12.3.2. «Вертитрак» – «Бейкер-Хьюз Интек»

Система «Вертитрак» компании «Бейкер-Хьюз Интек» является первой автоматической системой вертикального бурения в промышленности. Обеспечивает надежный контроль отклонения для поддержания истинно вертикальной траектории, что важно при бурении солевых, наклонно залегающих отложений и сильнотрещиноватых. Система проводит траекторию вертикальной без влияния на параметры бурения и необходимости длительных коррекционных рейсов. «Вертитрак» объединяет новую эффективную силовую секцию от объемного забойного двигателя и технологию смещения долота от проверенной системы роторного управляемого бурения. Подобно системе «Автотрак», объединяет замкнутый забойный контроль с двухсторонним каналом связи. Однако в вертикальной скважине нет необходимости выносить шлам, лежащий на стенках скважины, или преодолевать значительное сопротивление движению бурильной колонны, как при горизонтальном бурении. Поэтому «Вертитрак» спроектирован для бурения без вращения бурильной колонны, но использование технологии забойного двигателя «Экстрим» в составе силового привода системы более чем компенсирует отсутствие вращения бурильной колонны — обеспечивая максимальную мощность на долоте для оптимальной эффективности бурения (рисунок 107).

Эффективность системы «Вертитрак» может быть дополнительно увеличена при добавлении высокоэффективного АТП долота компании «Хьюз-Кристенсен», специально спроектированного для бурения вертикальных скважин.

Рис. 107. Конструкция системы «Вертитрак»

Преимущества системы «Вертитрак»

Обеспечение вертикальности ствола:

- автоматическая корректировка для возвращения к вертикальной траектории и дальнейшее предотвращение отклонений;

- повышенная стабильность ствола скважины.

Экономия времени:

- сокращенные сроки бурения вертикального интервала;

- отсутствие длительных исправительных рейсов.

Состояние ствола скважины:

- значительное уменьшение извилистости, меньше искривлений по стволу скважины, нет необходимости в проработке и шаблонировке;

- отсутствие спиральной выработки;

- меньшая вероятность посадок и отворота инструмента;

- уменьшение сопротивления движению бурильной колонны, крутящего момента, износа элементов КНБК и обсадной колонны;

- отсутствие динамических заклинок и повреждений КНБК.

Кустовое бурение:

- уменьшает риск пересечения стволов скважин;

- бурение большего количества скважин с одной платформы.

Строгие проекты заканчивания скважин:

- скважины со строгим соблюдением диаметра;

- уменьшение износа насосного оборудования;

- легкий спуск обсадной колонны и уменьшенный износ в процессе эксплуатации;

- уменьшение диаметров скважины;

- уменьшение размеров обсадной колонны в верхних интервалах;

- снижение расхода цемента.

В дополнение к уменьшению длины ствола скважины, суммарных затрат на бурение и количества обсадных колонн для достижения конечного забоя, «Вертитрак» позволяет увеличить скорость проходки, обеспечить более точный контроль положения ствола.

Область применения

«Вертитрак» используется для бурения пластов с большим углом залегания, зон сброса-надвига и солевых отложений, которые склонны к значительному искривлению при бурении с долотами АТП. Применение его также целесообразно при строгих проектах обсадных колонн, требующих точного соблюдения диаметра и качества ствола скважины. Система может бурить скважины диаметрами от 215,9 до 711 мм.

«Вертитрак» – автоматическая система направленного бурения для бурения вертикальных скважин без вращения бурильной колонны. Улучшенная система роторного управляемого бурения сохраняет скважину вертикальной, уменьшает количество проблем стабильности скважины и увеличивает среднюю механическую скорость. Замкнутый забойный контур управления траекторией постоянно измеряет зенитный угол и создает усилия для корректировки траектории, необходимые для исправления любого отклонения от вертикали. Встроенный гидравлический пульсатор передает значение зенитного угла и состояние устройства на поверхность. Бурение совершенной вертикальной скважины без перегибов, смещений или спиралеобразования уменьшает трение и крутящий момент и улучшает качество ствола — облегчая строительство более строгих проектов и помогая увеличивать протяженность горизонтального участка при бурении скважин с большими отходами.

Работа

Как правило, система «Вертитрак» работает в режиме направленного бурения с задействованными опорами и вращением долота, обеспечиваемым силовой секцией «Нави-Дрилл Экстрим». Встроенные датчики вблизи долота измеряют зенитный угол в скважине и постоянно передают данные на поверхность.

Как только датчики зенитного угла вблизи долота определяют, что траектория скважины отклоняется от вертикальной (рис. 108), система управления активирует внутренние гидравлические насосы привода управления отклоняющими опорами (рис. 109). Эти насосы разработаны для создания необходимого усилия к каждой из трех опор для сопротивления любым отклонениям и возвращения ствола к нулевому зенитному углу, в сложных условиях наиболее наклонных пластов. Быстро устраняя любые отклоняющие тенденции, система «Вертитрак» возвращает ствол скважины к вертикали без снижения эффективности бурения. Как только система возвращает ствол скважины к необходимому значению зенитного угла, все три опоры нагружаются одинаково для стабилизации устройства и поддержания вертикальности ствола (рис. 110).

Замкнутый контур управления обеспечивает постоянную и непрерывную корректировку траектории, гарантируя, что ствол остается прямым с наименьшей возможной извилистостью. Это уменьшает трение и крутящий момент, вероятность отворота инструмента или динамическую заклинку. В результате система «Вертитрак» помогает контролировать износ КНБК и обсадной колонны в течение цикла жизни скважины.

В пластах крутопадающих и трещиноватых традиционное буровое оборудование требует переориентирования для поддержания вертикальности ствола – вызывая значительные задержки во время бурения и сильно искривленный ствол.

Система «Вертитрак» может поддерживать вертикальность скважины в пластах со значительным наклоном и трещиноватостью без влияния на ключевые параметры режима бурения, такие как нагрузка на долоте и выбор оптимального типа долота. Вдобавок гладкий вертикальный ствол помогает дополнительно снизить затраты в последующих операциях.

Рис. 108. Отклонение от вертикали, зарегистрированное датчиком

инклинометрии

Рис. 109. Возврат ствола к вертикали отклоняющими опорами

Рис. 110. Ствол вертикальный, нейтральное положение отклоняющих опор

Состав системы

«Вертитрак» – интегрированная система, объединяющая устройство направленного бурения, датчики телеметрии и высокоэффективную силовую секцию.

Трехосевые отклоняющие опоры

Три выдвигающиеся отклоняющие опоры создают мощное радиальное отклоняющее усилие на долоте. С использованием проверенной в системе «Автотрак» технологии, подпружиненные опоры активируются гидравлически для поддержания постоянного курса независимо от параметров режима бурения и тенденции искривления в пласте.

Гидравлические линии проходят через насосную секцию и соединяются с контрольным клапаном в отклоняющем блоке. Гидравлическое усилие, основывающееся на измерениях зенитного угла вблизи долота, прилагается к необходимой опоре для возвращения ствола скважины обратно к вертикали. Система заполняется гидравлической жидкостью, которая может создавать нагрузку более чем 3 тонны отклоняющего усилия на одну опору, поддерживая ствол скважины на проектной траектории в сложных условиях бурения.

Рис. 111. Статор силовой секции «Экстрим» в разрезе

Силовая секция «Экстрим»

Силовая секция «Вертитрак» включает улучшенную технологию винтового забойного двигателя «Нави-Дрилл» для создания значительной мощности на долоте. Дополнительное усилие, больше на 60-100 %, чем у традиционных забойных двигателей аналогичного размера, стало возможным при использовании фрезерованного статора с покрытием тонким слоем эластомера (рисунок 111). Уменьшение количества резины в статоре обеспечивает лучшую гидравлическую и механическую эффективность, тем самым сокращая трение и внутренний нагрев, химическое действие бурового раствора. В результате система «Вертитрак» обеспечивает повышенную надежность и увеличенную проходку на рейс.

Телеметрия

Блок телеметрии и пульсатора обеспечивает точное измерение зенитного угла с точностью до 0.01° и двухсторонний канал связи с поверхностью. Турбинный электрогенератор питает систему. Гидравлический насос создает давление на отклоняющие опоры для поддержания вертикальности ствола скважины при постоянной корректировке траектории. В дополнение включены следующие датчики:

- измерение температуры;

- статус устройства (отклоняющие опоры “включены” или “выключены”);

- вольтаж электрогенератора;

- давление масла в гидравлической системе.

Полная сборка приборов каротажа в процессе бурения может быть включена в компоновку для обеспечения полных данных о пластах в реальном времени. В этой конфигурации, передатчик «Вертитрак» выключен для предотвращения наложения сигнала. Хотя это предотвращает передачу данных о зенитном угле и прочих датчиков системы, возможности замкнутого контура управления забойной компоновкой сохраняются.