КАТАСТРОФИЧЕСКОЕ СНИЖЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРЕНИЯ ИЗ-ЗА ЭКСЦЕНТРИЧНОГО ВРАЩЕНИЯ ДОЛОТА НА ЗАБОЕ СКВАЖ

Инструмент и оборудование

КАТАСТРОФИЧЕСКОЕ СНИЖЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРЕНИЯ ИЗ-ЗА ЭКСЦЕНТРИЧНОГО ВРАЩЕНИЯ ДОЛОТА  НА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ

Ю. Палащенко, Varel International

    Большинство буровиков и производителей буровых долот даже и не подозревают, что есть такое явление, как эксцентричное вращение долота относительно забоя скважины и чем оно чревато.
    А ведь давно известно [1], что эффективность работы буровых долот может кратно снижаться в результате нарушения соосности долота и ствола скважины. Разумеется, речь здесь идет об обычных шарошечных долотах (сюда же можно отнести и обычные долота режущего типа – PDC и алмазные), а не о бицентричных долотах, специально задуманных с целью использования эксцентриситета для создания ствола скважины диаметром больше, чем предыдущий интервал бурения.
    При несовпадении оси долота с осью скважины непредвиденно и произвольно формируется ствол диаметром, превышающим номинальный диаметр долота. Такое взаимодействие долота с горной породой, когда нарушается конструктивно предусмотренная схема поражения забоя породоразрушающими элементами долота, приводит к катастрофическому износу вооружения шарошек и резкому падению механической скорости бурения и величины проходки.
     Причины, вызывающие эксцентричное вращение долота относительно забоя, следующие [2]:
1) переход долота в процессе углубления скважины от твердых плотных пород к породам пластичным;
2) недостаточная стабилизация компоновки низа бурильной колонны;
3) кривизна ствола скважины;
4) несоответствие осевой нагрузки разбуриваемым породам;
5) неправильный выбор типа долота;
6) значительное превышение гидростатического давления в скважине над пластовым давлением.
     Эксцентричность работы долота характеризуется весьма заметным износом тела шарошек между рядами зубьев и односторонним изнашиванием последних, а также интенсивным износом тыльной части одной из шарошек и спинки соответствующей лапы долота. При этом, как мы уже отмечали, в процессе бурения наблюдается очень низкий уровень механической скорости проходки и достигнутого метража.
     Ярким примером эксцентричной работы долота в условиях бурения  скважин на площадях ОАО «Татнефть» может служить отработка одного из долот типа 8 ? CH44MRS (код IADC 617) производства компании Varel International при роторном бурении завершающего этапа скважины. Эксцентричность взаимодействия долота с забоем можно наблюдать при использовании любого типоразмера долота производства абсолютно любой компании при любом способе бурения любого интервала в любом регионе [3].
    По принятой технологии проводки скважин в ОАО «Татнефть» при подходе к кыновскому горизонту, представленному глинами и аргиллитами, предусматривается переход от бурения забойными двигателями к роторному способу бурения с одновременной заменой системы промывки скважины технической водой на глинистый раствор. Таким способом скважина бурится до проектной глубины, причем этот заключительный интервал бурения может варьироваться от 40 до 200 м.
    Параметры режима бурения поддерживаются следующие: осевая нагрузка на долото 14 — 15 тс, частота вращения ротора 65 об/мин, подача бурового насоса 14 л/с.
    Итак, характерный и довольно типичный эксцентричный износ вооружения шарошек наблюдался при бурении долотом 8 ? CH44MRS № 213545, которое отрабатывалось в скважине № 29005 Восточно-Лениногорской площади в интервале 1779 — 1805 м. Данным долотом было пробурено всего лишь 26 м за 42 часа при механической скорости проходки 0,6 м/ч. Бурение велось в доломитах шугуровского горизонта (1779 — 1780 м), а затем в глинах кыновского горизонта (1780 — 1805 м).
    Износ шарошек данного долота показан на рис. 1, который бесспорно свидетельствует об эксцентричном вращении долота на забое относительно оси скважины. При этом стенка скважины формировалась только одной шарошкой (шарошка № 2), а две другие шарошки вообще не участвовали в калибровании ствола.
    Подтверждением этого являются рис. 2, 3 и 4, где показаны спинки лап всех трех секций долота.
    В частности, на рис. 2 представлена лапа секции (секция № 2) с полностью изношенными армирующими твердосплавными вставками в результате их взаимодействия со стенкой скважины.
    Рис. 3 и 4 демонстрируют практически неизношенные армирующие вставки на соответствующих лапах, указывая тем самым на отсутствие контакта двух других секций долота со стенкой  скважины.
    Код износа долота В3П0Д0. Причины эксцентричной работы рассмотренного долота вполне очевидны:
1) переход от твердых шугуровских доломитов к пластичным кыновским глинам;
2) отсутствие калибраторов в КНБК;
3) кривизна наклонно — направленного ствола скважины.
  На рис. 5 виден значительный износ всех шарошек долота другого производителя, которым затем была завершена скважина, но уже без какого — либо эксцентриситета.
    Проходка этим долотом в интервале 1805 — 1865 м составила 60 м за 42,5 часа при механической скорости бурения 1,4 м/ч.
    Долото отрабатывалось в глинах кыновского горизонта (1805 — 1809 м), затем в песчаниках пашийского горизонта (1809 — 1844 м) и, наконец, в аргиллитах живетского горизонта (1844 — 1865 м)
    Код износа долота В3П0Д5, т.е. потеря диаметра долота составила 5 мм.
    По результатам кавернометрии интервала, пробуренного обоими долотами, было установлено, что диаметр скважины при бурении первым долотом колебался от 230 до 296 мм (!) при номинальном размере долота 215,9 мм, а диаметр скважины в интервале работы второго долота постепенно уменьшился до величины 210 мм, а затем до 195 мм при том же номинале 215,9 мм. Несмотря на то, что в первом случае на увеличение диаметра скважины мог повлиять процесс кавернообразования в кыновских глинах, а во втором случае мог себя проявить процесс сужения ствола скважины в аргиллитах живетского горизонта, указанные пределы изменения диаметра скважины довольно впечатляющи.
    Характер износа шарошек других четырех долот типа 8 ? CH44MRS, отрабатывавшихся в нормальных с точки зрения центрирования долота условиях, показан на рис. 6 — 9. При бурении указанными долотами получены следующие небезынтересные результаты.
    Долото № 213547 (рис. 6) дало проходку 154 м за 104 часа при механической скорости бурения 1,5 м/ч. в интервале 1757 — 1911 м скважины № 28735 Павловской площади. Начав бурить в шугуровском горизонте (1757 — 1758 м) и пробурив затем кыновский (1758 — 1782 м), пашийский (1782 — 1846 м), живетский (1846 — 1896 м) горизонты, данное долото завершило скважину в кристаллическом фундаменте (1896 — 1911 м). Код износа долота В1П4Д0.
    Долото № 213550 (рис. 7) отрабатывалось на трех скважинах: № 24793 Азнакаевской площади в интервале 1625 — 1710 м (85 м за 52,5 ч. при механической скорости 1,6 м/ч в кыновском, пашийском и живетском горизонтах), № 30375 Алькеевской площади в интервале 1786 — 1824 м (38 м за 29 ч. при механической скорости 1,3 м/ч в шугуровском, кыновском, пашийском и живетском горизонтах) и № 1687Б Южно-Ромашкинской площади в интервале 1751 — 1822 м (71 м за 55,5 ч. при механической скорости 1,3 м/ч в доманиковом, шугуровском, кыновском, пашийском и живетском горизонтах). В итоге долото прошло 194 м за 137 ч. при средней механической скорости бурения 1,4 м/ч. Код износа долота В2П4Д0.
    Долото № 213549 (рис.8) отрабатывалось на двух скважинах: № 31 — разведочная Аркаевской площади в интервале 1964 — 2112 м (148 м за 121 ч. при механической скорости 1,2 м/ч) и № 30418 Алькеевской площади в интервалах 1744 — 1766 м при бурении турбобуром ТРШ — 195 с промывкой скважины технической водой (22 м за 3 ч. при механической скорости 7,3 м/ч в верхне-франском и мендымском горизонтах) и в интервале 1813 — 1884 м (71 м за 50 ч. при механической скорости 1,4 м/ч в доманиковом, шугуровском, кыновском и пашийском горизонтах) при роторном бурении с промывкой скважины глинистым раствором. Итоговая проходка долота составила 241 м за 174 ч. при средней механической скорости бурения 1,4 м/ч. Код износа долота В1П0Д2. Долото в работоспособном состоянии.
    Долото № 213551 (рис. 9) отрабатывалось на трех скважинах: № 24102 Абдрахмановской площади в интервале 1744 — 1843 м (99 м за 54,2 ч. при механической скорости 1,8 м/ч), № 19430 Павловской площади в интервале 1821 — 1834 м при разбуривании кристаллического фундамента (13 м за 20 ч. при механической скорости 0,65 м/ч) и № 19431 Павловской площади в интервале 1817 — 1852 м (35 м за 40 ч. при механической скорости 0,9 м/ч в кыновском и пашийском горизонтах). Суммарная проходка долота составила 147 м за 114,2 ч. при  средней механической скорости бурения 1,3 м/ч. Код износа долота В1П0Д2. Долото в работоспособном состоянии.
    На рис. 10 показан износ долота другого производителя, отработанного в скважине № 19431 Павловской площади после долота 8 ? CH44MRS № 213551 в интервалах 1852 — 1923 м (пашийский и живетский горизонты) и 1958 — 1973 м (живетский горизонт) с общей проходкой 86 м за 47 ч. при механической скорости бурения 1,8 м/ч. Код износа долота В4П0Д20, т.е. потеря диаметра долота достигла 20 мм.
    Следовательно, вполне очевидно, что при разбуривании одних и тех же стратиграфических горизонтов одним и тем же типом долота с использованием одной и той же технологии бурения не исключена вероятность получения совершенно несопоставимой величины проходки на долото, как, например, 26 м против 154, 194, 241 и 147 м.
    Итак, при проводке скважин, независимо от способа бурения, будь то роторный способ или бурение забойными двигателями, для исключения возможности эксцентричного вращения долота на забое, пагубно влияющего на эффективность бурения, необходимо уделять серьезное внимание проблеме стабилизации компоновки низа бурильной колонны.
    Что касается эффективности применения долот типа 8 ? CH44MRS, то они показали преимущество перед всеми другими долотами при роторном бурении завершающего этапа скважин в ОАО «Татнефть», обеспечив экономию на каждый метр проходки в размере 186 руб.

ЛИТЕРАТУРА
1. В.В. Симонов, В.Г. Выскребцев. Работа шарошечных долот и их совершенствование / / М., Недра. 1975.
2. A.T. Bourgoyne et al. Applied drilling engineering / / SPE, Richardson, Texas. 1991.
3. Ю.А. Палащенко. Одна из причин снижения показателей работы буровых долот / / Нефтегазовая вертикаль. 2006. № 2.