Общеизвестно, что механическая скорость бурения является одним из основных факторов, влияющих на технико-экономические показатели бурения. В свою очередь, одним из основных факторов, которые влияют на механическую скорость бурения, является дифференциальное давление. Работы по исследованию снижения дифференциального давления начали проводиться с начала 70-х годов прошлого века, создавались различные устройства, но широкого применения они не нашли по причине сложности изготовления и малой эффективности.
ЭЖГ работает следующим образом. Производится гидравлический расчет и на долото устанавливаются насадки расчетного размера. Затем на долото устанавливается ЭЖГ и сверху – КНБК. Собранная компоновка спускается на забой, в зону работы долота и ЭЖГ подается буровой раствор, причем, часть бурового раствора проходит через насадки долота и используется для очистки забоя, а часть– для работы ЭЖГ. При подаче бурового раствора на сопло струйного насоса высоконапорная струя поступает в камеру смешения, где, расширяясь, передает свою энергию жидкости, находящейся в камере смешения. За счет высокой скорости смешанного потока в месте соединения камеры смешения и подводящего канала создается разряжение, и жидкость из зоны работы долота вместе со шламом через подводящие каналы выходит в кольцевое пространство, ударяется о стенку скважины, кольматируя ее. За счет высокой скорости движения жидкости в кольцевом пространстве и ограниченного расстояния между стенкой скважины и корпусом ЭЖГ в этом кольцевом пространстве создается эффект дополнительной эжекции, т.е. двухстадийная эжекция. Это позволяет создавать значительную депрессию в зоне работы долота.
На настоящий момент нами разработаны конструкции ЭЖГ для разных диаметров долот: начиная от диаметра 120,6мм и до 469,9 мм. Но, в основном, использовался ЭЖГ-203 для бурения долотами диаметром 215,9 мм. Ранее мы публиковали данные по его применению с долотами этого диаметра, а сейчас хотим представить данные по применению ЭЖГ с долотами PDC большого диаметра и при высокой плотности бурового раствора.
Оман (компания PDO)
Работы с ЭЖГ в Омане проводились на месторождении YIBAL KHUFF скважина № YIB-516 в интервале 1714–2533 м долотом диаметром 311,1 мм. В качестве базы сравнения была взята близлежащая скважина
№ YIB-512, интервал бурения – 1427–2508 м. На этих скважинах были использованы идентичные КНБК, только на скважине № YIB-516 в КНБК был использован ЭЖГ. Результаты работ приведены в табл. 1 и табл. 2.
При применении ЭЖГ с долотом диаметром 311,1мм на скважине № YIB-516 и сравнении показателей с результатами бурения на скважине № YIB-512 (со стандартной КНБК без ЭЖГ), были получены следующие результаты:
– скорость бурения была увеличена до 32,2 %;
– суммарное время бурения интервала 311,1 мм было снижено;
– состояние долота: 0-0-WT-G-X-I-WT-TD. Долото пригодно к дальнейшему использованию (как новое);
– состояние ЭЖГ и насадок на ЭЖГ в хорошем состоянии.
Объединенные Арабские Эмираты (компания ADCO)
Бурение с применением ЭЖГ в ОАЭ производилось в компании ADCO на скважине № ВВ-904. Бурение производилось с применением ВЗД, использовалось долото PDC диаметром 311,1 мм производства компании Smith (табл. 3).
• Скорость бурения (ROP) на скважине BB-904
(с применением ЭЖГ) была увеличена на 25 % по сравнению со скважиной BB-874, которая была пробурена (без применения ЭЖГ) в аналогичном интервале, идентичным долотом, при одинаковых параметрах бурения.
Республика Узбекистан
Работы по применению ЭЖГ в Республике Узбекистан проводились совместно с буровой компанией «Эриэл».
Для определения эффективности работы ЭЖГ на скважине № 4 ОЭ месторождения Мустакилликнинг был использован наддолотный эжекторный насос марки ЭЖГ-254, наружным диаметром 254 мм и длиной 530 мм.
До применения ЭЖГ, в интервале 2591-2641 м, использовалась следующая КНБК: долото PDC 311,1, ВЗД-240, переводник, УБТ-229, УБТ-203, ТБТ-139,7. Плотность бурового раствора составляла 2080 кг/м3. Режим бурения: нагрузка 13–15 т, давление 158–180 атм; расход 41,5 л/с; Обороты ротора 40 об/мин; средняя механическая скорость бурения – 0,37 м/час.
13.01.2020 г. с глубины 2641 м произвели смену КНБК: долото PDC 311,1, ЭЖГ-245, переводник, УБТ-229, УБТ-203, ТБТ-139,7. ВЗД не применялся. Плотность бурового раствора составляла 2080 кг/м3. Бурение продолжили до глубины 2832,6 м. Средняя механическая скорость бурения составила 1,88 м/час.
С глубины 2832,6 м подняли инструмент и сменили КНБК, ЭЖГ из КНБК убрали: долото PDC 311,1, переводник, УБТ-229, УБТ-203, ТБТ-139,7. Плотность бурового раствора составляла 2080 кг/м3.
Данной КНБК начали бурить 21.01.2020 г. Бурение в интервале: 2832,6–2841 м. Нагрузка – 12,5–13,5 т, давление – 158–169 атм; Q=40,7 л/с; Обороты ротора=95–105 об/мин; механическая скорость бурения – 0,3–0,4 м/час.
Из-за низкой скорости бурения подняли КНБК и собрали новую с ЭЖГ: долото PDC 311,1, ЭЖГ-245, переводник, УБТ-229, УБТ-203, ТБТ-139,7. Плотность бурового раствора составляла 2080 кг/м3. Бурение начали 23.01.2020г. в интервале от 2841-2926 м. Средняя механическая скорость бурения составила 0,92 м/час. Данные приведены в табл. 4.
В результате проведенных работ на этой скважине было показано, что использование в КНБК эжекторного насоса ЭЖГ позволило увеличить механическую скорость бурения в 3 раза и исключить применение ВЗД.
При проведении работ на скважине № 4 месторождения 25 лет Независимости было использовано ЭЖГ 320. Бурение производилось роторным способом, долотом диаметром 444,5 мм и ЭЖГ-320 в интервале 2679-2830м. КНБК: долото PDC 444,5, ЭЖГ-320, переводник, УБТ-229, УБТ-203, ТБТ-139,7. Плотность бурового раствора составляла 1670 кг/м3. Механическая скорость бурения в данном интервале составила 2,23 м/час.
В качестве базы сравнения была взята скважина № 2 данного месторождения, интервал – 2656-2810 м. На этой скважине применялась следующая КНБК: долото PDC 444,5, ВЗД-240, переводник, УБТ-229, УБТ-203, ТБТ-139,7. Плотность бурового раствора составляла 1670 кг/м3. Механическая скорость бурения в данном интервале составила 1,7 м/час.
Сравнивая показатели бурения на этих скважинах, можно сказать, что применение ЭЖГ при роторном бурении, позволило получить более высокую механическую скорость бурения (2,23 м/час), чем при бурении с ВЗД без эжектора (1,7 м/час).
Российская Федерация
В РФ работы с долотами PDC большого диаметра были проведены только в Ненецком автономном округе на скважине № 3421 при бурении под техническую колонну в интервале 351–2190 м. Использовалось КНБК: долото PDC 295,3; ЭЖГ-245; ВЗД DMR-240; КЛС-293; НБТ-203; УБТ-178; СБТ 127 – ост.
Результаты проведенной работы показали, что применением наддолотного эжекторного насоса ЭЖГ-245 при бурении секции технической колонны Ø245 мм на скважине позволило добиться увеличения фактической механической скорости бурения в 1,1 раза по сравнению с фактической механической скоростью, достигнутой по скважине № 3420 и в 1,91 раза по сравнению с фактической механической скоростью, достигнутой по скважине № 3410. При этом износ долота был незначительный:
код износа до спуска: 0-1-CT-G,S-X-I-BT-RIG
код износа после подъема: 0-1-CT-G,S-X-I-BT-TD
в 1,1 раза по сравнению с фактической механической скоростью.
Выводы
Исходя из вышеизложенного, выполненные работы показали, что применение ЭЖГ позволяет:
– увеличить механическую скорость бурения даже при высокой плотности бурового раствора;
– при роторном бурении с применением ЭЖГ позволяет получить механическую скорость бурения выше, чем при бурении с ВЗД, но без использования ЭЖГ при прочих равных условиях;
– увеличить проходку на долото.