Совершенствование технологии изоляции зон поглощения бурового раствора профильными перекрывателями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат наук Филиппов Виталий Петрович

• Филиппов Виталий Петрович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Филиппов Виталий Петрович

ВВЕДЕНИЕ................................................................................5

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЙ БУРОВОГО РАСТВОРА РАСШИРЯЕМЫМИ ОБСАДНЫМИ ТРУБАМИ И РАЗРАБОТКА СПОСОБА, СНИЖАЮЩЕГО ЗАТРАТЫ ВРЕМЕНИ НА УСТАНОВКУ ИХ В СКВАЖИНЕ..................................................14

1.1 Типы соединения профильных труб.................................25

1.2 Анализ развальцевателей, применяемых при установке профильных перекрывателей в скважине........................................27

1.3 Технологии установки профильных перекрывателей

с использованием развальцевателей.........................................31

1.3.1 Технология изоляции поглощающих пластов оборудованием для локального крепления с частичным уменьшением диаметра скважины...........................................................................35

1.3.2 Технология изоляции поглощающих пластов оборудованием для локального крепления без уменьшения диаметра скважины.....37

1.4 Разработка технологии и технических средств локального перекрытия зон осложнений профильными перекрывателями с применением развальцевателя шарошечного в сочетании с

роликовым..........................................................................38

Выводы к главе 1................................................................44

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГЕРМЕТИЧНОЙ УСТАНОВКИ ПРОФИЛЬНОГО ПЕРЕКРЫВАТЕЛЯ В СКВАЖИНЕ ПУТЁМ РАСШИРЕНИЯ ЕГО ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ УЧАСТКОВ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СТУПЕНЧАТЫМ ДОРНИРОВАНИЕМ.........46

2.1 Разработка резьбового соединения и герметизирующего состава

для профильных перекрывателей..........................................................46

2.1.1 Определение геометрии участков внеконтактной деформации.......................................................................49

2.1.2 Определение напряжений при раздаче...............................52

2.1.3 Зависимость сопротивления деформации металла от степени деформации............................................................55

2.1.4 Расчёт интенсивности деформаций...................................57

2.1.5 Разработка герметизирующего состава для расширяемых резьбовых соединений..........................................................61

2.2 Создание способа раздачи пуансонами цилиндрических элементов стального перекрывателя в стволе бурящейся скважины.........................................................................66

2.3 Технология установки профильного перекрывателя с применением домкрата гидравлического и перепускного

клапана.............................................................................70

2.4 Устройство для удержания бурильной колонны от осевого

перемещения при работе гидродомкрата....................................73

Выводы к главе 2.....................................................................75

ГЛАВА 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОФИЛЬНОГО ПЕРЕКРЫВАТЕЛЯ...............................77

3.1 Разработка способа устранения «концевого эффекта» в верхней части перекрывателя............................................................77

3.2 Разработка извлекаемого башмака..........................................79

3.3 Технология герметизации профильного перекрывателя в

стволе скважины.............................................................................81

3.4 Компоновка нового оборудования для реализации технологии

локального крепления скважин расширяемыми трубами..............84

Выводы к главе 3.................................................................86

ГЛАВА 4. ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ РЕКОМЕНДАЦИЙ И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ

ЭФФЕКТИВНОСТИ...................................................................87

4.1 Установка профильного перекрывателя в скважине

41-КЬ на месторождениях Купал в Иране...........................................87

4.2 Опытно-промышленные работы в скважине 18 Александровского месторождения «Татнефть-Самара»...............90

4.3 Применение новой технологи и оборудования на скважинах

ПАО «Татнефть» и оценка их эффективности.............................98

Выводы к главе 4...............................................................101

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................103

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................105

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии изоляции зон поглощения бурового раствора профильными перекрывателями»

Актуальность темы

Одним из перспективных направлений снижения энергоёмкости и материалоёмкости при строительстве нефтяных и газовых скважин является развитие технологии разобщения пластов расширяемыми обсадными трубами без уменьшения диаметра скважины и без цементирования.

Специалистами ПАО «Татнефть» впервые в международной практике доказана возможность строительства скважин упрощённой конструкции с применением расширяемых стальных профильных труб вместо телескопически располагаемых промежуточных обсадных колонн. Для серийного производства стальных расширяемых труб - профильных перекрывателей (ПП) с цилиндрическими соединительными участками - в Республике Татарстан построен специализированный завод ООО «Перекрыватель» (г. Азнакаево).

Применены ПП в более 1700 скважинах для изоляции зон поглощения бурового раствора, нефтеводогазопроявлений и обвалов пород в самых сложных ситуациях, где другие методы изоляции не дали положительных результатов. При этом профильная часть расширяется в скважине за счёт давления жидкости, нагнетаемой в перекрыватель, а цилиндрические участки - путём раздачи развальцевателями. Однако установка длинномерных ПП вместо промежуточных колонн в бурящихся скважинах с раздачей цилиндрических участков развальцевателями шарошечными (РШ) связана с большими затратами времени (7-14 сут на один перекрыватель). Поэтому исследования по дальнейшему развитию этой уникальной технологии с целью снижения капитальных инвестиций в строительство скважин являются важной и актуальной задачей нефтегазодобывающей отрасли страны.

Степень разработанности темы

Специалисты Татарского научно-исследовательского и проектного института нефти компании «Татнефть» начали исследования по разработке расширяемых в поперечном сечении профильных стальных труб для изоляции зон поглощения бурового раствора в 1975 г.

В 1977 г. впервые в Лениногорском управлении буровых работ (УБР) в одной скважине были установлены три ПП длиной по 10 м каждый для перекрытия каверн с полным уходом промывочной жидкости и получен полный выход циркуляции.

Опыт применения профильных труб показал высокую надёжность и эффективность технологии локального крепления стенок скважины.

Технология бурения скважин долотом одного диаметра с последовательным перекрытием зон осложнений расширяемыми трубами ещё в 1990 г. была запатентована «Татнефтью» в 13 странах, в том числе в США, Канаде, Норвегии, Японии и других.

Развитию расширяемых трубных изделий в области строительства и эксплуатации скважин посвящены научные исследования Г.С. Абдрахманова, Ф.Ф. Ахмадишина, А.Г. Аветисова, Р.М. Богомолова, К.М. Гарифова, М.Я. Гельфгата, А.Г. Зайнуллина, М.Л. Кисельмана, А.Х. Кадырова, А.Т. Кошелева, К.В. Мелинга, А.А. Мухаметшина, А.А. Осипова, В.С. Паршина, Р.Н. Рахманова, Н.Х. Хамитьянова, Л.В. Юнышева, А.С. Ягофарова [1-20].

В результате презентаций на международных конференциях и публикаций в зарубежных журналах достижений ПАО «Татнефть» в области локального крепления скважин расширяемыми в поперечном сечении обсадными колоннами такие крупные компании, как Shell, BakerHughes, Halliburton, Weatherford, признали эту технологию революционной в области строительства скважин и с 1994 г. сами начали проводить научные исследования в этом направлении.

Принципиальным отличием отечественной технологии от зарубежной является расширение профильных труб почти по всей длине (95-97 %) гидравлическим давлением, а цилиндрических участков (3-5 %) - последовательной раскаткой развальцевателями разного диаметра (от меньшего к большему). В зарубежной технологии производится протягивание клина через все цилиндрические трубы снизу вверх с использованием тяги буровой лебёдки и давления нагнетаемой под клин жидкости.

Цель диссертационной работы

Повышение эффективности строительства скважин в сложных горно-геологических условиях за счёт сокращения времени на локальное крепление зон осложнений созданием новых технологий и оборудования для герметичной установки ПП в скважине.

Основные задачи исследований:

1. Анализ существующих технологий и оборудования для разобщения не совместимых по условиям бурения пластов профильными расширяемыми обсадными трубами, выбор и обоснование направления исследований.

2. Совершенствование технологии изоляции зон поглощений ПП с раздачей цилиндрических участков развальцевателями.

3. Создание способа раздачи резьбового соединения труб перекрывателя при его герметичной установке в скважине пуансонами и разработка состава, сохраняющего герметичность расширенной резьбы при давлении не менее 17,0 МПа.

4. Исследование процесса расширения цилиндрических и профильных концевых участков, а также резьбовых соединений профильных труб при герметичной установке перекрывателя в

расширенном стволе скважины и определение энергосиловых параметров раздачи.

5. Разработка технологии и технических средств локального крепления зон осложнений установкой в скважине ПП с кратным сокращением затрат времени.

Научная новизна

1. Создан способ изоляции зон поглощений бурового раствора стальным предварительно отформованным перекрывателем, содержащим профильные участки, соединённые цилиндрическими элементами меньшего диаметра, путём доведения этих элементов в месте герметичной установки в скважине до состояния пластической деформации последовательным ступенчатым дорнированием сферическими раздвижными пуансонами.

2. Выявлена возможность расширения цилиндрических элементов при установке перекрывателя в стволе скважины до 25 % путём увеличения толщин стенок концевых участков резьбовых соединений.

3. Установлены зависимости усилий расширения резьбовых соединений от диаметральных размеров секций пуансонов. Выявлено, что минимальное усилие расширения для условия минимального количества пуансонов достигается при пятиступенчатом пластическом деформировании цилиндрических элементов стального перекрывателя в процессе изоляции зон осложнения при проводке ствола скважины.

4. Установлены параметры предварительно упруго-пластического диаметрального деформирования верхнего профильно-цилиндрического участка перекрывателя, исключающего образование «концевого эффекта» и обеспечивающего равнопроходное сечение после расширения пуансонами при установке в скважине.

Основные защищаемые положения

1. Новая технология и инструмент, позволяющие устанавливать в скважине длинномерный профильный стальной перекрыватель за одну спуско-подъёмную операцию без износа внутренней поверхности путём раздачи цилиндрических участков многосекционными сферическими раздвижными пуансонами с использованием гидродомкрата и якорей.

2. Технология расширения элементов ПП и конструкция концевых участков стального перекрывателя в виде профильно-цилиндрических патрубков, образующих после раздачи конусные направляющие воронки, обеспечивающие свободную проходимость бурового инструмента.

3. Герметизирующий состав для расширяемых в скважине резьбовых соединений с основой 20-40 % волокнистого материала, герметизирующего наполнителя - 30-50 % глинопорошка и антифрикционного наполнителя в виде поверхностно-активного вещества.

4. Зависимости усилий раздачи резьбовых соединений при герметичной установке стального ПП в стволе скважины от количества ступеней деформирования и диаметра сферических пуансонов.

Практическая значимость работы

1. Разработаны технология и технические средства для установки ПП при изоляции зон осложнений при бурении скважин с использованием развальцевателей за четыре спуско-подъёмные операции вместо семи с сокращением затрат времени на 58 ч. Составлена и утверждена в качестве руководящего документа «Инструкция по изоляции зон осложнения оборудованием локального крепления скважин» (РД153-39.0-719-11).

2. Создан новый пятипереходный метод раздачи цилиндрических участков перекрывателя без их износа раздвижными многосекционными сферическими пуансонами при его установке в зоне изоляции в стволе бурящейся скважины за одну спуско-подъёмную операцию.

3. Достигнута герметичность при давлении до 17,0 МПа расширенных резьбовых соединений при установке перекрывателя в зоне осложнений бурящейся скважины за счёт соответствующего выбора геометрических размеров концевых участков ниппеля и муфты, перехода от резьб ОГ1м-194 к ОГ1м-200 и применения разработанного герметизирующего состава, состоящего в основном из 20-40 % волокнистого материала, герметизирующего наполнителя - 30-50 % глинопорошка и антифрикционного наполнителя в виде поверхностно-активного вещества (пат. РФ № 2537608).

4. Решена проблема прохождения бурильной компоновки через установленный в скважине перекрыватель без дополнительной калибровки одношарошечным развальцевателем за счёт применения посадочной головки с профильной направляющей воронкой, исключающей «концевой эффект» сужения при раздаче.

5. Разработана технология установки ПП с подъёмным башмаком к перекрывателю в зоне обвала породы или поглощения бурового раствора в процессе бурения скважины, исключающая дополнительную спуско-подъёмную операцию для разбуривания башмака.

6. Доказана возможность установки ПП в зоне осложнений в стволе бурящейся скважины с сокращением затрат времени (до двух суток в скважинах средней глубины) с использованием комплекса разработанного оборудования, включающего:

- устройство спуска и установки профильных перекрывателей в скважине (пат. РФ № 2584484);

- якори (пат. РФ № 2588246);

- гидродомкрат;

- перепускной клапан (пат. РФ № 2560035);

- сферические пуансоны (пат. РФ № 2483190);

- башмак извлекаемый (пат. РФ № 2293172).

7. Доведены до промышленного применения технологии локального перекрытия зон осложнений в процессе бурения скважин расширяемыми профильными трубами с раздачей цилиндрических участков с использованием комбинированных развальцевателей и сферических раздвижных пуансонов.

Производство комплекса оборудования для реализации технологии освоено на заводе ООО «Перекрыватель».

Методы решения поставленных задач

Поставленные задачи решались путем аналитических и экспериментальных исследований в лабораторных и промысловых условиях, анализа и обобщения результатов практического внедрения в производство разработанной технологии и технических средств.

Степень достоверности результатов

Результаты теоретических исследований подтверждены данными лабораторных испытаний и практического применения и не противоречат общепризнанным тенденциям.

Апробация работ

Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской конференции «Применение новых технологий бурения горизонтальных стволов на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами нефти» (Ижевск, 1998), 3-м Международном семинаре «Горизонтальные скважины» (Москва, 2000) и на научно-технической конференции, посвященной 70-летию башкирской нефти, «Роль региональной отраслевой науки в развитии нефтедобывающей отрасли» (Уфа, 2002).

Проведены презентации техники и технологии изоляции продуктивных пластов без цементирования нефтяной компании СП

«Вьетсовпетро» (Вьетнам, апрель 2000 г.) и ряде других зарубежных нефтяных компаний, в том числе Китая, Ирана.

Проведено обучение группы технологов ООО «Татнефть-Бурение» и ООО «Перекрыватель» на специальных курсах по теории и практике применения оборудования для локального крепления скважин (Альметьевск, сентябрь 2000 г.).

По данным технологиям неоднократно читались лекции на курсах повышения квалификации технологов буровых предприятий ПАО «Татнефть» (Альметьевск, 1995-2001 г.), на семинаре молодых специалистов аппарата управления ОАО «Татнефть» (Альметьевск, ноябрь 2001 г.) и на курсах повышения квалификации супервайзеров ПАО «Татнефть» (Альметьевск, апрель 2002 г.).

Работа «Совершенствование профильных перекрывателей для разобщения пластов при строительстве скважин» доложена на научно-технической конференции, посвящённой 60-летию ТатНИПИнефти (Бугульма, 2016).

Публикации

Основные положения диссертационной работы отражены в 38 опубликованных работах, в том числе в 13 статьях, три из которых опубликованы в рецензируемых научных изданиях, 15 патентах Российской Федерации и 10 патентах зарубежных стран на изобретения.

В диссертации представлены результаты исследований, выполненных лично соискателем и под его руководством, автор является ответственным исполнителем большинства разработок, ему принадлежит постановка задач исследований, разработка методик и проведение экспериментальных работ, а также результаты промысловых испытаний и промышленного внедрения технологий. Диссертационная работа является обобщением исследований соискателя в отделе бурения института «ТатНИПИнефть» в период с 1987 по 2017 гг.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав и заключения, списка литературы из 50 наименований. Диссертация изложена на 112 страницах машинописного текста, включает 40 рисунков и 6 таблиц.

Автор выражает глубокую благодарность за поддержку и помощь, оказанные при работе над диссертацией, научному руководителю Г.С. Абдрахманову, Р.З. Сахабутдинову, В.М. Валовскому,

Р.М. Богомолову, Ф.Ф Ахмадишину, Н.Х. Хамитьянову, Н.Н. Вильданову, а также сотрудникам отдела бурения института «ТатНИПИнефть».

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЙ БУРОВОГО РАСТВОРА РАСШИРЯЕМЫМИ ОБСАДНЫМИ ТРУБАМИ И РАЗРАБОТКА СПОСОБА, СНИЖАЮЩЕГО ЗАТРАТЫ ВРЕМЕНИ НА УСТАНОВКУ ИХ В СКВАЖИНЕ

Поглощения бурового или тампонажного растворов при строительстве скважин являются наиболее распространенными видами осложнений и возникают почти во всех нефтегазовых регионах мира.

Геологический разрез нефтяных и газовых месторождений представлен в основном осадочными породами, в состав которых входят известняки, доломиты, мергели, алевролиты, песчаники, глинистые и доломитизированные известняки, причем 70-80 % разреза представлено прочными и устойчивыми к воздействию буровых растворов породами. Однако из-за чередования пластов с низкими и высокими пластовыми давлениями, с различными градиентами гидроразрыва и неустойчивыми породами требуется изолировать их друг от друга обсадными колоннами. С увеличением глубин скважин увеличивается и количество пластов, которые не совместимы с условиями бурения.

Наибольшее распространение поглощения бурового раствора на территории России получили в Волго-Уральском регионе (Татарстан, Башкортостан, Самарская, Саратовская, Пермская, Волгоградская области). Они приурочены к казанским, артинским, намюрским, серпуховско-окским, нижнефаменским и верхнефранским отложениям при бурении в кавернозных, трещиноватых и пористых породах, а также в сильно дренированных продуктивных пластах.

Современное строительство нефтяных и газовых скважин связано с увеличением глубин бурения и применением многоколонных конструкций. Время легкодоступных нефтегазовых энергоресурсов со строительством одноколонных конструкций скважин (кроме направления и кондуктора только эксплуатационная колонна) уже почти прошло. Новый век

обязательно приведёт к изменению теории и практики разобщения пластов при строительстве скважин.

Стремление сократить затраты привело к разработке целого ряда перекрывающих устройств, повышающих устойчивость стенок скважины к механическим и знакопеременным гидравлическим нагрузкам [21-27].

К зарубежным компаниям, работающим в этом направлении, относятся Weatherford, Shell, Enventure, Halliburton, BakerOilToois.

Начиная с 1998 г. компания Weatherford освоила практическое применение технологии ESS-расширяемых песчаных фильтров. Большее время она работает над достижением конечной цели, заключающейся в представлении целого спектра технологий расширяемых труб. Технология расширяемых трубных изделий компании подразделяется на три категории: расширяемые трубные изделия с щелевидными отверстиями, расширение твёрдотельных изделий и расширяющие системы.

Научно-исследовательские и проектные группы компании Shell занимают ведущее положение в поиске решений. Впервые в зарубежных странах идея использования технологии расширяющихся труб для создания радикально новой конструкции скважин возникла в 1985 г. К этому времени на нефтяных месторождениях нашей страны расширяемые профильные перекрыватели были установлены уже в более 300 скважинах. Расширение сплошных труб и резьбовых соединений представляло собой сложную техническую задачу, и только в 1994 г. научно-исследовательские и проектные группы Shell в Райсвике (Голландия) смогли решить теоретические и практические аспекты этой проблемы. Компания Shell разработала щелевые экспонируемые трубы, которые устанавливаются в расширенном участке за счёт проталкивания через внутренний канал клина (дорна).

Первые испытания системы, предназначенной для строительства скважин монодиаметра, проведены в 2002 г. в Южном Техасе. В 1992 г. такая система с применением ПП была запатентована в Российской

Федерации [8] приоритетом 11 августа 1989 г. =, а в 2001 г. применена на скважине 818 месторождения Белый Тигр во Вьетнаме[1].

Фирмы «Ойл Тулз» и «Гирхард Оуэн ИндастризИнж» разработали способы установки пластыря цилиндрической формы с расширением и запрессовкой только его концов. Главным недостатком этих способов является значительное уменьшение проходного сечения и их непригодность для многократного повторения операций по установке пластырей ниже ранее установленного.

Известны разработки оборудования для установки пластырей взрывным способом. В США испытывалось оборудование, запатентованное Лангом и Сильверманом, которое не нашло широкого применения из-за невозможности достижения равномерного расширения патрубка взрывом по всей длине.

Еще большая проблема создается, когда осложнение возникает неожиданно, и никакие существующие методы их ликвидации не дают положительных результатов, а спуск «летучек» в конструкции скважины не предусмотрен. В таких ситуациях часто приходится ликвидировать скважину и перебуривать ее с возможностью установки дополнительной промежуточной колонны. Иногда перебуривать скважину приходится из-за нарушения, возникшего в промежуточной обсадной колонне.

С увеличением глубин бурения скважина пересекает все большее количество пластов, имеющих аномально высокие и низкие пластовые давления, неустойчивые обваливающиеся породы, низкие градиенты гидроразрыва и т.д., которые необходимо разобщать дополнительными промежуточными обсадными колоннами с закачкой цемента в заколонное пространство. Каждая дополнительная промежуточная обсадная колонна или колонна-«летучка» увеличивает стоимость скважины на 30-40 %. Мировой опыт строительства нефтяных и газовых скважин показывает, что при бурении на глубины 4-5 тыс. м в сложных горно-геологических условиях количество телескопически располагаемых в скважине обсадных

колонн достигает 5-7, и стоимость таких скважин в десятки раз дороже скважин глубиной до 2-2,5 тыс. м с одно- или двухколонными конструкциями. Кроме того, в таких условиях скважину приходится добуривать долотами малого диаметра (104-124 мм), что связано с большими проблемами как при бурении и креплении, так и при эксплуатации скважин.

Ученые «Татнефти» еще в 70-е годы прошлого столетия разработали и уже с 1978 г. начали применять совершенно новый, уникальный метод разобщения пластов расширяемыми в поперечном сечении стальными профильными обсадными трубами [22,23]. Главной целью научных исследований было располагать промежуточные обсадные колонны не телескопически, как принято во всем мире, а последовательно, без уменьшения диаметра скважины перекрывать пласты, не совместимые по условиям бурения, значительно упрощая конструкции скважин и повышая качество крепления эксплуатационных колонн.

К концу 1990 г. 1111 были применены более чем в 600 скважинах вместо промежуточных обсадных колонн, и технология бурения скважины долотом одного диаметра до проектной глубины с последовательным перекрытием зон осложнений расширяемыми трубами под названием «Способ строительства многоколонных скважин» была запатентована в России и 13 зарубежных странах, в том числе в США, Канаде, Норвегии, Японии, Китае, Италии, Германии и др. [24, 29-37].

В результате презентаций на международных конференциях и публикаций в зарубежных журналах достижений ОАО «Татнефть» в области локального крепления скважин расширяемыми в поперечном сечении обсадными колоннами такие крупные компании, как Shell, BackerHughes, Halliburton, Weatherford, признали это научно-техническое направление как революционное в области строительства скважин и ремонта колонн и с 1999 г. сами начали проводить научные исследования по тематике «Строительство скважин монодиаметра».

К этому времени одна из наиболее серьезных проблем, возникавших при строительстве скважин, -изоляция высококавернозных зон с интенсивным поглощением бурового раствора - была уже полностью решена татарстанскими специалистами, и на многих месторождениях в России стали исключать ранее применявшиеся для этой цели промежуточные обсадные колонны. Во многих скважинах были установлены по 2 и 3 1111 без изменения проектного диаметра эксплуатационной колонны [26].

Суть технологии локального крепления скважин заключается в том, что обсадные трубы диаметром больше диаметра скважины профилируют по всей длине и уменьшают в поперечном сечении на величину, позволяющую свободно спустить их в скважину (рисунок 1.1), а зону

Рисунок 1.1 - Сечение трубы до (1) и после профилирования (2)

осложнения увеличивают в диаметре раздвижным расширителем до диаметра исходных (неспрофилированных) обсадных труб. После спуска на бурильных трубах ПП в скважину за счет давления, создаваемого закачкой бурового раствора, профильные трубы выправляются (раздуваются), приобретая исходные размеры, и прижимаются своими стенками к стенке расширенного участка скважины. Затем внутренний канал перекрывателя калибруют специальным развальцевателем. Для герметизации на профильные трубы до спуска в скважину наносят специальный герметик. Таким образом, осуществляют локальное крепление зоны осложнения стальными трубами без цементирования с

сохранением полезного сечения скважины, и дальнейшее бурение продолжают долотом такого же диаметра, которым бурилась скважина до установки ПП.

Уникальность такого способа локального крепления стенок скважин заключается в том, что он позволяет в любой момент в процессе строительства скважины изменить ее конструкцию, т.е. установить последовательно несколько промежуточных обсадных колонн, не изменяя при этом проектного диаметра эксплуатационной колонны.

По мере накопления опыта применения расширяемых труб для изоляции зон с «катастрофическим» поглощением бурового раствора ученые ТатНИПИнефти выявили колоссальные возможности этого метода и стали разрабатывать новые технологии для решения ряда других проблем [26, 45].

Удлинение обсадных колонн снизу

Серьезные проблемы возникают при ликвидации тяжелых локальных осложнений, имеющих определенную связь с ранее закрепленными интервалами скважины. В процессе бурения и крепления скважин в ряде случаев обсадные колонны не удается спустить до необходимой глубины из-за образования шламовых пробок, обвалов пород и прихватов труб. Это приводит к дополнительным многократным изоляционным работам, а иногда к перекрытию таких интервалов промежуточными колоннами и колоннами-«хвостовиками» с уменьшением диаметра скважины, усложнением ее конструкции и значительным расходом обсадных труб, цемента и времени.

В 1984-1985 гг. были разработаны технология и оборудование для удлинения обсадных колонн снизу, и впервые в международной практике бурения в скважине 160 Верхне-Катангской площади Братской нефтегазоразведочной экспедиции зацементированная промежуточная обсадная колонна диаметром 219 мм, спущенная на глубину 2634 м,

удлинена снизу на 29 м без уменьшения внутреннего диаметра [25]. Эта технология применена на многих скважинах не только для изоляции зон поглощения бурового раствора, газопроявления, обвалов пород, но и для перекрытия интервала разветвления ствола скважины (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Перекрытие интервала разветвления ствола в скважине 221 А Мензелинско-Актанышской площади ОАО «Татнефть»

Ремонт обсадных колонн при бурении скважин

Разработано оборудование с использованием расширяемых труб для ремонта промежуточных колонн с сохранением возможности добуривания скважины без изменения диаметра долота.

1985 г. - в скважине Генчай-2 в Литве перекрыта трещина в колонне диаметром 219 мм в интервале 214-236 м перекрывателем длиной 41 м, толщиной стенки 8 мм и скважина добурена до проектной глубины долотом диаметром 190,5 мм [6].

1987 г. - в скважине 51 Печерской НГРЭ перекрыт интервал разрыва колонны диаметром 245 мм перекрывателем длиной 42,5 м.

1989 г. - в скважине 35 ПГО «Ямалнефтегазгеология» был произведен ремонт изношенного участка колонны диаметром 219 мм перекрывателем длиной 14 м.

2004 г. - в скважине 50 НГДУ «Надымгазпром» двумя перекрывателями отремонтирована колонна диаметром 245 мм в двух интервалах: 2435,9-2459,4 м и 1564,5-1587,5 м. После ремонта ПП колонна была опрессована на 35,0 МПа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Филиппов Виталий Петрович, 2018 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Абдрахманов, Г.С. Научно-методические основы и практика локального крепления стенок скважин экспанируемыми обсадными трубами дисс.... доктор техн наук, 1990 г.

2. Пути повышения эффективности ремонтно-изоляционных работ при строительстве скважин [Текст] / А.Г. Аветисов, С.В. Усов, А.Т. Кошелев [и др] // Сер. Бурение: Обзор. инф. / ВНИИОЭНГ. - М.: ВНИИОЭНГ. 1984, - Вып. 21. (83). - 53 с.

3. Аппроксимация сплайнами пластических деформаций при профилировании роликами [Текст] / А.А. Осипов // Изв. вузов. Чёрная металлургия. - 1985. - 312. - С. 133-134.

4. Осипов А.А Разработка процесса профилирования обсадных труб-перекрывателей и обоснование выбора параметров стана: дисс.. ..канд. техн. наук. - Свердловск. 1987. - 173 с.

5. Мелинг К.В. Разработка техники и технологии восстановления крепи скважин профильными перекрывателями: дисс.. канд. техн. наук. 2000 г.

6. Ягафаров А. С. Повышение эффективности освоения скважин путём селективного разобщения горизонтального ствола на сегменты: дисс.. канд. техн. наук. 2015 г.

7. Хамитьянов Н. Х. Развитие техники и технологии локального крепления для повышения продуктивности скважин: дисс.. канд. техн. наук. 2002 г.

8. Гарифов К. М. Методы повышения эффективности эксплуатации скважин на поздней стадии разработки нефтяных месторождений: дисс.. доктор техн наук, 2001 г.

9. Мухаметшин А. А Совершенствование технологии зарезки боковых стволов на основе разработки гидромеханических отклонителей: дисс.. канд. техн наук, 2009 г.

10. Бурение без подъёма труб-технологическая база бурения на обсадной колонне [Текст] / М.Я. Гельфгат, А.Р. Агишев // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море / ВНИИОЭНГ. - М.: ВНИИОЭНГ. 2016, - Вып. 11. - С. 4-13.

11. Бурение на обсадной колонне-история и современная классификация технологических схем [Текст] / М.Я. Гельфгат, А.Р. Агишев // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море / ВНИИОЭНГ. - М.: ВНИИОЭНГ. 2016, - Вып. 12. - С. 4-17.

12. Зайнуллин А. Г. Разработка технологии изоляции зон интенсивного поглощения бурового раствора профильными перекрывателями: дисс.... канд. техн. наук. 1987 г.

13. Рахманов И. Н. Исследование и разработка технологии герметизации эксплуатационной колонны радиально расширяемыми металлическими пластырями: дисс.. канд. техн. наук. 2011 г.

14. Кадыров А. Х. Герметизация эксплуатационной колонны и отключение пластов извлекаемыми металлическими пластырями: дисс.. канд. техн. наук. 2003 г.

15. Оценка качества ремонта обсадных колонн металлическими пластырями [Текст] / В.С. Паршин, М.Л. Кесельман [и др] // Нефтяное хозяйство. - 1984. - № 2. - С. 61-66.

16. Совершенствование технологии и оборудования производства профильных трубных заготовок [Текст] / В.С. Паршин, А.А. Осипов, Л.В. Юнышев, Г.С. Абдрахманов // Всесоюзная конференция. - 1983. - г. Свердловск. - С. 55-56.

17. Юнышев Л.В. Разработка нового процесса роликовой раздачи труб и определение его энергосиловых параметров: дисс.. канд. техн. наук. 1987 г.

18. Исследование и совершенствование технологии соединения обсадных труб специального назначения [Текст] / В.С. Паршин,

Л.В Юнышев, Г.С. Абдрахманов. // Всесоюзная научная конференция. -1985. - г. Тюмень. - С. 116.

19. А.с. 1295799 Устройство для развальцовки труб Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/00 / Абдрахманов Г.С., Мелинг К.В., Сафонов Ю.А., Михайлин Ю.Г., Богомолов Р.М., Саломатин В.В., Мухаметшин А.А., заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. -№ 3936552/03 ; заявл. 11.07.1985; опубл. 09.02.1995 Бюл, № 9.

20. А.с. 1365479 Устройство для развальцовки труб Российская Федерация, МПК Е 21 D 41/02 / Абдрахманов Г.С., Сафонов Ю.А., Мелинг К.В., Михайлин Ю.Г., Богомолов Р.М., Саломатин В.В., заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 4065909/27 ; заявл. 05.03.1986; опубл. 20.11.1996.1988 Бюл, № 1.

21. Абдрахманов, Г.С. Крепление скважин экспонируемыми трубами [Текст] : учеб. пособие / Г.С. Абдрахманов. - Москва : ОАО «ВНИИОЭНГ», -2014, - 268 с.

22. Абдрахманов, Г.С. Ликвидация поглощения бурового раствора стальными профильными перекрывателями [Текст] / Г.С. Абдрахманов, А.Г. Зайнуллин // Нефтяное хозяйство. - 1981. - № 7. - С. 19-23.

23. Абдрахманов, Г.С. Изоляция зон поглощения стальными трубами без уменьшения диаметра скважины [Текст] / Г.С. Абдрахманов, Ю.А. Сафонов, А.Г. Зайнуллин // Нефтяное хозяйство. - 1982. - № 4. - С. 26-28.

24. Abdrakmanov, G.S., Filippov, V.P., et al "Arrangement for patching off troublesome zones in f well", United States Patent No 5.083.608 (Data Jan 28, 92).

25. Удлинение обсадных колонн в скважине без уменьшения их внутреннего диаметра [Текст] / Ш.Ф. Тахаутдинов [и др.] // Oil and Gas Journal, 12.08.2002. С. 41-43.

26. История возникновения и развития расширяемых систем ОАО «Татнефть» [Текст] / Ш.Ф. Тахаутдинов [и др.] // Oil & Gas Eurasia = Нефть и Газ Евразия. - 2007. - № 4. - С. 50-55 ; № 5. - С. 32-39.

27. Изоляция зон водопритоков в наклонно направленных и горизонтальных скважинах [Текст] / Ш.Ф. Тахаутдинов [и др.] // Oil and Gas Journal, 19.08.2002. стр. 53-56.

28. Пат. 1693917 Российская Федерация, МПК Е 21 В 33/13 Способ вскрытия осложнённых по условиям бурения пластов при строительстве скважин / Ибатуллин Р.Х., Абдрахманов Г.С., Зайнуллин А.Г., Юсупов И.Г., Уразгильдин И.А., Загидуллин Р.Г., Филиппов В.П., Арзамасцев Ф.Г. заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 4728482/03 ; заявл. 11.08.1989; опубл. 22.07.1891.

29. Abdrakmanov, G.S., Filippov, V.P., et al "Apordning for teting av vanskelige soner I en bronn", NorgePatent No 300987 (Data of 22.11.88).

30. Abdrakmanov, G.S., Filippov, V.P., et al "Device for closing off complication zone in a well", Australian Patent Office No 623123 (Data of 22.11.88).

31. Abdrakmanov, G.S., Filippov, V.P., et al " Apordning for teting av vanskelige soner I en bronn ", Japan Patent No 2710680 (Data of 22.11.88).

32. Abdrakmanov, G.S., Filippov, V.P., et al "An apparatatus for isolating or patching off troublesome zones in a well", Of India the Patenti office No 177187 (Data of 19.12.89).

33. Abdrakmanov, G.S., Filippov, V.P., et al «Device for closing off complication zone in a well ", China Patent No 20679 (Data of 09.01.90).

34. Abdrakmanov, G.S., Filippov, V.P., et al "Arrangement for patching off troublesome", Of Nigeria Patent No RP.10772 (Data of 07.02.90).

35. Abdrakmanov, G.S., Filippov, V.P., et al "On dispositivo para forar las zonas complicadas en el pozo", Mexicano titulo depatente de invencion numero No 179517 (Data of 23.08.95).

36. Abdrakmanov, G.S., Filippov, V.P., et al "Arrangement for Patching off Troublesome Zones in a Well ", Canadian Patent No 2.006.931' (Data of 24.10.95).

37. Abdrakmanov, G.S., Filippov, V.P., et al "Vorrichtung zum cshlissen schwierigkeitszone in einem bohrloch, Device for closing off a complication zone in f well, Dispositif pour obturer une zone de complications dans un puits", European Patent Authority Patent No EP0397874 B1 (Italy, France, Great Britain, ФРГ, Data of 05.02.97).

38. Крепление зон обвалов профильными перекрывателями при строительстве скважин [текст] / Р.Х. Ибатуллин, Г.С. Абдрахманов, Н.Х. Хамитьянов, Р.Р. Загидуллин, А.Г. Зайнуллин, А.С. Тимиров, В.П. Филиппов // Нефть Татарстана - 1998. - №1. - С. 96 - 105.

39. Крепление зон обвалов профильными перекрывателями при строительстве скважин [Текст] / Р.Х. Ибатуллин [и др.] // Нефтяное хозяйство. - 1998. - № 7. - С. 10-12.

40. Защита продуктивных пластов экспандируемыми обсадными трубами [текст] / Ш.Ф. Тахаутдинов, [и др.] // Технологии ТЭК : Прил. к журн. «Нефть и Капитал». - 2002. - № 7 (дек.) С.22 - 24.

41. Математическое моделирование процессов профилирования и редуцирования экспандируемых обсадных труб [текст] / Л.В. Юнышев, Н.Х. Хамитьянов, Н.Н. Вильданов, А.В. Емельянов, И.А. Уразгильдин, В.П. Филиппов // Интервал - 2004. - №8. - С. 13 - 19.

42. Пат. 2259462 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Устройство для развальцовки труб в скважине / Хамитьянов Н.Х., Абдрахманов Г.С., Мелинг К.В., Вильданов Н.Н., Филиппов В.П. ; Ягафаров А.С. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 2004109883/03 ; заявл. 31.03.2004; опубл. 27.08.2005, Бюл. № 24.

43. Пат. 2268986 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Устройство для развальцовки труб в скважине / Хамитьянов Н.Х., Вильданов Н.Н., Филиппов В.П. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 2004109883/03 ; заявл. 31.03.2004; опубл. 27.08.2005, Бюл. № 24.

44. Пат. 2200226 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Устройство для развальцовки труб / Абдрахманов Г.С., Хамитьянов Н.Х., Филиппов В.П., и др. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 2001111244/03 ; заявл. 23.04.2001; опубл. 10.03.2003, Бюл, № 7.

45. Пат. 2433246 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Способ изоляции осложнений в скважине профильными перекрывателями / Абдрахманов Г.С., Хамитьянов Н.Х., Багнюк С.Л. Филиппов В.П. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 2010117134/03 ; заявл. 29.04.2010 ; опубл. 10.11.2011, Бюл. № 31.

46. Пат. 2211910 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Переходник для соединения профильного перекрывателя с колонной бурильных труб / Зайнуллин А.Г., Филиппов В.П., Вильданов Н.Н. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 201133218/03; заявл. 06.12.2001; опубл. 20.08.2002, Бюл. № 25.

47. Развитие техники и технологии локального крепления скважин [текст] / Г.С. Абдрахманов, Ф.Ф. Ахмадишин, Х.Н. Хамитьянов, Н.Н. Вильданов, В.П. Филиппов // Нефтяное хозяйство. - 2017. - № 6. - С 34-36.

48. Разработка профильных перекрывателей и исследование их устойчивости в скважине [текст] / Г.С. Абдрахманов, А.Г. Зайнуллин, И.А. Уразгильдин, В.П. Филиппов, А.А. Пузанов // Совершенствование эксплуатации нефтяных месторождений на поздних стадиях разработки: тр. ТатНИПИнефть. - Бугульма, 1989. - Вып. 65. - С. 5-16

49. Совершенствование профильных перекрывателей для разобщения пластов при строительстве скважин [Текст] / Г.С. Абдрахманов [и др.] // Сборник докладов научно-технической конференции, посвященной 60-летию ТатНИПИнефть ПАО «Татнефть» : 13-14 апр. 2016 г., г. Бугульма / ПАО «Татнефть». - Набережные Челны : Экспозиция Нефть Газ, 2016. - С. 279-283.

50. Пат. 2550614 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Расширитель ствола скважин / Ибатулин Р.Р Ахмадишин Ф.Ф., Абдрахманов Г.С., Максимов Д.В., Вильданов Н.Н., Филиппов В.П., Киршин А.В. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина - № 2014112857/03 ; заявл. 02.04.14; опубл. 10.05.2015, Бюл, №13.

51. Инструкция по изоляции зон осложнений при бурении скважин оборудованием локального крепления за одну спуско-подъемную операцию [Текст] : РД 153-39.1-512-07 : вводится впервые / Ф.Ф. Ахмадишин [и др.] ; ТатНИПИнефть ОАО «Татнефть». - Бугульма, 2007. - 50 с.

52. Абдрахманов, Г.С. Проблемы герметизации резьбовых соединений расширяемых труб и пути их решения [Текст] / Г.С. Абдрахманов, Н.Х. Хамитьянов, Н.Н. Вильданов // Сборник научных трудов ТатНИПИнефть / ОАО «Татнефть». - М. : ОАО «ВНИИОЭНГ», 2009. - С. 201-212.

53. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. - М. Машиностроение, 1977. - С. 278.

54. Пат. 2537608 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Резьбовой гетерогенный герметик / Абдрахманов Г.С., Хамитьянов Н.Х., Филиппов В.П., Тимкин Н.Я. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 20131250/03 ; заявл. 29.05.2013; опубл. 10.01.2015, Бюл., № 1.

55. Новая технология и инструменты для разобщения пластов профильными перекрывателями [Текст] / И.В. Гуськов [и др.] // Бурение и нефть. - 2014. - № 6. - С. 33-38.

56 Новая технология крепления скважин расширяемыми обсадными колоннами [Текст] / Г.С. Абдрахманов [и др.] // Сборник научных трудов ТатНИПИнефть / ОАО «Татнефть». - М. : ОАО «ВНИИОЭНГ», 2011. -Вып. 79. - С. 182-191.

57. Пат. 2584484 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Устройство для спуска и установки профильного перекрывателя в скважине / Абдрахманов Г.С., Хамитьянов Н.Х., Филиппов В.П. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 201511507/03 ; заявл. 21.04.2015; опубл. 20.05.2016, Бюл, № 14.

58. Пат. 2560035 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Перепускной клапан / Абдрахманов Г.С., Хамитьянов Н.Х., Филиппов В.П., Киршин А.В., Ягафаров А.С. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 2014127253/03 ; заявл. 13.07.2014; опубл. 20.08.2015, Бюл, № 23.

59. Пат. 2588246 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Якорь гидродомкрата для установки расширяемого перекрывателя в скважине / Абдрахманов Г.С., Хамитьянов Н.Х., Киршин А.В., Филиппов В.П. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 2015117036/03 ; заявл. 05.05.2015; опубл. 27.06.2016, Бюл., № 18.

60. Пат. 2293172, Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Башмак для установки профильного перекрывателя в скважине / Абдрахманов Г.С., Хамитьянов Н.Х., Вильданов Н.Н., Филиппов В.П. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 200513384/03 ; заявл. 10.10.2005; опубл. 10.02.2007, Бюл. № 4. . 61. Малинин, Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести [Текст] : учеб. для вузов / Н.Н. Малинин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1975. - 400 с.

62. Богатов, А.А. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением [Текст] / А.А. Богатов, О.И. Мижирицкий, С.В. Смирнов. - М. : Металлургия, 1984. - 144 с.

63. Пат. 2187619 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Башмак для установки профильного перекрывателя в скважине. / Зайнуллин А.Г., Филиппов В.П., Вильданов Н. Н. ; заявитель и патентообладатель ОАО

«Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 2000106346/03 ; заявл. 14.03.2000; опубл. 20.08.2002, Бюл. № 23.

64. Теоретические исследования процесса выправления профильных труб в скважине под действием внутреннего давления [Текст] / Л.В. Юнышев [и др.] // Интервал. - 2006. - № 1. - С. 20-23.

65. Опыт изоляции зон осложнений в бурении профильным перекрывателем с применением гидродомкрата и пуансонов [Текст] / Г.С. Абдрахманов [и др.] // Сборник научных трудов ТатНИПИнефть / ПАО «Татнефть». - М. : Нефтяное хозяйство, 2016. - Вып. 84. - С. 127-131.

66. Совершенствование технологии расширяемых труб в ОАО «Татнефть» [Текст] / Г.С. Абдрахманов [и др.] // Сборник научных трудов ТатНИПИнефть / ОАО «Татнефть». - Казань : Центр инновационных технологий, 2013. - Вып. 81. - С. 267-275.

67. Новые расширяемые профильные перекрыватели, установленные в скважинах Ирана, Китая, Татарстана [Текст] / Абдрахманов, Г.С., [и др.] // Oil and Gas Journal, 03.04.2006. - С. 45-50.

68. Пат. 1693916 Российская Федерация, МПК Е 21 В 33/12. Способ установки профильного перекрывателя в скважине / Зайнуллин А.Г., Уразгильдин И.А., Кашапов И.К., Филиппов В.П. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 4735702/03 ; заявл. 05.09.89; опубл. 21.05.1992, Бюл. № 25.

69. Сопротивление деформации и пластичности металлов (при обработке давлением)/ В.С. Смирнов, А.К. Григорьев, В. П. Паскудин - М, Металургия, 1975. - С. 272.

70. Пат. 2483190 Российская Федерация, МПК Е 21 В 29/10. Способ и устройство изоляции зон осложнения бурения скважины профильным перекрывателем с цилиндрическими участками / Абдрахманов Г.С., Хамитьянов Н.Х., Киршин А.В., Ягафаров А.С., Филиппов В.П. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина. - № 2011150542/03 ; заявл. 12.12.20011; опубл. 27.08.2005, Бюл № 15.