Инновационные научно-технические решения для строительства скважин

Scientific-technical innovation solutions for well construction

V. OVCHINNIKOV, N. AKSENOVA, L. KAMENSKY, Tyumen’ State oil & gas university

Показана низкая эффективность применяемых технологий строительства и заканчивания скважин, а также несоответствие составов и свойств применяемых буровых и тампонажных растворов геологическим условиям вскрытия. Предложены высокотехнологичные решения: модернизированный винтовой забойный двигатель; рецептуры буровых растворов на основе полисахаридов и тампонажных составов с улучшенными фильтрационными характеристиками; устройства для активации тампонажных растворов.

The low efficiency of applied in well construction and completion technologies is shown in the article. Moreover the problem of content and properties of drilling mud agent and cement slurry non-conformance to the geologiacal conditions of penetration is described. New high-technologies, such as upgraded downhole drilling motor, drilling mud composition on polysaccharides base, improved wall-building properties cement slurry, devices for cement slurry activation are proposed.

В настоящее время отмечается увеличение числа скважин с низким качеством крепи (рис. 1), неправильно производится выбор конструкции забоя скважин, что приводит к снижению их продуктивности (рис. 2), качество вскрытия продуктивных горизонтов, оцениваемое по показателю ОП, в среднем не превышает 0,6 (рис. 3), сроки эксплуатации забойных двигателей и их энергетические характеристики не соответствуют возможностям широко используемых матричных долот.
Рис. 1. Данные результатов акустической цементометрии некоторых скважин месторождений севера Тюменской области
Рис. 2. Средние значения отношений фактических производительностей к потенциальным по способам заканчивания скважин и объектам
Рис. 3. Показатели значений отношений продуктивности по
а) Ямбургскому и б) Уренгойскому месторождениям
Сотрудниками кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин» ТюмГНГУ предлагаются инновационные научно-технические решения, направленные на ускорение строительства скважин, обеспечение качества вскрытия и надежности разобщения продуктивных пластов с минимизацией затрат на их реализацию.

Известно, что увеличение времени контакта бурового раствора с продуктивным пластом приводит к снижению его фильтрационно-емкостных свойств. Минимизировать такое воздействие можно за счет увеличения механической скорости бурения, которая зависит от компоновки низа бурильной колонны, от энергетических параметров забойного двигателя и нагрузки на долото. Последний фактор особо значим в условиях проводки наклонных стволов и стволов с горизонтальным профилем, поскольку до 60% создаваемой нагрузки компенсируется силами трения бурильной колонны о стенку ствола скважины, т. е. ее зависанием. Анализ работы винтовых забойных двигателей различной конструкции показал, насколько увеличен моторесурс рабочих органов (примерно на 75 часов) зарубежных забойных двигателей по сравнению с российскими, хотя последние обладают повышенными энергетическими показателями. Однако при использовании и тех и других зачастую возникают аварийные ситуации из-за слабой устойчивости работы героторного механизма и недостаточного уровня контроля осевой нагрузки на долото.

Отмеченные недостатки могут быть устранены усовершенствованием конструкции роторного узла объемного двигателя. Устойчивость его работы обеспечивается за счет снижения крутильных инерционных колебаний, увеличения гидравлических сил, действующих на ротор, контактных напряжений (диаметрального натяга). Изменение этих факторов возможно за счет снижения величины эксцентриситета двигателя (увеличения диаметрального натяга) разделением ротора по окончанию шагов винтовых линий Т2 на несколько частей (модулей), что и было реализовано совместно с М.В. Двойниковым (рис. 4) [1].
Рис. 4. Конструкция модернизированного ВЗД
а – героторный механизм; б – торцевой разрез;
1 – статор; 2 – ротор; 3, 4, 5 – модули ротора; 6 – муфта; 7 – резиновая накладка ротора; 8 – резиновая накладка статора
Предлагаемое решение успешно используется на отработанных винтовых забойных двигателях, после восстановления которых момент на валу ротора увеличивается с 2,9 до 3,5 кН•м в рабочем оптимальном режиме работы двигателя с сохранением частоты вращения 1,82 с-1 и производительности насоса в 32 л/с. Максимальный тормозной момент увеличился с 4,0 до 4,5 кН•м при тех же параметрах. Разработана методика корректировки нагрузки на долото, позволяющая увеличить проходку на долото до 38% и механическую скорость бурения – до 24%.

Разработаны рецептуры безглинистых полимерных растворов на основе полисахаридных реагентов (крахмал, Тylose E, КМК, Fito-PK, сульфацелл) с добавлением различных солей – электролитов, повышающих ингибирующую способность и ферментативную устойчивость растворов. Сравнительные данные по степени загрязнения пластов по показателю коэффициента восстановления проницаемости керна различными составами буровых растворов представлены на рис. 5 [2 – 7].
Рис. 5. Значения коэффициента восстановления проницаемости керна с использованием различных растворов
Безглинистые буровые растворы, приготовленные на основе полисахаридов, способных к деструкции, обеспечивают минимальное проникновение фильтрата и твердых частиц в призабойную зону пласта; не допускают взаимодействия фильтрата с глинистыми минералами, находящимися в продуктивном пласте; предотвращают образование нерастворимых осадков в поровом пространстве пласта; обеспечивают стабильность реологических свойств раствора при высоких температурах и агрессии пластовых вод. Применение деструкторов и ингибиторов деструкции (формиата натрия) данного полимера в составе ББР позволяет регулировать сроки формирования и существования кольматационного экрана.

Для повышения герметичности крепи заколонного пространства необходимо использовать седиментационно-устойчивые тампонажные материалы с низкой водоотдачей, также содержащие в качестве полисахаридного реагента оксиэтилцеллюлозу различных марок: Сульфацел, Tylose, Natrosol.

Повысить качество крепи скважины за счет улучшения эксплуатационных характеристик цементного камня (прочности и проницаемости) предлагается путем установки в башмак обсадной колонны вихревых гидродинамических преобразователей, позволяющих дополнительно активировать тампонажный раствор для его более полной гидратации и снижения количества свободной воды затворения.

Таким образом, предлагаемый комплекс научно-технических решений позволит:
  • ускорить сроки строительство скважин за счет использования модернизированного забойного двигателя,
  • повысить качество вскрытия продуктивных пластов путем применения рассмотренных биополимерных растворов на основе полисахаридов,
  • увеличить срок безаварийной работы скважины за счет применения седиментационно-устойчивых с пониженной водоотдачей тампонажных растворов и их активации.

Литература

  1. Двойников М.В. Совершенствование конструкций винтовых забойных двигателей для бурения скважин / В.П. Овчинников, А.В. Будько, П.В. Овчинников, А.И. Шиверских. Тюмень: Изд-во ООО «Печатник», 2010. 141 с.
  2. Пат. 2277572 РФ, С1 С 09 К 8/08. Высокоминерализованный безглинистый буровой раствор / А.В. Будько, П.В. Овчинников, И.Г. Яковлев, А.А. Фролов, СВ. Пролубщиков (Россия). № 2004135683/03; заявл. 06.12.2004; опубл. 10.06.2006, бюлл. № 16.
  3. Пат. 2277569 РФ, С1 С 09 К 8/02. Буровой раствор / А.В. Будько, П.В. Овчинников, И.Г. Яковлев, А.А. Фролов, СВ. Пролубщиков (Россия). № 204134762/03; заявл. 29.11.2004; опубл. 10.06.2006, бюлл. № 16.
  4. Пат. 2277521 РФ, С1 С 09 К 8/08. Безглинистый буровой раствор / П.В. Овчинников, И.Г. Яковлев, А.А. Фролов, А.В. Будько, СВ. Пролубщиков (Россия). №2004135682/03; заявл. 06.12.2004; опубл. 10.06.2006, бюлл. № 16.
  5. Пат. 2277570 РФ, С1 С 09 К 8/04. Солестойкий буровой раствор для вскрытия продуктивных пластов / А.В. Будько, П.В. Овчинников, И.Г. Яковлев, А.А. Фролов, СВ. Пролубщиков (Россия). № 2004134648/03; заявл. 26.11.2004; опубл. 10.06.2006, бюлл. № 16.
  6. Пат. 2277571 РФ, С1 С 09 К 8/08. Безглинистый буровой раствор / П.В. Овчинников, И.Г. Яковлев, А.А. Фролов, А.В. Будько, СВ. Пролубщиков (Россия). №2004135682/03; заявл. 06.12.2004; опубл. 10.06.2006, бюлл. № 16.
  7. Нагарев О.В. К выбору технологических жидкостей для вскрытия пластов и капитального ремонта скважин // Проблемы геологии и разработки нефтегазовых месторождений: Сб. науч. тр. ЗАО «Тюменский нефтяной научный центр». Тюмень, 2006. С. 287 – 297.

References

  1. M.V. Dvoynikov. Design sophistication of screw bottom motors to drill wells / V.P. Ovchinnikov, A.V. Bud’ko, P.V. Ovchinnikov, A.I. Shiverskikh. Tyumen’: “Pechatnik (Printman)” Co Ltd publishers, 2010. 141 pages.
  2. Patent 2277572 RF, С1 С 09 К 8/08. Highly mineralized clay-free (non-argillaceous) drilling mud / A.V. Bud’ko, P.V. Ovchinnikov, I.G. Yakovlev, А.А. Frolov, S.V. Prolubchshikov (Russia). № 2004135683/03; declared on December 6, 2004; published on June 10, 2006, Bulletin № 16.
  3. Patent 2277569 RF, С1 С 09 К 8/02. Drilling mud / A.V. Bud’ko, P.V. Ovchinnikov, I.G. Yakovlev, А.А. Frolov, S.V. Prolubchshikov (Russia). № 204134762/03; declared on November 29, 2004; published on June 10, 2006, Bulletin № 16.
  4. Patent 2277521 RF, С1 С 09 К 8/08. Clay-free drilling mud / P.V. Ovchinnikov, I.G. Yakovlev, А.А. Frolov, A.V. Bud’ko, S.V. Prolubchshikov (Russia). №2004135682/03; declared on December 6, 2004; published on June 10, 2006, Bulletin № 16.
  5. Patent 2277570 RF, С1 С 09 К 8/04. Salt-stable drilling mud to open productive layers / A.V. Bud’ko, P.V. Ovchinnikov, I.G. Yakovlev, А.А. Frolov, S.V. Prolubchshikov (Russia). № 2004134648/03; declared on November 26, 2004; published on June 10, 2006, Bulletin № 16.
  6. Patent 2277571 RF, С1 С 09 К 8/08. Clay-free drilling mud / P.V. Ovchinnikov, I.G. Yakovlev, А.А. Frolov, A.V. Bud’ko, S.V. Prolubchshikov (Russia). - №2004135682/03; declared on December 6, 2.2004; published on June 10, 2006, Bulletin № 16.
  7. O.V. Nagarev. On choosing technological liquids to open layers and for big repair of wells// Problems of geology and development of oil & gas fields: Collection of scientific works of “Tyumen’ oil science center” CSC. Tyumen’, 2006. Pp. 287 – 297.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Овчинников В.П.

    Овчинников В.П.

    д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Бурение нефтяных и газовых скважин»

    Тюменский государственный нефтегазовый университет

    Аксенова Н.А.

    Аксенова Н.А.

    к.т.н., доцент кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин»

    Тюменский государственный нефтегазовый университет

    Каменский Л.А.

    аспирант

    кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин, Тюменский государственный нефтегазовый университет

    Просмотров статьи: 2885

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru