12.1. Бурение с использованием гидравлических

ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

12.1.1. Эффективность бурения с гидравлическими забойными

двигателями

В обозримом будущем системы наклонно направленного бурения по-прежнему будут иметь большое значение для нефтяной промышленности при разработке морских месторождений, месторождений с ограниченной площадью доступа к поверхности и в регионах со сложными климатическими условиями.

Формирование требований к технологии наклонного бурения, как и раньше, будет вызвано стремлением продлить срок службы месторождений на море и на суше путем бурения боковых стволов из существующего ствола скважины и заканчивания скважин с горизонтальным отрезком ствола, что позволяет увеличивать дебит и полноту извлечения углеводородов из пласта.

Поскольку наклонные скважины значительно дороже вертикальных, даже умеренное повышение эффективности их проводки может обеспечить значительную экономию. Внедрение гидравлических забойных двигателей упростило проводку наклонных скважин, а применение управляемых двигателей улучшило управление траекторией ствола скважины и сократило время спускоподъемных операций, однако эти двигатели стоят дорого и недостаточно надежны.

Причины низкой эффективности систем наклонно направленного бурения с управляемым забойным двигателем можно разделить на две общие группы: простои, вызванные поломкой забойных двигателей, и низкая производительность в обычном режиме работы. Убытки от простоев определяются легко, поэтому при расследовании способов снижения стоимости наклонного бурения именно им уделяется особое внимание. В этом направлении в последние несколько лет достигнут значительный прогресс, хотя определенные убытки, обусловленные простоями из-за осложнений, связаны с любой системой направленного бурения. При управляемом роторном бурении убытки из-за осложнений могут быть уменьшены (экономия зависит от сложности системы); но основной причиной стремления к переходу от систем с забойными двигателями к роторным является повышение эффективности направленного бурения. Это обеспечит при управляемом роторном бурении выполнение ряда задач, которые при использовании гидравлических забойных двигателей невыполнимы.

12.1.2. Ограничения в системах с забойными двигателями

Бурение управляемыми забойными двигателями ведется в двух режимах: с невращающейся (именуемой далее "скольжение") и с вращающейся колонной бурильных труб ("вращение"). Режим скольжения используют для изменения зенитного угла или азимута путем сохранения стационарности бурильной колонны в поперечном направлении, что и позволяет сориентировать долото нужным образом. По данным о 172 морских наклонно направленных скважинах, для которых можно было получить раздельную информацию о режимах скольжения и вращения, около 35 % времени механического бурения в наклонных скважинах приходится на режим скольжения, хотя этим способом удается пройти значительно меньшую долю общего метража.

Бурение в режиме скольжения связано с рядом недостатков, приводящих к неэффективной работе.

Во-первых, в режиме скольжения сопротивление осевому перемещению много больше, чем в режиме вращения. В результате, при большом отходе, вес не передается на забой – силы трения больше веса бурильной колонны.

Во-вторых, при бурении в режиме скольжения затруднено удаление шлама из скважины, особенно в скважинах с большим зенитным углом. Полнота удаления шлама в значительной степени зависит от вращения бурильной колонны, которое препятствует осаждению шлама на нижнюю стенку скважины. Недостаточная очистка требует дополнительного времени на промывку, расхаживание бурильного инструмента, а если эти операции игнорируются, могут возникнуть прихваты и увеличенные потери давления, вызывающие повышенную опасность потери циркуляции.

В-третьих, подачу бурильной колонны зачастую не удается осуществлять плавно и непрерывно, а это не позволяет забойному двигателю работать в оптимальном режиме и создавать постоянную нагрузку на долото.

Бурение в режиме вращения с забойным двигателем также имеет ряд недостатков, ведущих к неэффективной работе.

Во-первых, вращение бурильной колонны вызывает значительные радиальные и осевые нагрузки в забойном двигателе, ускоряющие его износ и вероятность отказа на забое. Бурение с заклинившим забойным двигателем зачастую невозможно из-за значительного повышения давления в циркуляционной системе и необходимости подъема для выяснения причины отказа.

Во-вторых, геометрические характеристики забойного двигателя значительно влияют на поведение компоновки низа бурильной колонны, препятствуют размещению стабилизаторов и калибраторов и не позволяют производить бурение с форсированными режимами для повышения его эффективности.

В процессе проводки скважины с забойными двигателями при достижении заданных значений зенитного угла и азимута возникает необходимость подъема бурильной колонны, хотя долото к этому моменту может быть в работоспособном состоянии. Это связано с тем, что у абсолютного большинства забойных двигателей угол перекоса между приводным валом и силовой секцией может быть изменен только на поверхности.

Совокупность рассмотренных факторов приводит к тому, что величина механической скорости при направленном бурении в режиме скольжения значительно ниже, чем при вращении. На рисунке 50 приведен пример скважины, в которой забойный двигатель работал с шарошечным долотом, а бурение велось то в режиме скольжения, то в режиме вращения, что типично для проводки наклонных скважин.

На каждом участке бурения в режиме скольжения отмечается значительное уменьшение механической скорости. На рисунке 59 приведены данные, которые еще нагляднее показывают отрицательное влияние скольжения на механическую скорость. Эти данные для скважин со значительным отходом показывают, что не только механическая скорость при скольжении ниже, чем при вращении, но и существует граница, за которой скольжение становится невозможным.

Рис. 62. Сравнение механической скорости проходки в режимах

скольжения и вращения

Рис. 63. Сравнение механической скорости проходки в режимах

скольжения и вращения