Технические науки / 10. Горное дело

Д.т.н, Хузина Л.Б.,

к.т.н., Любимова С.В.

Альметьевский государственный нефтяной институт, Россия, Татарстан

Снижение прихватоопасности при бурении наклонно-направленных скважин с горизонтальными участками

В настоящее время одним из перспективных методов интенсификации добычи нефти и полноты ее извлечения из недр является разработка месторождений скважинами с горизонтальным окончанием. Особую актуальность это приобретает для месторождений со сложным геологическим строением продуктивных залежей и на поздней стадии их разработки. Данная технология отвечает самым высоким требованиям эффективности и экологии, но существует и ряд проблем, связанных с процессом бурения горизонтальных участков скважины. Одной из актуальных задач при бурении скважин с горизонтальным окончанием является снижение прихватоопасности бурильных колонн, особенно на горизонтальном участке [1].

Опыт бурения скважин с горизонтальным окончанием показывает, что одной из основных причин, приводящей к низким технико-экономическим показателям является зависание бурильной колонны на стенках скважины, вызванное прихватом скважинного инструмента, колонны труб и другого технологического оборудования. Среди влияющих факторов на возникновение дифференциального прихвата можно выделить значительную силу трения бурильной колонны о стенки промежуточной обсадной колонны или ствола скважины. В результате чего, в некоторых случаях могут возникнуть такие условия, что процесс бурения станет просто невозможным. Одним из направлений снижения затрат энергии при спуско-подъемных операциях, предупреждения затяжек и прихватов бурильных колонн и приборов в скважинах является повышение смазочных свойств буровых растворов [1].

К недостаткам этого метода можно отнести сложность регулирования состава бурового раствора в процессе бурения и недостаточную эффективность, поэтому необходимо использовать более принципиальные методы борьбы с трением бурильной колонны о стенки скважины или горную породу, а именно вводить конструктивные изменения в компоновке низа бурильной колонны, такие как:

- установление центрирующих элементов вдоль бурильной колонны, в качестве центрирующих элементов применяют калибраторы, центраторы и др. [3];

- использование широкого спектра регулирующих устройств, таких как: ясс, осциллятор, вибродемпферы, вибраторы и т.д. [5].

Наиболее эффективным является применение наддолотных устройств, снижающих коэффициент трения бурильной колонны о стенки скважины, что в свою очередь, снижаниет риск возникновения дифференциального прихвата. Для уменьшения возникновения прихвата известны такие разработки, как скважинный осциллятор [5], скользящий центратор [6], а также компоновка низа бурильной колонны с усиленной динамической нагрузкой на долото [7].

Включение в компоновку центрирующих элементов, осцилляторов или стабилизаторов положительно влияют на технико-экономические показатели бурения [3,4].

На кафедре «Бурение нефтяных и газовых скважин» Альметьевского государственного нефтяного института разрабатываются скважинные инструменты, позволяющие снизить коэффициент трения бурильной колонны о стенки скважины, получен патент на полезную модель №96160 «Скважинный осциллятор».

Остановимся на конструктивной схеме скважинного осциллятора, приведенной на рис.1. Устройство для осцилляции низкочастотных колебаний промывочной жидкости состоит из корпуса 1, калиброванной втулки 2, установленной в корпусе, клапана 3, оси 4, диффузора верхнего 5, диффузора нижнего 6. Устройство работает следующим образом. Промывочная жидкость (техническая вода, глинистый раствор, нефтяная эмульсия, раствор кислоты и т.п.) закачивается с поверхности насосными агрегатами и проходит по колонне бурильных труб к скважинному осциллятору. Через проходной канал струя жидкости попадает на клапанный узел. Под ее действием клапан начинает совершать колебательные движения, наклоняясь, то одной, то другой стороной к проходному каналу, в результате чего в определенные моменты времени, проходной канал оказывается перекрытым. Это приводит к осцилляции низкочастотных колебаний промывочной жидкости, достигающих забоя скважины, которые способствуют созданию динамической нагрузки на долото и снижению возникновения прихвата в процессе бурения.

Рисунок 1 – Схема скважинного осциллятора

1 – корпус, 2 – калиброванная втулка, 3 – клапан, 4 – ось. 5, 6 – верхний и нижний диффузоры

На сегодняшний день ведутся работы по разработке скважинных инструментов, позволяющие снизить коэффициент трения бурильной колонны о стенки скважины. Так, в работе [3] предложен скользящий центратор, который за счет уменьшения фактической площади контакта колонны со стенками скважины позволяет снизить коэффициент трения на горизонтальных участках, а, следовательно, и уменьшить риск возникновения дифференциального прихвата.

Представленная на рис.2, компоновка низа бурильной колонны путём создания дополнительной динамической нагрузки на долото и осцилляции низкочастотных продольных колебаний, приводящее к снижению коэффициента трения бурильной колонны о стенки скважины, также позволяет снизить риск возникновения дифференциального прихвата, и, довести нагрузку до долота при бурении наклонно-направленных скважин с горизонтальными участками [4].

Рисунок 2 - Компоновка низа бурильной колонны при бурении горизонтальных участков [4]

Таким образом, включение в компоновку низа бурильной колонны центраторов и скважинных осцилляторов, позволяет значительно уменьшить коэффициент трения о стенки бурильной колонны, что уменьшает вероятность возникновения прихватов в процессе бурения горизонтальных участков скважин.

Литература:

1. Хузина Л.Б., Петрова Л.В., Любимова С.В. Методы снижения сил трения при разработке месторождений горизонтальными скважинами // Нефтегазовое дело. – 2012. - №5. – С.62.

2. Хузина Л.Б., Любимова С.В. Технико-технологическое решение для снижения сил трения бурильной колонны о стенки скважины при бурении скважин с горизонтальным участком // Нефтегазовое дело. – 2012. - №2. – С.194.

3. Хузина Л.Б., Фазлыева Р.И. Особенности конструкции центраторов для бурения нефтяных скважин // Материалы научной сессии ученых Альметьевского государственного нефтяного института: Альметьевск. – 2013. – С.63.

4. Хузина Л.Б., Шайхутдинова А.Ф. Применение новых элементов в КНБК при бурении наклонно-направленных скважин // Материалы научной сессии ученых Альметьевского государственного нефтяного института: Альметьевск. – 2013. – С.69.

5. Пат. 96160 РФ E21B7/00. Скважинный осциллятор / Л.Б. Хузина, Р.Б. Набиуллин, С.В. Любимова (Россия). - № 2008139867/22; Заявлено 07.10.2008; опубл.20.07.2010, Бюл.№20.

6. Пат. 127805 РФ E21B17/10. Скользящий центратор / Л.Б. Хузина, Р.И.Шафигуллин, Р.И.Фазлыева, Э.А.Теляшева (Россия). - № 2012154144/03; Заявлено 13.12.2012; опубл.10.05.2013, Бюл.№13.

7. Пат. 126748 РФ E21B7/08. Компоновка низа бурильной колонны с усиленной динамической нагрузкой на долото / Л.Б. Хузина, А.Ф.Шайхутдинова, Р.Х.Фаткуллин, А.А.Мухутдинова, Э.А.Теляшева (Россия). - № 2012146106/03; Заявлено 29.10.2012; опубл.10.04.2013, Бюл.№12.