Технические данные рабочих узлов

Натяжение талевого канала на барабане лебедки при максимальной грузоподъемности, кН	106
Максимальная мощность на роторе, кВт	75
Скорость вращения ротора, об/мин	мин. 75, макс. 190
Максимальная подача бурового раствора, л/с	14
Максимальное давление бурового раствора, МПа	20 __j

87

Рис. 7.1. Принципиальная схема процесса шлангокабельного бурения: 7 - долото; 2 - забойный двигатель; 3 - забойные датчики; 4 - УБТ; 5 — емкость для промывочной жидкости; 6 — тяговый агрегат: 7 - шлангопри-емник; 8 - буровой шлангокабель; 9 - самописец; 10 - пульт для автоматиче­ского контроля и оптимизации процесса бурения

Проектная глубина бурения опытной установки была выбрана 500 м. Интервал 0-247 м, сложенный неустойчивыми породами, пробурили обычным способом турбобуром Т12МЗ-9 с использованием ротора 114 мм долотом № 12 (295 мм) и обсадили кондуктором диаметром 219 мм.

Бурение с применением шлангокабеля в качестве бурильных труб турбобуром TC5E-6⁵/g" долотом диаметром 190 мм проводилось в ин­тервале 200—258 м в кондукторе по затвердевшему цементному камню и 11 м в породах татарского яруса, сложенных загипсованными глинами с прослоями песчаников. При этом использовался шлангокабель с внут­ренним диаметром 60 мм, наружным диаметром 118 мм, общей длиной 300 м — 4 секции по 75 м, снабженные замковыми соединениями конст­рукции «КуйбышевНИИ НП».

Произвели два долбления. В качестве бурового раствора исполь­зовалась пластовая вода плотностью 1,14 t/cm^j. Осевая нагрузка на до­лото выдерживалась в интервале 15-20 кН и достигала 30 кН. Давление

навыкиде насосов составляло 7,5-8,0 МПа с одной секцией турбобура и 9,0-10,0 МПа - с двухсекционным турбобуром.

В 1966 году способом бурения на шлангокабеле турбобуром было пробурено 195 м в интервале 258-453 м в известняках и доломитах ка­занского яруса и калиновской свиты. Осевая нагрузка на долото под­держивалась в интервале 20-40 кН. Максимальная нагрузка на подъем­ном барабане составляла 100 кН, скорость спуска шлангокабеля - 0,25-0,6 м/с, подъема - 0,3-0,4 м/с. Реактивный момент забойного двигателя воспринимался грузонесущими канатами.

В процессе промысловых испытаний 1965-66 годов были выявлены узкие места в конструктивном исполнении оборудования, шлангокабеля, контрольно-измерительных приборов и намечены пути их устранения.

Подобные работы проводились во Франции - Французским ин­ститутом нефти. Французская экспериментальная буровая «Le Perray-III», забой скважины которой в 1968 году достиг 1000 м, находилась в окрестностях Парижа.

В целях обмена опытом Миннефтепром СССР провел переговоры с Французским институтом нефти, и было достигнуто соглашение о со­вместном проведении дальнейших работ. Для совместного эксперимен­тального бурения выбрали скважину № 501-Куртамакскую, располо­женную вблизи города Отрадный Куйбышевской (Самарской) области. Работы проводились под совместным техническим руководством спе­циалистов отдела бурения «КуйбышевНИИ НП» и Французского ин­ститута нефти.

Для бурения использовалась отечественная буровая установка «Уралмаш-4Э», оснащенная специальным оборудованием: барабаном-приемником для упорядоченной укладки шлангокабеля в процессе СПО, неподвижной и подвижной с захватными цапфами, двумя буро­выми насосами «МАРЕП», кронблоком и талевым блоком, гидравличе­ской станцией и станцией управления.

Монтаж оборудования начался в конце 1968 года. Бурение под направление диаметром 425 мм на глубину 63 м по обычной техноло­гии начали 25 марта 1969 года. Бурение под кондуктор диаметром 239 мм до глубины 598,3 м также осуществлялось обычным способом.

После спуска кондуктора и его цементирования была собрана компоновка со шлангокабелем. Характеристика компоновки:

долото 0 269 мм;

турбобур ТС5Б-9» (две секции) или ЗТС5Б9» (3 секции);

датчик вращения;

центратор 0 235 мм;

УБТ 203 мм длиной 125-202 м;

прибор ФИН («Телевижель»);

шлангокабель CLT: производитель - завод «Cables de Lion» (Франция), наружный диаметр - 147 мм, внутренний диаметр - 97 мм,

89

длина секции - 500-550 м, диаметр допустимого изгиба - 2,5 м, внут­реннее рабочее давление - 33,0 МПа, момент скручивания, рабочий -8,0 кНм, рабочая растягивающая нагрузка- 1550 кН.

Конструкция шлангокабеля представлена на рисунке 7.2. Она включает арматуру, воспринимающую давление, - из двух точечно ка­сающихся слоев навивки стальными канатами диаметром 1,8 мм, арма­туру, работающую на растяжение, - из двух точечно касающихся слоев стальных канатов диаметром 3,0 мм, а также внутреннюю и внешнюю полихлоропреновую камеры, обеспечивающие герметичность и скреп­ление структуры шланга. В конструкции предусмотрены 20 электриче­ских каналов связи, проложенных в слоях, работающих на растяжение.

Рис. 7.2. Конструкция шлангокабеля CLT

Через шесть месяцев после начала работ, 5 октября 1969 года за­бой скважины достиг 2329 м.

Параметры бурения:

давление от двух насосов «МАРЕП» - в интервале 12,0-18,0 МПа, при производительности 40 л/с;

нагрузка на долото - от 60 до 200 кН; средняя проходка на долото - 23,2 м; механическая скорость - 6 м/ч.

В процессе бурения имели место два случая нарушения процесса, вы­званные разрывом замковых соединений секций шлангокабеля на глубинах 1284 м и 2329 м, что свидетельствует о слабом звене шлангокабелей, тре­бующем доработки: ненадежная конструкция узла соединения секций.

Таким образом, аналитическими и экспериментальными исследо­ваниями процесса бурения на шлангокабеле выявлена его техническая и экономическая целесообразность. Затраты времени на СПО уменьши­лись в 4-8 раз, рейсовая скорость проходки увеличилась в 2-4 раза, ско­рость СПО составила 1,5-2 м/с. Кроме того, процессу шлангокабельно-го бурения присущи все преимущества, связанные с возможностью герметизации устья скважины.

90

Результаты исследований были использованы советскими и фран­цузскими специалистами при совместной разработке промышленного варианта буровой установки шлангокабельного бурения БУШ-3000. Ра­бота развивалась также в направлении создания морского варианта шлангокабельной установки - уже в России и во Франции. Российский вариант предполагался для работы на Каспийском море.

С сожалением приходится констатировать, что, несмотря на су­щественные преимущества процесса бурения на шлангокабеле, работы с советской стороны были прекращены на основании заключения ко­миссии Миннефтепрома.

Колтюбинговые технологии при заканчивании скважин

Заканчивание скважин - важный заключительный этап их строи­тельства, включающий вскрытие пласта, обоснование конструкции за­боя, перфорацию скважин и вызов притока пластовых флюидов. Имен­но на этом этапе закладываются предпосылки уровня совершенства скважин, непосредственно влияющего на приток пластовых флюидов.

Однако в настоящее время заканчивание скважин, вскрывающих залежи нефти и газа в деформируемых коллекторах сложного типа, на­талкивается на ряд нерешенных проблем, главная из которых - низкая эффективность испытания продуктивных объектов и освоения скважин. Вследствие этого сотни пробуренных скважин на площадях Северного Кавказа, Восточной и Западной Сибири, Белоруссии, Предуралья и дру­гих регионов в дальнейшем после спуска и цементирования эксплуата­ционной колонны оказывались не продуктивными или работали с по­ниженными дебитами.

Подавляющее большинство этих и других негативных явлений объясняется двумя основными причинами: недостатком информации о тех свойствах деформируемых коллекторов, которые проявляются в процессе ведения работ и несовершенством системы принятия реше­ний, вносящих неопределенность и элемент случайности при выборе технологии испытания скважин. Задачи по испытанию продуктивных объектов, освоению скважин и особенно предотвращению осложнений ставятся не комплексно и решаются разобщенно. Применяемые методы зачастую не соответствуют задачам и не позволяют эффективно ис­пользовать не только конкретные данные, но и ту общую информацию о свойствах и закономерностях их проявления, которые дают исследо­вания, обобщения и анализ накапливающихся геолого-промысловых материалов о деформируемых коллекторах.

Установлено, что фильтрационные свойства пород характеризу­ются и количественно и качественно. Количественные характеристики фильтрационных свойств пород общеизвестны. Это - показатели про-

91

ницаемости, полученные гидродинамическими исследованиями сква­жин или лабораторным изучением флюидопроводимости. Показатели проницаемости предоставляют обязательную геологопромысловую ин­формацию о продуктивных объектах и, хотя не всегда отличаются вы­сокой точностью, все же обеспечивают получение практически прием­лемых решений нефтепромысловых задач.

Исследованиями доказано, что для выявления динамики измене­ния фильтрационных свойств пород в процессе бурения и испытания деформируемых флюидопроводящих путей, а также для оценки вос­приимчивости коллекторов к воздействиям технологических факторов использование только показателей проницаемости малоинформативно (Б. Кравченко).

Во-первых, измерения проницаемости производятся после того, как скважина уже пробурена и освоена. В результате полученная для данной скважины информация недостаточно точна. Уточнение ее путем экстраполяции аналогичных данных с уже изученного ранее объекта не обеспечивает приемлемой доверительности прогноза, хотя по гидроди­намическим исследованиям она ближе к реальным показателям прони­цаемости изучаемого объекта.

Во-вторых, проницаемость коллектора - показатель кон-верГент-но неопределенный. Он представляет собой усредненное значение про­ницаемости сходных по строению, но отличающихся по протяженности фильтрационных путей коллекторов. Или, наоборот, одинаковой про­тяженности, но существенно отличающемся строении. Например, при небольшом числе широких флюидопроводящих путей и мно­гочисленных узких.

В-третьих, гидродинамические исследования ведутся при забой­ных давлениях, отличающихся от создаваемых в процессе вскрытия и освоения скважин. Однако в шлифах раскрытость флюидопроводящих путей измеряется на породах, не испытывающих горного и пластового давлений. Между тем, исследованиями установлено, что в зависимости от соотношений этих давлений проницаемость меняется в очень широ­ких пределах. Она может быть как нулевой, когда флюидопроводящие пути смыкаются горным давлением, так и неограниченно большой в ус­ловиях гидроразрыва.

Промысловыми исследованиями доказано, что качественные осо­бенности коллекторских свойств определяются дифференциальной проницаемостью фильтрационных каналов и их реакцией на техно­логические воздействия в процессе ведения работ. Дифференциальная проницаемость фильтрационных каналов и их способность сепариро­вать компоненты промывочных жидкостей и пластовый флюид зависят от раскрытое™. Установлено, что существенное значение для предот­вращения осложнений испытания имеет учет статистической законо­мерности частоты вскрытия скважинами фильтрационных каналов раз-

92

личных категорий раскрытое™. Это позволяет точнее определить необ­ходимость использования средств предотвращения осложнений - раз­делить их на обязательные к применению и резервные.

Другой практически важной закономерностью является связь ве­личины депрессии с интенсивностью фильтрации и притоками в сква­жину. Теоретический и практический анализ исследований показывает, что у фильтрационных путей деформируемых коллекторов, в отличие от межпоровых каналов, гранулярная проницаемость меняется в зави­симости от величины депрессии. Вследствие этого не происходит фильтрации не только при нулевой депрессии, когда нет перепада дав­ления, перемещающего флюид, но и за той критической величиной де­прессии, когда фильтрационные пути смыкаются горным давлением и утрачивают проницаемость. Максимальным же приток становится при некоторой меньшей, чем критическая величина депрессии, соответст­вующей оптимальному соотношению в системе «скважина - пласт». Величина критической и оптимальной депрессии для фильтрационных каналов зависит от их строения и свойств пород. В трещинных системах, представленных разными по раскрытое™, протяженности и пространст­венному положению фильтрационными каналами, проявление этой за­висимости носит интегральный характер: сначала смыкаются наименее стойкие системы, а затем, по мере возрастания депрессии, все более и более устойчивые. А критическое состояние - полная потеря про­ницаемости приствольной зоны - наступает, когда смыкаются наиболее устойчивые фильтрационные пути данной системы. Общей закономер­ности это обстоятельство не нарушает.

Во всех случаях существует то оптимальное соотношение депрес­сии и раскрытое™ трещин, при котором поток пластовых жидкостей является максимально выраженным. При возрастании депрессии от ну­левого до оптимального значения приток увеличивается, а от оптималь­ного до критического снижается.

Установлено, что если флюидопроводящие пути кольматированы твердой фазой, то при их изменении под влиянием депрессии твердая фаза заклинивается в них, притом с разной устойчивостью против вы­талкивания.

В одних случаях с увеличением перепада забойного и пластового давлений может быть достигнуто условие:

5Р > 2РгК,

где 8Р - величина депрессии;

Рг - горное давление на твердую фазу в трещине;

К - коэффициент трения твердой фазы о стенку трещины.

При этом трещины декольматируются. Это нестойкая форма бло­кады проницаемости.

В других же случаях независимо от величины создаваемой де­прессии сохраняется условие 5Р < 2РгК, т. е. за счет только этого фак-

93

тора ликвидировать блокаду невозможно. Это стойкая форма блокады проницаемости. Устранить ее можно, обеспечив два условия.

Первое - чтобы флюидопроводящие каналы при возбуждении притока находились в состоянии оптимальной раскрытое™.

Второе - чтобы в течение того отрезка времени, когда напряжения в матрице коллектора еще релаксируют, на коль матирующий их мате­риал уже оказывали бы выталкивающие давления, превышающие силы трения о стенки трещины.

Оба эти условия обеспечиваются при освоении скважин способом переменных давлений с плавным снижением и импульсным увеличени­ем депрессии.

При использовании данного способа на коллектор следует оказывать циклические депрессионные воздействия. На первой фазе цикла относи­тельно продолжительного набора затрубного давления и снижения депрес­сии - флюидопроводящие пути будут расширяться, горное давление, за­клинивающее кольматирующий их материал, снижается, а напряжения в матрице коллектора релаксируют. На второй фазе цикла - резкого сброса забойного давления и увеличения депрессии - возникает импульс гидрав­лического давления, который в условиях максимальной раскрытое™ фильтрационных путей и некоторого отставания процесса релаксации де-кольматирует коллектор. Такой режим воздействий благоприятствует и очистке фильтрационных каналов от загрязнения, и фильтрации флюида, так как сводит к минимуму смыкание и сужение фильтрационных путей. Это наблюдалось, например, на скважинах с трещинным коллектором Са-лымского месторождения в Западной Сибири, Кудиновского нефтегазово­го месторождения в Нижнем Поволжье, Северо-Притокского, Чкаловского и Судовицкого месторождений в Белоруссии.

Данный способ может использоваться:

• в качестве средства вызова притока, когда он отсутствует или недостаточен для автономной работы установки. Работы ведутся с до- ливом жидкости в скважину при использовании внешних источников энергии (азотная или газобустерная установка, газовая линия и т.п.);

• в качестве средства интенсификации и борьбы с аномальными обстановками фильтрации, когда приток позволяет продолжать освое­ ние за счет пластовой энергии, как способ эксплуатации, поскольку по­ зволяет устанавливать режимы фильтрации, близкие к оптимальным и исключающие выделение растворимого газа в пласте.

В настоящее время при освоении и испытании скважин основным приемом вызова притока считается разовое создание депрессии; плав­ное ее увеличение в первом случае и импульсное - во втором. При этом величина депрессии выбирается, как правило, без учета восприимчиво­сти коллекторов к воздействиям и зачастую с большим «запасом». По­этому естественно, что сужение, смыкание и стойкая кольматация тре­щин не устраняется и становится одним из факторов, снижающих эф­фективность вызова притока.

94

Для повышения эффективности работы пласта на этапе испыта­ния, освоения, вызова и интенсификации притока в условиях проявле­ния стойких форм блокады проницаемости с использованием колтю-бинговых установок и полного диапазона депрессионных воздействий по всему вскрытому разрезу скважины можно проводить:

• промывку поглощающих скважин с АНДП пенными системами для улучшения выноса механических примесей;

• геофизические исследования в открытом и обсаженном стволе (каротаж, каротаж - испытания - каротаж, шумометрия и т. д.);

• установку кислотных и щелочных ванн;

• кислотные и щелочные обработки околоскважинной зоны про­ дуктивного пласта (ПП);

• глубокопроникающие обработки ПП пенокислотными составами:

• селективные обработки вскрытых интервалов ПП;

• промывку ПП с использованием жидкого азота;

• периодические продувки ПЗП азотом с целью удаления пласто­ вых вод;

• промывку фильтра и зумпфа от механических примесей;

• промывку гравийной набивки фильтра от различных отложений растворами ПАВ, растворителями;

• интенсификацию продуктивного пласта скважин, оборудован­ ных фильтрами;

• вымыв гравийной набивки при извлечении фильтра;

• растепление гидропарафинистых пробок в НКТ и затрубном про­ странстве без глушения скважины и не загрязняя продуктивный пласт;

• промывку ПЗП нефтяных скважин от асфальто-смолистых от­ ложений горячей нефтью или растворителями.

Использование кол тюбинговых установок совместно с азотно-бустерным комплексом и полного диапазона регулируемых депресси­онных воздействий по всему вскрытому разрезу скважины позволит:

• осваивать скважины пенными системами;

• снижать уровень жидкости до необходимой глубины;

• продувать скважины газообразным азотом;

• оптимизировать притоки пластовых флюидов.

Анализ результатов исследований указывает на возможность управления пластовой энергией при интенсификации притоков и добы­че нефти и газа таким образом, чтобы гидродинамическая связь между скважиной и пластом была наиболее эффективной. Это позволит:

• продлить срок немеханизированной добычи нефти;

• успешно бороться со скважинными отложениями;

• предупреждать образование водяных пробок на забое газовых скважин;

• замедлять процесс обводнения нефтяных скважин;

• выбирать депрессии, обеспечивающие наилучшие условия для притока флюида.

95

Таблица 7.1