят к выводу, что наиболее надежной компоновкой гарантирующей успешную зарезку нового ствола является Д2-172 с двойным искривлением (МИ- 1,5° и КП - 1°) в одной плоскости.

В зарубежной практике наиболее распространенным вариантом отклоняющей компоновки для зарезки новых стволов является долото - винтовой двигатель Дайна-Дрилл с кривым переводником между шпинделем и рабочей парой /65,66,68-71,73-78,81/. Угол искривления кривого переводника изменяется в зависигюсти от условий и цели зарезки. Компоновку долото-двигатель с центратором, имеющей шарнирное соединение между двигателем и УБТ предлагается использовать в работе /72/, но отмечается, что при этом необходимо иметь очень высокую прочность камня цементного моста. Опыт использования отклоняющей компоновки долото-двигатель с экцентричшм стабилизатором описан в работе /67/. Последний представляет собой три пластины, расположенных на корпусе двигателя, одна из которых в сечение имеет больший, чем долото размер, что создает отклоняющую силу. Однако, заметим, что применение такой компоновки для зарезки

- 16 новых стволов также требует наличия цементного камня очень высокой прочности.

Анализ промысловых данных показал, что ввиду отсутствия научно обоснованного подхода, выбранная отклоняющая компоновка часто не соответствует реальным условиям в скважине. Это в значительной степени снижает эффективность ее использования и, как следствие, приводит к отрицательным результатам.

В качестве примера можно привести работы по зарезке нового ствола в скв. 71 площади Бахар.

Попытка сформировать новый ствол за счет асимметричного разрушения без участия отклоняющей силы компоновкой: долото зарезное ВДВ-212, винтовой забойный двигатель Д2-172М, УБТ диаметром 146 мм длиной 9 м в интервале 4690-4705 м закончилась безрезультатно. Через 20 часов работы винтовой двигатель вышел из строя и был заменен. В процессе следующего долбления такой же компоновкой на глубине 4741 м были обнаружены признаки оставшейся после аварии в скважине части бурильных труб в связи с чем процесс зарезки был остановлен. После вторичной установки цементного моста была предпринята попытка осуществить зарезку компоновкой: ВДК-212, винтовой двигатель Д2-172, кривой переводник с углом изгиба 1,5°, УБТ диаметром 146 мм длиной 9 м. Установкой кривого переводника между двигателем и УБТ предполагалось создать на долоте отклоняющую силу, что в конечном счете должно было привести к успеху операции. Однако, как показали расчеты, величина отклоняющей силы на долоте этой компоновки составляет примерно 2 кН, что меньше величины, необходимой для эффективного фрезерования стенки скважины на такой глубине. Кроме этого, нужно отметить необосно

- 17 ванную замену зарезного долота, применявшегося в предыдущем рейсе, на обычное. Формирование нового ствола указанной компоновкой в интервале 4673-4685 также закончилось безрезультатно.

Следующая попытка зарезки нового ствола в интервале 4685-4695 м компоновкой: долото зарезное БДВ-188С-2, 0TC-I64, УБТ диаметром 146 мм и длиной 9 м оказалась удачной, после чего была осуществлена расширка этого интервала и продолжено бурение нового ствола.

В скв. 416 площади Песчаный-море попытка зарезки нового ствола в интервале 4192-4200 м компоновкой: долото зарезное ВДВ-215,9, 3TCHI-I64 с металлической накладкой высотой 18,6мм на ниппеле турбобура, УБТ диаметром 146 мм и длиной 9 м закончилась безрезультатно. Установкой металлической накладки на ниппеле турбобура преследовалась цель создать на долоте отклоняющую силу. Однако, при этом не был учтен тот факт, что во время формирования нового ствола опорой металлической накладки служит цементный камень, прочность которого обычно ниже прочности породы. Удельные нагрузки со стороны накладки на цементный камень могут достигать значительных величин, превышающих предел прочности камня на сжатие. Б таких случаях цементный камень под металлической накладкой разрушается и последняя теряет свое назначение. Следующим рейсом компоновкой: долото алмазное зарезное ВДВ-215,9, 0TC-I64 (3 секции) в интервале 4200-4213 м попытка зарезки оказалась удачной, после чего было продолжено бурение нового ствола.

Большое влияние на успех операции зарезки оказывает режим работы отклоняющей компоновкой. В настоящее время отсутствует теоретически" обоснованная методика выбора значений

- 18 режимных параметров в интервале зарезки. На практике параметры режима зарезки выбираются по результатам бурения старого ствола. При этом механическая скорость углубления в интервале зарезки принимается в 3-4 раза меньше скорости бурения сплошным забоем на данной глубине. Очевидно, такой подход не учитывает геометрических и силовых характеристик используемой отклоняющей компоновки, типа долота и соотношения прочностных свойств цементного камня и горных пород, слагающих интервал зарезки.

Авторы работы /17/ отмечают, что интенсивность искривления нового ствола зависит от скоростей фрезерования и разрушения цемента. Скорость фрезерования зависит от конструктивных особенностей долота и отклоняющей силы, воздействовать же на нее с поверхности при существующих отклонителях нельзя. Скорость разрушения цемента может быть изменена в довольно широких пределах и, уменьшив ее при бурении с ограниченной подачей бурильной колонны, можно ускорить процесс зарезки. Однако, необходимо учесть, что внедрение долота в направлении, перпендикулярном его оси ограничено максимально возможной интенсивностью искривления данной компоновкой (речь идет как о конструктивных особенностях долота, так и геометрии системы долото - забойный двигатель). В связи с этим, чрезмерное уменьшение скорости подачи бурильной колонны не оказывает существенного влияния на интенсивность искривления нового ствола.

Практически уменьшение интервала зарезки достигается путем неоднократного прорабатывания одного и того же участка до образования уступа в стенке скважины. После образования уступа достаточной ширины проработку ствола прекращают и

- 19 дальнейшее бурение ведут с ограниченной нагрузкой. По мере увеличения ширины уступа нагрузку на долото увеличивают.

Однако, заметим, что повторные прорабатывания ствола скважины и создание уступа на больших глубинах осложняется тем, что в условиях большой длины бурильной колонны определение местоположения уступа в конце каждого прорабатывания затруднено, в результате чего забойный двигатель занимает различные положения по длине ствола. Это цриводит к изменению реактивного момента двигателя и, как следствие, изменению положения плоскости отклонителя в стволе скважины. Кроме этого, при продолжительной работе на одной точке (поддержание "мертвой точки") и замедленных подачах бурильной колонны долото работает на повышенных скоростях вращения и происходит преждевременный износ его боковой фрезерующей поверхности /21,38/. Следует добавить, и то, что срок службы забойного двигателя (межремонтный период) ограничен и не должен быть меньше времени бурения интервала зарезки.

Большое практическое значение при зарезках новых стволов имеет вопрос выбора породоразрушающего инструмента. В работе /26/ рассмотрена целесообразность зарезки 4-х шарошечными долотами. Преимущество этого типа долот перед трехшарошечны-ми заключается в том, что необходимая величина уступа для первых меньше, чем для вторы. Минимальная величина уступа берется как площадка, необходимая для того, чтобы по ней перекатывались одновременно две шарошки.

Новая форма зарезных долот на базе долот ИСМ-188 и ИСМ-212 предлагается в работе /2/. Секции долота на расстоянии 120-150 мм от торца срезаются, а полученные острые торцы секций армируются твердым сплавом. Таким образом, уменьшается скорость разрушения забоя и увеличивается скорость фрезерования стенки скважины этим долотом.

Авторы работы /27/ предлагают использовать эксцентричное долото, отличающееся от обычного тем, что ось резьбы смещена на некоторую величину. Это приводит к смещению массы УБТ относительно оси вращения в непосредственной близости от забоя к возникновению дополнительной нагрузки, действующей на долото.

Чехословацкие ученые /82/ разработали специальное за-резное алмазное долото, отличающееся повышенной фрезерующей способностью. Это долото по форме близко к отечественным зарезным ИСМ и алмазным долотам, применяющимся в настоящее время на практике. Конструктивное исполнение таких долот позволяет передавать на стенку скважины высокие удельные нагрузки, поэтому уже при небольших величинах отклоняющей силы скорость фрезерования, зарезными долотами выше, чем у обычных.

Б работе /29/ приводятся данные по применению специального зарезного долота ИСМ-267 в компоновке с турбобуром А7Н4с, кривым переводником с утлом перекоса осей 2,5°, УБТ 178 мм - 9 м при зарезке ствола с глубины 4686 м. Отмечается высокая эффективность использования этих долот в крепких породах.

Опыт промышленного испытания специальных зарезных алмазных долот новой конструкции обобщается в работе /13/. Благодаря наружной и внутренней конусности при контакте колоколо-образного долота со стенкой скважины создается удельное давление, значительно превышающее удельное давление создаваемого серийными алмазными долотами. Это обстоятельство обеспе

- 21 чивает высокую интенсивность искривления ствола скважины непосредственно в процессе зарезки.

Отдельный класс задач представляет собой зарезка новых стволов в наклонных скважинах с уменьшением зенитного угла неориентируемыми компоновками типа долото-турбобур с центратором (отвесные КНБК).

Б работе /39/ отмечается опыт использования компоновки, включающей зарезное долото ИСМ-212МС, одну секцию турбобура А74НС длиной 9 м, УБТ диаметром 146 мм дайной 46 м, два лопастных центратора диаметром 210 мм. Зарезка осуществлялась на глубине 4880 м, причем интенсивность уменьшения зенитного угла составила 0,4° на 10 м проходки при начальном его значении равном 7°30'. Аналогичным способом была осуществлена зарезка нового ствола на глубине 5030 м в скв.562 площади Булла-море (начальный зенитный угол составлял 8°) при помощи КНБК, включающей зарезное долото ИСМ-188, 2А6Ш-16М, центратор диаметром 182 мм, УБТ диаметром 146 мм длиной 9 м.

Б /30/ приводятся результаты зарезки роторным способом: специальное зарезное долото диаметром 214 мм, УБТ диаметром 178 мм длиной 27 м. Отмечается, что поддерживался режим с нарастающей механической скоростью, причем, через 28 м проходки ствол был полностью сформирован.

Анализ приведенных данных показал, что выбор диаметра и места установки центратора в каждом случае осуществлялся без учета таких факторов, как геометрия ствола, длина и жесткость двигателя. Кроме этого, требует исследования вопрос расчета длины интервала и режима зарезки с помощью отвесной компоновки.

Выше отмечалось,.что следующим после работы отклонителем

- 22 этапом является бурение нового ствола неориентируемой компоновкой. Этот процесс имеет специфическую особенность: новый ствол частично сложен цементным камнем, прочность которого обычно ниже прочности породы. Указанное обстоятельство вносит заметные изменения в работу забойной компоновки. Не случайно, большая часть возникающих при зарез-ке новых стеолов осложнений (возвраты в старый ствол, заклинивание долота об оставшуюся после аварии в скважине бурильную колонну и др.), происходит именно на этом этапе. В литературе проблема выбора параметров КНБК и режима бурения нового ствола практически не освещена (не считая работу Фараджева Т.Г. и др. /61/, посвященную вопросу снижения показателей работы долота при бурении второго ствола скважины). Вместе с тем, эта задача на сегодняшний день сохраняет острую актуальность и требует теоретического исследования.

Обобщая вышеприведенный анализ, выделим следующие задачи исследования:

1. Разработка теоретических основ выбора типоразмеров отклоняющих КНБК для зарезки новых стволов на больших глубинах в различных условиях.

Заключение диссертации по теме «Бурение скважин», Фикрет, Сеид-Рза оглы

Выводы и рекомендации.

1, Использование комплекса технологических мероприятий позволяет повысить эффективность зарезки новых стволов на больших глубинах. • •

2. Учитывая результаты внедрения комплекса технологических мероприятий, обладающих рядом отмеченных преимуществ, рекомендовать его к широкому использованию при зарезках новых стволов на больших глубинах.

Представители КЭГБ Главный инженер

КИРИЕНКО В.В.

- Начальник rt планово-экономического отдела rt

Начальник производственно-технического, отдела

ИВКИНА В.В.

ЕЩЛЕР Б.Л.

Зав. проблемной лабораторией "Технология сверхглубокого бурения",к.т.н.

САКОВИЧ Э.С.

ГЛл. науч. сотрудник проблемной ; лаборатории ^'Технология сверхглубокого бурения" Ф.СЕИД-РЗА

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фикрет, Сеид-Рза оглы, 1984 год

1. Алексеев Ю.Ф. Современные методы прогнозирования физико-механических свойств горных пород и показателей работы долот. - М.: Недра, 1968. - 176 с.

2. Антонов В.Ф., Сельвашук А.П., Литвяк Е.Н. Специальное долото для забуривания нового ствола скважины, - Газовая промышленность, 1974, № 4, с.7-8.

3. Аронов Ю.А., Васильев Ю.С., Калинин А.Г. Опыт применения турбинных отклонителей. - Бурение. РНТС, 1965, № 5, с. 2123.

4. Аронов Ю.А., Васильев Ю.С., Калинин А.Г. Бурение наклонной скважины с отклонением 1258 м в условиях Западной Сибири. - Нефтяное хозяйство, 1967, № 5, с.58-59.

5. Аронов Ю.А., Васильев Ю.С., Калинин А.Г. Техника и методы управления траекторий ствола наклонной скважины. - М.: ВШИОЭНГ, 1971. - 88 с.

6. Астафьев П.И., Князев И.К., Кошкин И.В. Опыт бурения наклонно-направленных скважин в Пермьской области. - Сб.науч. тр. Всесоюзн.науч.-исслед. ин-та бур.техники, 1971, вып.26, с.51-55.

7. Ашрафьян М.О. Влияние технологических факторов на качество цементирования скважин. - М.: ВШИОЭНГ, 1978. - 56 с.

8. Ашрафьян М.О., Булатов А.И. Установка цементных мостов в- 126 глубоких скважинах. - М.: ВШИОЭНГ, 1968. - 129 с.

9. Ашрафьян М.О., Фельдман И.М. Опыт установки цементных мостов в кавернозной части ствола скважины. - НТО, Сер.Буре-яие, 1966, $ 8, с.7-10.

10. Ашрафьян М.О. Повышение качества разобщения пластов в глубоких скважинах. - М.: Недра, 1982. - 152 с,

11. Ашрафьян М.О., Еремин Г.А. О необходимой прочности камня цементного моста цри забуривании второго ствола турбинным способом. - Нефтяное хозяйство, 1972, 2, с.21-23.

12. Безумов В.В., Тычинский Р.Д. Промышленные испытания опытных алмазных зарезных долот новой конструкции для забури-вания вторых стволов в Бориславском УБР. - Сб.науч.тр. Всесоюз.науч.-исслед.ин-та бур.техники, 1979, вып.46,с.95-97.

13. Безумов В.В., Мочалов В.Ф., Утебаев Б.К. Забуривание нового ствола в скважине СГ-2 Биикжал на глубине 4985 м. - Бурение. РНТС, 1972, lb 9, с. 9-12.

14. Безумов В.В. Исследование боковых усилий прижатия долота в отклоняющих компоновках при забуривании вторых стволов.- Сб.науч.тр. Всесоюз.науч.-исслед.ин-та бур.техники, 1979, вып.46. с.86-94.

15. Бережной А.И., Зельцер П.Я., Муха А.Г. Электрические и механические методы воздействия при цементировании скважин.- М.: Недра, 1976. - 182 с,

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

17. Васильев Ю.С., Калинин А.Г., Попов В.М. К определению искривления ствола при работе с шарнирными отклонителями.- 127 -- Сб.науч. тр. Все союз. науч. -иссле д. ин-та бур.техники, 1967, вып.17, с.35-40.

18. Волков А.В. Опыт забуривания нового ствола скважины в крепких породах. - Бурение. РНТС, 1972, № II, с.12-14.

19. Григорян Г.Н. О принципе работы турбинных отклонителей ОТС. - Нефтяное хозяйство, 1983, № 5, с.20-21.

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

21. Гулизаде М.П. Турбинное бурение наклонных скважин. - Баку: Азернефтнешр, 1959. - 306 с.

22. Гулизаде М.П., Кауфман Л.Я., Сушон Л.Я. Методика расчета интенсивности искривления ствола наклонной скважины.- Тюмень, 1974. - 60 с.

23. Гулизаде М.П., Гайдаев Ю.Ш. Выбор утла кривого переводника и осевой нагрузки на долоте при бурении наклонной скважины. - Изв.вузов. Нефть и газ, 1968, № 12, с.15-19.

24. Воли-заде У.А. Опыт пр; шшленных испытаний забойных двигателей Д-85 в Азербайджане. - Бурение. РНТС, 1976, J6 7, с.15-16.

25. Давлетбаев М.Г. Влияние типа долота на заьуривание второго ствола скважины. - Бурение. РНТС, 1966, № II, с.10-12.

26. Дороднов И.М., СуховерховВ.Г. Исследование зарезающей способности алмазного долота ИСМ-212А в твердых породах.- Сб.науч.тр. Укр.Гос.науч.-исслед.и проект.ин-та нефт. пром-ти, 1976, вып.20, с.П-13.

27. Емельянов П.В., Петухов В.В. Анализ работы отклонителя турбинного ОТ-7 */2 при бурении наклонных скважин на Усть-Балыкском месторождении. - В кн.: Бурение и эксплуатация нефтяных скважин. Тюмень, Гипротюменнефтегаз, 1970,с.56-62.

28. Забуривание второго ствола скважины в крепких породахс глубины 4700 м / Е.-М.Левин, Б.В.Петров, А.Я.Кучеренко и др. - Бурение. PHTC, 1971, № 7, с.14-17.

29. Забуривание нового ствола скважины на большой глубине/ А.Т.Левченко, Г.И.Лемиш, Ю.А.Климов и др. - Нефтяная и газовая промышленность, 1975, Jfc 5, с.22-23.

30. Зейналов Ф.Ю. Особенности зарезки второго ствола. - Газовая промышленность, 1981, № 2, с.48-49.

31. Изучение механических свойств тампонажного камня и горных пород при установке мостов / М.Н.Махмудов, А.И.Булатов, А.А.Абрамов и др. - Изв.вузов. Нефть и газ, 1970,1. Л 6, с.29-32.

32. Инструкция по бурению наклонно-направленных скважин: РД 39-2-810-83 / М-во нефт.пром.: ВНИИБТ. - М.: 1983. - 152 с.

33. Инструкция по забуриванию новых стволов в глубоких скважинах с помощью турбинных отклонителей ОТО / Всесоюз. науч.-исслед. ин-т бур. техники. - М.: ВНИИБТ, 1971. - 57с.

34. Интенсивность искривления скважин цри использовании турбинных отклонителей / Т.Н.Бикчурин, Ф.А.Козлов, М.Т.Гусман и др. - Нефтяное хозяйство, 1977, № 8, с. 15-16.

35. Исследование влияния неравномерности искривления ствола на величину отклоняющей силы в процессе зарезки наклонной скважины / Л.Я.Сушон, Т.Г.Аргентовская, А.А.Арутюнов и др. - Сб. науч.тр. Сибир.науч.-исслед.ин-т нефт. пром-ти, 1976, вып.4, с.12-18.

36. Каплун А.А. Экспериментальное определение зависимостискорости вращения вала ВЗД от отклоняющей силы на долоте, - Бурение. РНТС, 1979, № 8, с.15-16.

37. Корреляционный анализ скоростей фрезерования стенки ствола и бурения наклонных скважин / Н.А.Григорян, Н.М.Джа-фарова, Г.М.Эфендиев и др. - Изв.АН Азерб.ССР, Сер. Наука о Земле, 1980, й I, с.69-74.

38. Летуновский Г.А., Филев В.Н., Спивак Е.Д. Забуривание нового ствола скважины на большой глубине с использованием отвесной компоновки. - Бурение. РНТС, 1981, 3, с.23-2.

39. Мамедтагизаде A.M., Сеид-Рза Ф. Повышение качества цементного камня при установке мостов в глубоких скважинах. - Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1983, № 5, с.29-31.

40. Методика расчета отклоняющей КНБК с винтовыми забойными двигателями / Ю.В.Вадецкий, К.Б.Шахбазбеков, Л.Я.Кауфман и др. - Изв.вузов. Нефть и газ, 1979, Л 5, с.19-23.

41. Мочалов В.Ф., Безумов В.В., Архипов И.Г. Безориентировочный набор угла наклона скважины с помощью шарнирных турбинных отклонителей. - Сб.науч.тр. Всесоюз.науч.-исслед. ин-та бур.техники, 1971, вып.26, с.17-21.

42. Мязитов К.У., Дадашев Н.Г., Аллахвярдиев К.Г. О забурива-нии нового ствола на больших глубинах. - Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1972, № 10, с. 10-18.

43. Определение оптимальных профилей наклонных скважин / М.П. Гулизаде, Б.М.Хадимбеков, Н.А.Бадалов и др. - Изв.вузов. Нефть и газ, 1976, № II, с.33-37.

44. Опыт зарезки нового ствола на глубине 5793 м / Ю.А.Аронов, В.В.Безумов, Ю.С.Васильев и др. - Бурение. РНТС, 1968, № 4, с.3-5.

45. Опыт зарезки нового ствола в малогабаритной скважине на глубине 4700 м / Ш.З.Ахмедов, Я.Г.Багиянц, Г.М.Финкель-штейн и др. - Сб.науч.тр. Азерб.науч.-исслед.ин-та по бурению нефт. и газ. скважин, 1965, вып.8, с.122-126.

46. Опыт наклонно-направленного бурения скважин на Усть-Ба-лыкском месторождении / Б.М.Бикбулатов, Л.Г.Савва, Р.К.Ха-иров и др. - Бурение. РНТС, 1968, J& 8, с.3-6.

47. Опыт применения винтовых забойных двигателей при бурении глубоких скважин в Азербайджане / У.А.Гкши-заде, А.Г.ОДциваш, Р.Е.Багиров и др. - Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1977, № 5, с.22-25.

48. Особенности технологии бурения винтовыми забойными двигателями - Ю.В.Вадецкий, В.А.Каплун, И.К.Князев и др. - Бурение. РНТС, 1976, й 6, с.7-10.

49. Применение турбинного отклонителя типа ОТС для наклонно-направленного бурения / И.Архипов, И.Вавов, Ю.Аронов и др.- Нефтяник, 1971, 10, с. 15-16.

50. Промышленная эксплуатация винтовых забойных двигателей / Ю.В.Вадецкий, К.Б.Шахбазбеков, Л.Я.Кауфман и др. - Изб. вузов. Нефть и газ, 1979, JS 5, с. 19-23.

51. Рыскин Е.П., Дадашев Н.Г., Мязитов К.У. Эффективность ликвидации аварий в глубоких скважинах путем бурения нового ствола. - Баку: АзШИНТИ, 1976. - 32 с.

52. Садыгов С.Х., Агабалаев Э.В. Опыт забуривания нового ствола скважины на большой глубине и в крепких породах. - Бурение. FHTC, 1983, В 10, с.4-5.

53. Симонянц Л.Е. Разрушение горных пород и рациональная характеристика двигателей для бурения. - М.: Недра, 1966.- 228 с.

54. Соловьев А.В. Пути усовершенствования турбинных отклони-телей. - Сб.науч.тр. Всесоюз.науч.-исслед.ин-та бур.техники, 1975, вып.34, с.19-28.

55. Тагизаде Т.Г., Григорян Н.А. Зарезка и бурение второго ствола при проводке наклонных скважин. - Разработка и эксплуатация.морских и газовых месторождений, НТС, 1966,№ 8, с.14-22.

56. Улазовский В.А., Ананьина С. А. Влияние омагниченной воды затворения на процессы кристаллизационного твержения цементного камня. - Волгоград, 1970. - 114 с.

57. Увеличение перепада давлений - одна из причин снижения показателей долота во П стволе скважины / Т.Г.Фараджев, Т.Г.Восканов, Н.Г.Сафаралиев и др. - Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1971, В 10, с.18-20.

58. Федорычев В.А. Техника и технология забуривания дополнительных стволов из обсаженных скважин. - М.: ВНИИОЭНГ,1982. - 54 с.

59. Щербанин А. А. Применение отклоняющих устройств при наклонно-направленном бурении долотом диаметром 190 мм. - Бурение. РНТС, 1969, Л 12, с.11-12.

60. Эффективность зарезки и бурения новых стволов винтовыми двигателями Д-127 / Р.Е.Багиров, У.А.Гюли-заде, Э.А.Абишев и др. - Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1977,1. J£ 7, с.31-34.

61. Assem М., Khali к 4.4. Egyptians imlodtill hyh -angle holes. - Oil and Gas Jtrfeuta-homl, El, vol^^/6, p. /of

62. ЧО bmex.^ Мутон. Qizecfcona/l Co^/rof of Jot/v^ - ''/Qpe/tnc ая</

63. Gas J. */?/$, 1tot ЛОО, p. X3-XS, 8$, U

64. Poff/ns М-Р/7 euic/iHCj 7oofs Ргокс/es 6effet CefiM OJL %/zef-iionaf Hotez. - M/oi&f Off, №6, vof. /62, л/t, p. Ш-/ЗГ PoffMS P.M. PfuiP fyetaied

65. JlHff Тоо&.-М&у^Ш; I/at 27, p. tt-ss, 7P PouzPe И7. Ey Matafhon. 0/PъеР ^ kiks, tecczd wiPi cx>ok.