книги из ГПНТБ / Григорян, Н. А. Бурение наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров

Из табл. 20 видно, что угол закручивания существенно зависит от диаметра и толщины труб, а также от характера их компо­ новки. Так, например, если угол закручивания для бурильных труб 140X9 мм длиной 1600 м составляет 40,8°, то при замене верхних 800 м трубами 140X11 мм этот угол уменьшается на 11,5%, а если заменить нижние 800 м трубами 140x11 мм, то на 27,5%. Уста­ новка на конце 9-мм бурильных труб 178-мм УБТ длиной 50 м уменьшает угол закручивания на 43,5%.

Таким образом, угол закручивания бурильной колонны от дей­ ствия реактивного момента турбобура, помимо характеристик тур­ бобура и ствола скважины, зависит также от диаметра, толщины стенок и материала труб, а также от характера их компо­ новки.

Выбор максимального угла искривления ствола наклонных скважин

При бурении наклонных скважин количество рейсов с отклони­ телями зависит от: глубины и отклонения ствола, интервала и ин­ тенсивности искривления, проходки на долото и его боковых фрезерующих способностей, точности проведения работ по ориен­ тированию отклонителей, механических свойств проходимых пород и т. д. В процессе проходки наклонных скважин объем работ с от­ клонителем по изменению азимута искривления ствола преобла­ дает над объемом работ по набору кривизны.

В табл. 21 представлены фактические данные по проходке 21 наклонной скважины на месторождении Нефтяные Камни. Буре­ ние всех скважин осуществляли трехшарошечными долотами диа­ метром 214 мм под 146-мм эксплуатационную колонну. В качестве отклонителя при бурении с турбобуром Т12МЗ-7’/2" использовался эксцентричный резиновый ниппель.

180

Таблица 21

В табл. 22 представлены аналогичные данные по 20 наклонным скважинам, пробуренным 190-мм трехшарошечными долотами на площадях Артем-море и банка Дарвина. При работе с отклоните­ лями (кривой переводник с углом перекоса осей резьб 2 -г-2,50) ис­ пользовались укороченные турбобуры Т12М1-65/8" длиной 4-н -f-4,7 м. Бурение на прямой трубе осуществляли двухсекционным

турбобуром ТС4-65/в".

Из табл. 21 и 22 следует, что количество рейсов с отклонителем для исправления азимута искривления ствола больше, чем коли­ чество рейсов для увеличения зенитного угла. Это означает, что на практике проходки наклонных скважин в большинстве случаев отклоняющие компоновки устанавливают не в направлении ази­ мута искривления ствола, а под некоторым углом к нему. Вследст­ вие этого, с одной стороны, возрастает возможность расхождения фактического профиля ствола от проектного, а с другой стороны, затрудняются условия запуска турбобура.

181

Таблица 22

ствола, по достижении которого дальнейшее бурение продолжается с установкой прямой трубы. В процессе бурения с использованием прямой трубы без стабилизирующих приспособлений уменьшается угол искривления ствола и изменяется азимут скважины. Вслед­ ствие этого часто для исправления параметров искривления ствола производят несколько рейсов с отклонителем, что в конечном итоге снижает скорость проходки наклонных скважин.

Для сокращения объема работ с использованием отклонителей по исправлению азимута при бурении наклонных скважин, осо­ бенно с большим отклонением, необходимо, чтобы максимальный угол искривления ствола в конце участка набора кривизны на оп­ ределенную величину превышал бы так называемый критический угол искривления скважины. Под критическим углом искривления ствола имеется в виду тот угол искривления, после достижения

182

которого, в процессе дальнейшего бурения с установкой прямой трубы азимут скважины остается без изменения, а происходит лишь уменьшение зенитного угла ствола. Например, для место­ рождения Нефтяные Камни по исследованиям С. А. Оганова и Д. М. Махмудова величина критического угла искривления ствола

а ее азимут остается без изменения. Следовательно, максималь­ ный угол искривления ствола нужно определять из выражения

при бурении на прямой трубе азимут ствола остается без измене­ ний; Дао — интенсивность снижения угла искривления ствола в ин­ тервале бурения на прямой трубе.

Интервал бурения на прямой трубе выбирают исходя из интен­ сивности падения зенитного угла ствола при данных условиях. Причем к концу этого интервала должно быть соблюдено условие-

аогаах^аок (за исключением случаев, когда изменение азимута не повлечет к существенному отклонению скважины от проектных

данных).

Практика использования стабилизаторов кривизны и азимута показывает, что их эффективность возрастает в случае, когда угол искривления ствола выше критического значения. Поэтому про­ ектирование интервалов набора кривизны и бурение на прямой трубе необходимо производить с учетом изменений, происходящих, при их осуществлении на практике.

Сущность способа определения максимального угла искривле­ ния ствола поясним на примере. Из анализа фактического матери­ ала, полученного на месторождении Нефтяные Камни, известно, что критический угол для кирмакинской свиты аОк = 20°, а интен­ сивность падения зенитного угла на 100 м проходки при бурении 214-мм долотом Дао = 3°.

Тогда для бурения на прямой трубе в интервале 300 м макси­

трубе с использованием стабилизатора кривизны, при котором ин­ тенсивность падения зенитного угла составляет 0° 30', то для ин­ тервалов 300 м максимальный зенитный угол должен быть 21° ЗОЕ При этом имеется в виду, что увеличение угла искривления ствола после направления ствола в проектном азимуте будет достигнуто компоновками для безориентированного бурения. Затем бурят на прямой трубе до тех пор, пока зенитный угол скважины не сни­ зится до критической величины. Как только угол искривления

183

искривления скважины использовать компоновки для дезориенти­ рованного бурения. Это нисколько не отразится на скорости буре­ ния наклонных скважин, поскольку применение компоновок для дезориентированного бурения не требует каких-либо дополнитель­ ных затрат времени и при этом не появляются ограничивающие факторы для полной отработки долот. После некоторого интервала бурения указанными компоновками можно дальше работать на прямой трубе и опять чередовать их. Если профиль скважины

п о I ПО-210-/Я5°

90

Л 230-/210-/39‘

\

4 о05 - г г ' - т "

100м

11373-23-170°

200м - 680-25-/72 °

800-21-/70°

900-13-/69°

300м - \ 975-19^-/60

900м L if/295-/3-/00

H9/5-/8is-/'/0°

Рис. 63. Горизонтальная проекция ствола:

а — скв. 858; б — скв. 894; / — бурение с отклонителем; 2 — буре­ ние без отклонителя; 3 — работа с компоновкой для безориентнрованного бурения

включает в себя также участок снижения зенитного угла, то про­ водка его осуществляется с учетом изменения угла и азимута ис­ кривления ствола.

Можно привести ряд примеров из практики, подтверждающих эффективность проектирования и проходки наклонных скважин с максимальным углом искривления выше критического его значе­ ния. Например, на северо-восточном крыле складки Нефтяные Камни примерно в одинаковых условиях пробурили скв. 858 и 894, горизонтальные проекции которых представлены на рис. 63. На бу­ рение этих скважин глубиной соответственно 1497 и 1420 м были

184

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТРЕХШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ ПРИ БУРЕНИИ НАКЛОННЫХ СКВАЖИН

Рациональный выбор трехшарошечных долот для бурения наклонных скважин

Анализ показывает, что результаты многочисленных теоретиче­ ских определений интенсивности искривления наклонных скважин в значительной степени отличаются от практических данных. Объ­ ясняется это тем, что в проведенных исследованиях полностью не учитывается многообразие факторов, имеющих место при проходке наклонных скважин. Поэтому выявление таких факторов даст воз­ можность уточнить результаты теоретических исследований и вскрыть резервы, использование которых позволит в необходимых случаях увеличить или уменьшить интенсивность искривления ствола и тем самым повысить скорости бурения наклонных скважин.

Одним из таких факторов является учет типа и точности изго­ товления шарошечного долота как в случае бурения с отклоните­ лем, так и в случае бурения на прямой трубе.

Искривление скважины от фрезерования стенки ствола зависит от множества факторов, оказывающих влияние на величину откло­ няющей силы и характеризующих буримость проходимых пород, а также боковую фрезерующую способность долот. При прочих равных условиях интенсивность искривления ствола будет тем выше, чем больше величина завеса шарошек. Следовательно, для увеличения интенсивности искривления при работе турбобурами и отклонителями нужно применять долота с увеличенным завесом шарошек.

В случае бурения без отклонителя долото, помимо углубления скважины, также фрезерует стенку ствола. Здесь интенсивность фрезерования будет зависеть от величины завеса шарошек — чем больше эта величина, тем интенсивнее будет фрезероваться ниж­ няя стенка ствола и снижаться угол искривления скважины. По­ этому при бурении без отклонителя для некоторого уменьшения фрезерования стенки ствола следует применять долота с меньшей величиной завеса шарошек. Очевидно, что в этом случае интенсив­ ность трения между корпусом долота и стенкой скважины увели­ чится, и трение может привести к ускорению отработки и слома козырьков лап. Для предотвращения такого явления козырьки лап долота следует армировать твердым сплавом.

186

Безусловно, выпуск специальных долот — с увеличенным заве­ сой шарошек для работы с использованием отклонителя и умень­ шенным завесой шарошек для работы на прямой трубе — повысит эффективность проходки наклонных скважин.

Помимо этого, эффективность наклонного бурения может быть существенно повышена путем правильного выбора типа шарошеч­ ного долота и учета точности его изготовления. В свое время автор данной работы указывал [23], что машиностроительные заводы страны по нормали Н554-61 выпускают трехшарошечные долота одинакового назначения, но с различной величиной завеса шаро­ шек, и предлагал классификацию трехшарошечных долот нормаль­ ного и уменьшенного диаметра, а также методику их выбора для повышения эффективности проходки наклонных скважин.

В отраслевой нормали ОН26-02-128-69 в некоторой степени упо­ рядочено изготовление трехшарошечных долот различными маши­ ностроительными заводами страны в смысле величины завеса ша­ рошек [58]. Тем не менее и в новой нормали для некоторых типоразмеров трехшарошечных долот имеет место различие по ве­ личине завесов шарошек. Приведем несколько примеров для трех­ шарошечных долот нормального, уменьшенного и малого диа­ метров.

Трехшарошечные долота диаметром 243 мм согласно указанной отраслевой нормали должны иметь завес шарошек 3,5 мм (беа учета допуска на диаметр долота). Дрогобычский долотный и Поворовский опытный заводы выпускают трехшарошечные долота, указанных диаметра и завеса шарошек типов Т, ТК, К и ОК, Трехшарошечные долота этого диаметра типов М и С, выпускае­ мые Бакинским машиностроительным заводом им. С. М. Кирова, и Дрогобычским долотным заводом имеют завес шарошек 4,0 мм.

Трехшарошечные долота уменьшенного диаметра (214 мм) согласно указанной отраслевой нормали должны иметь завес ша­

2,0 мм. Верхиесергинский машиностроительный завод выпускает долота этого диаметра типов С, Т и К с завесом шарошек 2,0:

и 2,5 мм.

Это различие в величинах завесов шарошек долот, выпускае­ мых долотными заводами страны, должно быть учтено при про­ ходке наклонных скважин, исходя из цели предстоящего рейса. Например, в случае бурения наклонных скважин диаметром 214 мм в породах средней твердости из двух выпускаемых типов, долот: Б-214СГ и К-214СГ при работе с отклонителем предпочте­ ние следует отдавать первому долоту, а при работе на прямой

18?

трубе, наоборот, — второму. Это объясняется тем, что долото Б-214СГ, выпускаемое Бакинским машиностроительным заводом им. С. М. Кирова, имеет завес шарошек 3,5 мм, а долото К-214СГ, выпускаемое Куйбышевским долотным заводом, — 2,25 мм, т. е. в 1,55 раза меньше. Следовательно, в случае бурения с отклони­ телем применение трехшарошечного долота Б-214СГ, обладающего высокой боковой фрезерующей способностью, по сравнению с до­ лотом К-214СГ позволит более продолжительное время и интенсив­ нее фрезеровать стенку ствола и увеличить темп искривления скважины за рейс. При бурении же на прямой трубе использова­ ние долота К-214СГ, обладающего меньшей боковой фрезерующей способностью по сравнению с долотом Б-214СГ, позволит снизить темп фрезерования стенки ствола и падения ранее набранного ис­ кривления скважины. Если же в процессе бурения на прямой трубе возникает необходимость уменьшить кривизну скважины, то из двух указанных выше типов долот предпочтение следует отда­ вать долоту Б-214СГ.

Аналогичный подход рекомендуется и в отношении долот, вы­ пускаемых одним и тем же долотным заводом. Например, при бурении наклонных скважин малого диаметра (151 мм) в средних, твердых и крепких породах для увеличения интенсивности искрив­ ления ствола необходимо использовать трехшарошечные долота соответственно 1В-151С, 1В-151Т и ЗВ-151К, имеющие завес шаро­

торые типы долот с гидромониторным эффектом имеют меньший

3,0 мм (2К-214СТ, 2К-214Т, 4К-214ТК и 2К-214К) и в гидромонитор­

имеют использование гидромониторного эффекта долот и умень­ шение интенсивности падения кривизны, то необходимо применять трехшарошечные долота гидромониторного исполнения. Если же для данных условий бурения в указанных породах основным явля­ ется увеличение интенсивности искривления ствола., то необходимо использовать трехшарошечные долота обычного исполнения.

Кроме того, в случае бурения наклонных скважин необходимо учесть также точность изготовления трехшарошечных долот. Со­ гласно отраслевой нормали ОН26-02-128-69 допуск на диаметр до­ лота составляет: для шарошечных долот диаметром 394 мм и выше ±2,0 мм; для долот диаметром 346ч-320 мм ±1,5 мм; для долот

188

знака и величины допуска будет иметь различный завес шарошек. Например, долото Б-214С с допуском минус 1 мм имеет завес ша­ рошек 3,0 мм, а с допуском плюс 1 мм —-4,0 мм, т. е. в 1,33 раза больше.

Учет допусков на изготовление долот различных моделей еще больше увеличивает разницу в величинах завеса шарошек, а сле­ довательно, и их боковых фрезерующих способностях. Например, для бурения пород средней твердости с гидромониторным эффек­ том долото Б-214СГ с допуском плюс 1 мм имеет завес шарошек 4,0 мм, а долото К-214СГ с допуском минус 1 мм — 1,75 мм, т. е. в 2,28 раза меньше.

Из изложенного выше становится ясно, что путем рациональ­ ного выбора типа долот с учетом модели и точности изготовления можно существенно повысить эффективность ориентированного и безориентированиого бурения наклонных скважин.

При проходке наклонных скважин необходимо сортировать долота по фактической величине завеса шарошек по крайней мере на две группы с положительным и отрицательным допусками. До­ лота с большими завесами шарошек следует использовать при работе с отклонителем, а с меньшими завесами при бурении без отклонителя. Если в процессе бурения на прямой трубе возникает необходимость увеличить интенсивность падения угла искривления скважины, то разумеется, что в этом случае нужно применять до­

скв. 211 на площади Песчаный-море отработали две партии трех­ шарошечных долот Б-269С с различными допусками изготовления [37]. Одна группа трехшарошечных долот имела плюсовый допуск на диаметр ( + 1,5 мм), а другая группа — минусовый (— 1,5 мм). Допуск этих долот соответствовал бывшей нормали Н556-55. Фак­ тический диаметр трехшарошечных долот с плюсовым допуском составлял 270,5 мм, а завес шарошек — 4,25 мм. Фактический диа­ метр трехшарошечных долот с минусовым допуском составлял 26,5 мм, а завес шарошек — 2,75 мм.

Отработку этих долот проводили методом чередования в интер­ вале 1283-^-1755 м с отклонителем. Компоновка низа бурильной колонны при этом была следующей: трехшарошечное долото Б-269С, турбобур Т12МЗ-9", 203-мм кривой переводник с углом перекоса осей резьб 3°, УБТ диаметром 203 мм и длиной 12 м, 140-мм бурильные трубы. Бурили с применением химически обра­ ботанного глинистого раствора с плотностью 1,30—1,38 г/см3 и вязкостью 40—70 с по СПВ-5. Производительность буровых насо­ сов 40—42 л/с. Указанный выше интервал бурения охватывает по­ роды низа сураханской свиты, верха и средней части сабунчинскоп

189