Введение к работе
Актуальность проблемы. Увеличение глубин бурения и связанная с этим необходимость спуска обсадных колонн большого диаметра (508-426)мм и (340-324)мм на глубины более 1500м и ЗОООи, соответственно, в конструкциях глубоких и сверхглубоких параметрических, поисковых и разведочных скважин ставит перед бурением задачу качественного формирования стволов скважин большого диаметра в сочетании с эффективным процессом углубления.
Несмотря на разработанные в последние 5-Ю лет в соответствии с общесоюзной научно-технической программой (1988г.) ГКНТ 0.02.02.технические и технологические решения по бурению стволов скважин большого диаметра, проблема остается актуальной. Проблема увеличения скоростей бурения скважин большого диаметра и особенно качественного формирования их стволов роторным способом долотами на глубинах 2500-4500м, остается первостепенной значимости, несмотря на модернизацию цолот в диапазоне низких и средних частот вращения.
Как показал анализ промысловых данных, существующие способы бурения ;РТБ, роторный, ступенчатый роторный, совмещенный турбинно-роторный, гурбинный) и применяемые компоновки низа бурильной колонны (КНБК) в сочетании : выпускаемым отечественной промышленностью породоразрушающим буровым інструментом (ПБИ) не решают проблемы увеличения проходок и рейсовых скоростей зурения на глубинах свыше 2000 м и особенно в интервалах 25О0-4500м в сочетании с гребуемым качеством формирования и обеспечения вертикальности стволов большого \иаметра, создания устойчивости стенок скважин.
Одним из перспективных направлений является формирование на базе ячетания одношарошечных долот специального бура для роторного бурения, гоименение которого позволит разрушать забой скважины эффективнее, чем при іьісокооборотном турбинном способе бурения.
В основе разработки лежит использование авторского свидетельства N 1832813 U МКИ Е21 В 10/08 (для служебного пользования).
Актуальность проблемы определяется тем, что бурение стволов скважины іольшого диаметра при одновременной подготовке ствола под спуск обсадных олонн является главным резервом сокращения сроков и снижения стоимости троительства скважин.
Цель работы. Разработка техники и технологии бурения стволов большого иаметра в глубоких скважинах, обеспечивающих минимальную интенсивность
искривления и исключающих дополнительную подготовку ствола к спуску обсадмы; колонн на основе создания долотных буров и технологии их применения.
Основные задачи исследований.
-
Разработка общей компоновки долотных буров со сферическим) породоразрушающимн секциями на базе использования одношарошечных долот методики и программы проведения предварительных промысловых испытаний.
-
Проведение промысловых испытаний экспериментальных образцої долотных буров для бурения и расширения стволов скважин большого диаметра.
-
Создание и изготовление лабораторного бурового стенда, разработк; методики и проведение стендовых исследований процессов бурения и формирование стволов скважин модельным образцом породоразрушающей секции сферическоі формы.
-
Разработка породоразрушающей секции долотного бура сфероконическоі формы с повышенной боковой фрезерующей способностью.
-
Разработка эффективной конструкции долотного бура со сфероко-ническимі породоразрушающимн секциями и технологии его применения для бурения стволої большого диаметра в глубоких скважинах с одновременной подготовкой их под спусі обсадных колонн.
-
Выбор КНБК и теоретические исследования оценки проходимости обсадньи колонн по стволу скважины, пробуренному долотным буром, обеспечивающих из успешный спуск без предварительной его подготовки компоновками низа бурильної колонны с постепенно увеличивающейся жесткостью.
7. Разработка регламента на строительство сверхглубоких поисково
разведочных скважин.
Методика исследований. Для решения поставленных задач выполнен комплекі исследований, включающий обработку промысловых данных и анализ технически) средств бурения и подготовки стволов большого диаметра глубоких скважин теоретические, промысловые и стендовые исследования процессов бурения I формирования ствола скважины долотным буром с использованием разработанногс стенда БС-1.
Научная новизна. 1. Разработан новый экспериментальный образец долотного бура ее сферическими породоразрушающимн секциями (АС N 1832813 А1) и проведень
промысловые испытания, по результатам которых получены зависимости механической скорости бурения от нагрузки и частоты вращения и установлено, что конструкция бура работоспособна и процесс расширения и подготовки ствола скважины более эффективен по сравнению с серийными трехшарошечными долотами.
-
Стендовыми исследованиями установлено, что сферические по-родоразрушающие секции обеспечивают повышенное качество формирования стенок скважины по сравнению с трехшарошечными долотами.
-
В результате проведенных стендовых исследований установлено, что совмещение обычного разрушения на забое за счет вращения породоразрушающих секций долотного бура и резания верхней частью сферических шарошек стенок скважины, создает условия качественного формирования ствола в процессе углубления.
-
Стендовыми исследованиями показано, что совмещение процесса бурения с подготовкой ствола скважины обеспечивается при образовании на забое переходной зоны у стенки скважины за счет увеличения боковой разрушающей и фрезерующей способности вооружения долотного бура.
-
Разработана породоразрушающая секция долотного бура сфероконической формы для улучшения разрушения центральной части забоя (защищена патентом РФ N 2116428/98 БИ 21), позволяющая качественно формировать ствол скважины в процессе бурения при эффективных режимах углубления.
-
Впервые разработан долотный бур и технология его применения для бурения стволов большого диаметра в глубоких скважинах с одновременной их подготовкой под спуск обсадных колонн. Долотный бур защищен двумя патентами РФ N 2095539, N2116428.
Практическая ценность и реализация работы.
Практическая значимость работы характеризуется соответствием направлений вставляющих ее частей содержанию программ НИОКР в РАО "Газпром" в 1994-1995г.г. и программе "Создание в 1996-2000г.нового поколения бурового )борудования и средств автоматизации" в ОАО Газпром".
Проведенный комплекс исследований, разработанные при этом технические и ехнологические решения позволили рекомендовать и осуществлять совмещение іроцессов бурения стволов большого диаметра и подготовки их к спуску обсадных
колонн в глубоких скважинах, что снижает вероятность возникновения осложнений возникающих при дополнительных подготовках стволов скважин КНБК с постепеннс увеличивающейся жесткостью и тем самым существенно сокращает временные і материальные затраты при креплении верхних интервалов геологических разрезої глубоких скважин.
Разработанные технические и технологические решения (долотный бур к КНБК), обеспечивающие одновременную подготовку стволов большого диаметра е процессе бурения при эффективных режимах, апробированы в глубоких і: сверхглубоких параметрических скважинах треста "Оренбургбургаз" (2-Ордовик, 1-Кайнсайская, I-Нагумановская) и ПГО "Уральскнефтегазгеология" (1-Утвинская, 1-Деркульская).
Внедрение рекомендаций по подготовке ствола и креплению параметрической скважины 2-Ордовик треста "Оренбургбургаз" 426мм промежуточной колонной позволило впервые в РАО "Газпром" спустить указанную колонну на глубину 1390м в один прием и зацементировать через бурильную колонну и получить экономию эксплуатационных затрат, зависящих от времени более 1,6 млн. руб. в ценах 1991 года.
Внедрение долотного бура со сфероконическими породоразрушающими секциями предусмотрено разработанным регламентом на строительство сверхглубоких поисково-разведочных скважин на Нагумановской площади филиала "Оренбургбургаз" буровой компании "Бургаз" ОАО "Газпром".
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на коллоквиумах лаборатории "Физико-механических исследований процессов бурения и конструкций скважин" ОАО НПО "Буровая техника "ВНИИБТ (г. Москва, 1992-98гг); на научно-технических совещаниях треста «Оренбургбургаз» (г.Оренбург, 1993-95г.г.); на 2-ой научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России (г.Москва,1997г.)
Публикации.