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

Таблица 5

50

В табл. 5 приведены результаты расшифровки искривления ство­ лов скважин, пробуренных на площади Нефтяные Камни трехшаро­ шечными долотами диаметрами 394, 346, 243 и 214 мм соответст­ венно с турбобурами Т12МЗ-10", Т12МЗ-9", Т12МЗ-8" и Т12МЗ-772". При бурении 394 и 346-мм долотами в качестве отклонителя приме­ нялись 203-мм кривые переводники с углом перекоса осей резьб 2° 30' с 178-мм УБТ длиною 12 м, а при бурении долотами диамет­ ром 243 и 214-мм — резиновые эксцентричные ниппеля. В этом слу­ чае рассматриваются интервалы искривления, в которых отклони­ тели использовали исключительно для увеличения угла искривле­ ния скважины. Причем приращения являются наименьшими для принятой компоновки низа бурильной колонны при бурении на дан­ ной площади.

Сопоставление проводят по величинам минимальных значений фактического приращения угла искривления за рассматриваемый интервал с максимальной величиной приращения искривления ствола вследствие асимметричного разрушения забоя, достигае­ мого при /=0 .

Из табл. 5 следует, что во всех случаях фактические минималь­ ные приращения угла искривления скважины, которые обычно не характеризуют общий темп искривления стволов, имеют место лишь в ограниченном интервале по своей величине больше, чем прира­ щение угла искривления ствола в результате асимметричного раз­ рушения забоя. Следовательно, во всех случаях бурят при наличии на долоте отклоняющей силы, причем процесс бурения сопрово­ ждается фрезерованием стенок скважины.

При бурении 394 и 346-мм долотами в процессе искривления пре­ обладает доля искривления ствола вследствие асимметричного раз­ рушения забоя (соответственно 63—83% и 55—75%) по сравнению с искривлением в результате фрезерования стенки (соответственно 17^-37% и 25ч-45%) ■ При бурении 243 и 214-мм долотами имеет ме­ сто обратная картина. В этих случаях в процессе искривления ствола уже преобладает доля искривления вследствие фрезерова­ ния стенки ствола (соответственно 62-^72% и 70-^76%), по сравне­ нию с искривлением в результате асимметричного разрушения за ­

боя (соответственно 28ч-38% и24ч-30%).

Из приведенных данных вытекает, что с уменьшением диаметра скважин доля приращения угла искривления ствола вследствие фре­ зерования стенки скважины возрастает. Следует иметь в виду, что, поскольку анализ проводят по минимальным значениям прираще­ ния угла искривления ствола, которые значительно меньше средних и максимальных значений фактических приращений искривления, то указанные выше доли искривления ствола являются верхними пределами для процесса асимметричного разрушения забоя и ниж­ ними пределами для процесса фрезерования стенки скважины.

Таким образом, даже при рассмотрении наименьших значений приращения угла искривления следует, что процесс искривления стволов при современном состоянии техники и технологии проходки

наклонных скважин всегда сопровождается эффектом фрезерова­ ния стенки ствола. С уменьшением диаметра наклонных скважин доля приращения угла искривления в результате фрезерования стенки ствола возрастает, хотя при этом фрезерующая способность долот снижается.

Следовательно, в процессе бурения глубоких наклонных сква­ жин и скважин уменьшенных и малых диаметров, а также при уменьшении угла наклона искривленной вертикальной скважины на больших глубинах основным процессом изменения направления ствола от первоначального является фрезерование стенки скважины. Поэтому необходимо провести специальные экспериментальные ис­ следования для установления основных закономерностей процесса фрезерования горных пород боковыми поверхностями породоразру­ шающих инструментов.

Показатели фрезерования стенки ствола при бурении наклонных скважин

Интенсивность искривления ствола вследствие фрезерования стенки скважины, помимо геометрических размеров системы до­ лото—турбобур и фактического диаметра скважины, в значитель­ ной степени зависит от механических свойств проходимых горных пород, параметров режима бурения, величины отклоняющей силы и конструктивных особенностей породоразрушающего инструмента.

Так как при современном состоянии техники и технологии про­ ходки скважин в случае работы с отклонителем долото, помимо раз­ рушения забоя, одновременно фрезерует стенку скважины, то для оценки эффективности применения долот различных типоразмеров необходимо знать как показатели его работы (проходка на долото, механическая и рейсовая скорости бурения), так и показатели, ха­ рактеризующие процесс фрезерования стенки ствола (боковая про­ ходка в результате фрезерования, механическая скорость бокового фрезерования).

Анализ процесса искривления наклонных скважин в основном производят по значениям интенсивности изменения угла и азимута искривления ствола. Эти показатели могут характеризовать в опре­ деленной степени боковую фрезерующую способность долот различ­ ного типа, но одинакового диаметра (ввиду того, что при этом доля искривления ствола вследствие асимметричного разрушения забоя примерно одинаковая). Если бурение осуществляется долотами раз­ личного диаметра, то эти показатели уже не достаточны для харак­ теристики степени использования боковых фрезерующих способно­ стей долот, поскольку в случае различных диаметров доли искрив­ ления ствола в результате асимметричного разрушения забоя не одинаковы. Для выяснения этого вопроса необходимо расшифро­ вать интенсивности искривления ствола и определить показатели, характеризующие процесс фрезерования стенки скважины.

52

Следует иметь в виду, что любая компоновка низа бурильной колонны имеет ограниченную возможность в искривлении ствола. Поэтому, если для получения возможного приращения искривления Да на единицу метра проходки необходимо время t, то при затрате на этот интервал времени ti, t2 и так далее, причем t2 > t i > t , во всех случаях будет получено одинаковое приращение искривления ствола. Но при этом работа за время t u t2, ... будет малоэффектив­ ной, так как на проходку одинакового интервала и достижение од­ ного и того же приращения искривления затрачено больше времени.

Вопросы рационального проектирования отклоняющих компоно­ вок, выбора оптимальных значений отклоняющей силы на долоте требуют установления закономерностей изменения показателей фрезерования стенки скважины в зависимости от различных техни­ ческих, технологических и геологических факторов, а также выяв­ ления соотношений параметров фрезерования стенки скважины и бурения забоя.

Для оценки показателей фрезерования стенки скважины общее перемещение долота от вертикали в боковом направлении Лб может быть представлено как сумма перемещений вследствие асимметрич­ ного разрушения Лас и фрезерования стенки ствола Аф, т. е.

Если в интервале проходки Лм по замеру инклинометром имеем приращение искривления ствола Да, то горизонтальное боковое пе­ ремещение скважины Лб за этот интервал проходки (имеется в виду, что на этом ограниченном интервале искривление ствола происхо­ дит по дуге окружности)

А перемещение долота от вертикали в результате асимметрич­ ного разрушения забоя на Лм проходки

Имея в виду выражение (9), проходка вследствие бокового фре­ зерования стенки ствола Лф равна

Тогда механическая скорость бокового фрезерования стенки

где t — время механического бурения на Лм проходки в м; vM— ме­ ханическая скорость бурения в м/ч.

53

Выражения (30) и (31) позволяют по показателям работы долот (проходка и механическая скорость бурения), по замерам инклино­ метром и геометрическим размерам системы долото—турбобур оп­ ределять боковую проходку и механическую скорость фрезерова­ ния стенки скважины. Если анализ проводят для интервалов, где кроме угла искривления ствола изменяется также азимут скважины, то следует исходить из приращения общего угла искривления сква­ жины, которое определяют по формуле (10).

В табл. 6 по фактическим данным ряда скважин, пробуренных различными сочетаниями долота и турбобура на площади Нефтя­ ные Камни в направлении падения пластов, приведены значения боковой проходки и механической скорости фрезерования стенки ствола. При бурении долотами диаметром 394 и 346 мм в качестве отклонителя использовались 203-мм кривые переводники с углом перекоса осей резьб 2° 30' и 178-мм УБТ длиною 24 м, а при буре­ нии долотами диаметром 243 и 214 мм — резиновые эксцентричные ниппеля.

Из табл. 6 следует, что при уменьшении диаметра трехшарошеч­ ного долота в среднем механическая скорость бурения и интенсив­ ность искривления ствола снижаются, а механическая скорость бо­ кового фрезерования и боковая проходка вследствие фрезерования стенки скважины увеличиваются. Из этих данных следует, что в слу­ чае бурения с отклонителем фрезерующие способности долот умень­ шенного (214 мм) и нормального (243 мм) диаметров, используются в большей степени, чем долот больших диаметров (346 и 394 мм).

Снижение механической скорости бурения при уменьшении диа­ метра долота может быть объяснено наличием относительно боль­ шой величины отклоняющей силы и снижением величины вращаю­ щего момента на процесс разрушения забоя, а также некоторым увеличением твердости пород с ростом глубины скважины.

Снижение общей интенсивности искривления ствола if процессе уменьшения диаметра трехшарошечного долота еще не означает, что роль их фрезерующей способности также уменьшается. Если учесть, что завесы шарошек у 394, 346, 243 и 214-мм трехшарошеч­ ных долот составляют соответственно 7,0; 5,5; 3,0 и 3,0 мм, то по мере уменьшения диаметра этих долот необходимо стремиться по возможности в большей степени использовать их фрезерующую способность.

Сопоставление показывает, что при современном состоянии тех­ ники и технологии бурения наклонных скважин на месторождении Нефтяные Камни в процессе работы с отклонителем отношение по­ казателей процесса фрезерования стенки скважины (проходка и механическая скорость бокового фрезерования) к показателям про­ цесса бурения (проходка и механическая скорость бурения) в сред­ нем составляет: при бурении 394-мм долотом 1 : 263; 346-мм доло­ том — 1:161; 243-мм долотом — 1:132 и 214-мм долотом-— 1:121.

Из изложенного следует, что в случае бурения наклонных сква­ жин трехшарошечными долотами уменьшенного диаметра роль

54

55

процесса фрезерования стенки ствола возрастает и становится основ­ ным средством искривления скважины. При бурении наклонных скважин долотами уменьшенных диаметров ввиду снижения завеса шарошек замедление подачи инструмента с целью интенсивного ис­ кривления ствола должно быть осуществлено в меньшей степени, чем при бурении наклонных скважин долотами большего диаметра. Кроме того, относительная величина отклоняющей силы на долоте также должна быть снижена с целью получения более высоких ме­ ханических скоростей бурения.

Процесс зарезки и бурения новым стволом

При проходке скважин иногда возникает необходимость произ­ водства зарезки и бурения новым стволом. Причинами их являются: 1) прихват колонны, что сопровождается торпедированием или раз­ ворачиванием бурильных труб влево с потерей нижней части бу­ рильной колонны; 2) исправление направления наклонной сква­ жины, когда оно значительно расходится с проектным азимутом и исправление которого обычными способами не дает положительных результатов; 3) опасность встречи стволов скважин на кусте; 4) со­ общение стволов соседних скважин, когда заливка не приводит к успеху и дальнейшая проводка скважины сопряжена с большим осложнением; 5) произвольное искривление вертикальной сква­ жины и т. д.

Эффективность зарезки и бурения новым стволом во многом за ­ висит от диаметра ствола, физико-мехаиических свойств проходи­ мых пород, конструктивных особенностей долота и отклоняющей компоновки, режима зарезки и бурения новым стволом и т. д.

Наблюдения и анализ показателей работы долот и параметров искривления ствола при забуривании и бурении новым стволом по­ казывают, что в ряде случаев возникают нежелательные явления и имеются резервы для ускорения указанных процессов.

Основной отличительной стороной технологии зарезки новых стволов по сравнению с бурением первого ствола с отклонителем является: поддержание мертвой точки, замедленная подача буриль­ ной колонны, повторные фрезерования (проработки) стенки сква­ жины. Эти операции имеют свои иположительные и отрицательные стороны. Положительные стороны этих операций те, которые спо­ собствуют более интенсивному фрезерованию стенки скважины и искривлению ее ствола от предыдущего направления.

Отрицательные стороны следующие.

1. При продолжительной работе на одной мертвой точке и за ­ медленных подачах бурильной колонны долото работает на повы­ шенных скоростях вращения, происходит преждевременный износ тыльной части периферийных зубьев шарошек и элементов тел ка­ чения. В результате помимо снижения стойкости опоры долота уменьшается завес шарошек, а осевой люфт их — увеличивается, вследствие чего боковая фрезерующая способность долота падает,

56

Таблица 7

Бурение I ствола на прямой трубе.

БОКОВАЯ ФРЕЗЕРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ БУРОВЫХ ДОЛОТ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ИСКРИВЛЕНИЕ СКВАЖИН

Использование возможностей отклоняющих компоновок и влияние состояния долота на искривление скважины

Изыскание путей повышения эффективности проходки наклон­ ных скважин требует установить, в какой степени возможности от­ клоняющих компоновок используются на практике при существую­ щей технике и технологии проходки наклонных скважин, и если эти возможности используются не полностью, то каковы причины этого явления.

Для выяснения этих вопросов проанализированы фактические данные по 65 наклонным скважинам, пробуренным трехшарошеч­ ными долотами диаметром 394, 346, 243 и 214 мм на площади Неф­ тяные Камни и 155 наклонным скважинам, пробуренным долотами диаметром 295, 269, 243, 214 и 190 мм на площадях Артем-море и банка Дарвина. Ввиду того что целью автора было установление максимальных величин интенсивности искривления скважины, до­ стигаемых на практике проходки наклонных скважин, он ограни­ чился рассмотрением только тех случаев, когда отклонители ис­ пользовали исключительно для увеличения угла искривления сква­ жины. При этом величины приращений угла искривления скважины являются для данных сочетаний долота, турбобура и механической скорости бурения наибольшими (табл. 8).

Сопоставление дается по величинам максимальных фактических приращений угла искривления скважины на 10 м проходки с рас­ четными значениями его для двух случаев: а) когда диаметр сква­ жины равен диаметру долота (DC= D ) и б) когда диаметр сква­ жины на 10% больше диаметра применяемого долота (DC= 1 ,ID ).

Из табл. 8 следует, что значения фактических максимальных приращений угла искривления ствола, достигаемых при проходке наклонных скважин с различными отклоняющими приспособле­ ниями и типоразмерами долота и- турбобура значительно ниже их наименьших расчетных значений, которые имели место при DC= D (за исключением случаев бурения долотами диаметром 295, 269, 243

и214 мм соответственно с турбобурами Т12МЗ-10", Т12МЗ-9", 112143-8" и T12M3-7V2")- Это относится к случаям бурения 394 и 346-мм трехшарошечными долотами с турбобуром Т12МЗ-9"; 269

и243-мм трехшарошечными долотами с укороченным турбобуром

Т12МЗ-8" длиною 6,5 м; 214 и 190-мм трехшарошечными долотами с укороченным турбобуром T12Ml-65/s" длиной соответственно 5,3

59