Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru
  • Главная
  • Строительство скважин
  • Опыт применения ВЗД с инновационным профилем рабочих органов производства АО «Пермнефтемашремонт» на объектах ПАО «Оренбургнефть»

Опыт применения ВЗД с инновационным профилем рабочих органов производства АО «Пермнефтемашремонт» на объектах ПАО «Оренбургнефть»

ПАО «Оренбургнефть» постоянно наращивает объемы эксплуатационного бурения, и в период 2015-2016 годов объем работ составил более 200 скважин, или 350000 м проходки при средней глубине скважины 2500 метров.

Поскольку к числу основных показателей строительства скважин относятся стоимость и скорость бурения, оптимизация затрат и повышение коммерческой скорости бурения представляют для профильных подразделений ПАО «Оренбургнефть» приоритетную задачу. По этой причине специалисты общества ведут постоянный поиск и внедрение наиболее эффективных технологий бурения. Одним из направлений стало применение винтовых забойных двигателей (ВЗД) с усовершенствованными техническими характеристиками при бурении интервалов под эксплуатационную колонну с использованием долот типа PDC.

25.10.2017 Инженерная практика №08/2017
Умаров Денис Сергеевич Главный специалист отдела инжиниринга блока бурения ПАО «Оренбургнефть»
Фаррахов Линар Анирович Главный специалист Отдела управления проектами новых технологий ПАО «Оренбургнефть»
Балетинских Денис Иванович Заместитель генерального директора АО «Пермнефтемашремонт»
Кавтаськин Антон Николаевич Главный специалист отдела внедрения новых технологий и инжиниринга добычи ООО «СамараНИПИнефть»

История создания ВЗД весьма интересна. Решение проблемы создания низкооборотного забойного гидравлического двигателя с характеристиками, отвечающими требованиям новых конструкций долот, было найдено в переходе от динамических машин, к которым относятся турбобуры, к объемным винтовым. Эти гидравлические машины с циклоидальным зацеплением рабочих органов (парой ротор-статор) были изобретены практически одновременно в СССР и США в 60-х годах прошлого века.

Отечественные ВЗД отличались тем, что рабочие органы гидравлического двигателя впервые в мировой практике были выполнены на базе многозаходного винтового героторного механизма, исполняющего также функцию планетарного редуктора [2].

В России и многих нефтегазодобывающих странах мира ВЗД с многозаходными рабочими органами в настоящее время получили массовое применение в бурении и при капитальном ремонте скважин. Многолетний опыт применения ВЗД продемонстрировал ряд существенных технологических и эксплуатационных преимуществ этих гидравлических машин. Во-первых, это высокий крутящий момент. Во-вторых, широкий диапазон частот вращения выходного вала в диапазоне 100-200 об./мин, который позволяет эффективно отрабатывать практически все типы современных шарошечных и безопорных долот.

В-третьих, высокий КПД двигателя обеспечивает эффективное использование гидравлической мощности буровых насосов. В свою очередь, пропорциональная зависимость между расходом бурового раствора и частотой вращения, а также между крутящим моментом и перепадом давления дает возможность эффективно управлять режимом бурения.

Наконец, ВЗД позволяют использовать буровой раствор любой плотности и вязкости.

Принцип действия, устройство двигателей и особенности их энергетических характеристик описаны в специальной технической литературе и инструкциях заводов-изготовителей.

ЦЕЛЬ ОПИ ВЗД АО «ПЕРМНЕФТЕМАШРЕМОНТ»

В последние годы в ПАО «Оренбургнефть» использовались ВЗД основных российских производителей: ООО «ВНИИБТ–Буровой инструмент» и ООО «Радиус-Сервис», а также двигатели производства зарубежной компании NOV (National Oilwell Varco).

В 2016 году в рамках реализации плана опытно-промысловых испытаний (ОПИ) ПАО «НК «Роснефть» на 2016 год ПАО «Оренбургнефть» провело опытно-промышленные работы (ОПР) по применению ВЗД ДРУ-172К.7/8.54 производства АО «Пермнефтемашремонт» при строительстве эксплуатационных скважин. Это предприятие, располагающее современной производственной базой в г. Краснокамске Пермского края, выпускает широкую гамму ВЗД для бурения и ремонта скважин (с диаметрами от 43 до 240 мм), в том числе высокомоментные модели с профилированным статором.

Таблица 1. Целевые показатели МСП при бурении под эксплуатационную колонну
Таблица 1. Целевые показатели МСП при бурении под эксплуатационную колонну

Основная задача ОПР состояла в оценке возможности достижения и превышения ранее достигнутых показателей механической скорости проходки (МСП) при бурении под эксплуатационную колонну (ЭК) с применением ВЗД с корригированным профилем рабочих органов данного производителя. В качестве основного критерия эффективности опытно-промышленных работ были установлены целевые показатели МСП, приведенные в табл. 1.

КОРРИГИРОВАННЫЙ ПРОФИЛЬ ВИНТОВЫХ ЗУБЬЕВ

Как известно, несмотря на многообразие типоразмеров ВЗД, их рабочие органы характеризуются общими чертами и выполняются по одной кинематической схеме: неподвижный статор и находящийся внутри него планетарно вращающийся ротор (рис. 1). Отличительная особенность рабочих органов двигателей АО «Пермнефтемашремонт» состоит в проектировании системы «ротор-статор» не в состоянии покоя, как это принято в общей практике, а в состоянии работы, то есть в условиях, когда под влиянием действующего в процессе работы ВЗД давления в резиновой обкладке статора возникает упругая деформация.

Рис. 1. Общий вид ВЗД для бурения скважин
Рис. 1. Общий вид ВЗД для бурения скважин
Рис. 2. Поперечное сечение рабочих органов с корригированным профилем ВЗД АО «Пермнефтемашремонт»
Рис. 2. Поперечное сечение рабочих органов с корригированным профилем ВЗД АО «Пермнефтемашремонт»

Результатом динамического подхода к дизайну рабочих органов ВЗД стал инновационный корригированный профиль винтовых зубьев, который учитывает возникающую в процессе работы деформацию эластомера статора: высота зубьев ротора по впадинам и выступам переменная, сохраняющая при этом диаметральный натяг в паре (рис. 2).

Применение в рабочей паре разновысотности циклоидальных зубьев статора и ротора, учитывающей упругую деформацию эластомера, обеспечивает следующие эксплуатационные преимущества:

    • повышение КПД двигателя вследствие снижения механических потерь в зоне полюсного зуба, где происходит неполный поверхностный контакт выступа зуба ротора с впадиной статора и эффект гидродинамического клина;
    • увеличение ресурса ВЗД вследствие снижения деформации, износа и разогрева эластичной обкладки статора;
    • улучшение пусковых характеристик ВЗД.
Рис. 3. Конструкция ВЗД ДРУ-172К.7/8.54
Рис. 3. Конструкция ВЗД ДРУ-172К.7/8.54
Таблица 2. Технические характеристики ВЗД ДРУ-172К.7/8.54
Таблица 2. Технические характеристики ВЗД ДРУ-172К.7/8.54

Описанное новшество, разработанное АО «Пермнефтемашремонт и защищенное патентом Российской Федерации на полезную модель [1], для целей проведения ОПИ в ПАО «Оренбургнефть» было применено в двигателе ДРУ-172К.7/8.54 с кинематическим отношением 7:8 и числом шагов статора 5,4. Технические характеристики данного двигателя (рис. 3) приведены в табл. 2.

Усовершенствованная геометрия циклоидального зацепления и удлинение осевого габарита рабочих органов позволили обеспечить достижение и превышение целевых показателей МСП, установленных в качестве критерия эффективности ОПР.

ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ РАБОТЫ

ОПР ВЗД с корригированным профилем винтовых зубьев проводились при бурении трех наклонно-направленных скважин Гаршинского и Росташинского месторождений в интервале глубин 1526-4359 м. Бурение в интервале 1526-2810 м велось на технической воде, в интервале 2358-4359 м – на KСl-полимерном растворе плотностью 1,17-1,3 г/см3 и условной вязкостью, измеренной с помощью воронки Марша, 45-60 с. В качестве породоразрушающего инструмента применялись шести-, семи- и восьмилопастные долота PDC диаметром 215,9 мм производства Smith Bits (Schlumberger).

Проходимые породы в основном были представлены известняками и доломитами. Профиль скважин S-образный, соотношение времени бурения слайд/ротор составляло 20/80.

При бурении использовались следующие режимы: нагрузка на долото – 7-13 т, расход жидкости – 32-36 л/с, частота вращения – 40-50 об./мин (ротор) + 130150 об./мин (ВЗД). Компоновка бурильной колонны Д+ВЗД+УБТ165-26.77м+ТБТ127-169.17м+ЯС1717.1м+ТБТ127-56.47м+б\т.

Контроль работы ВЗД осуществлялся по дифференциальному давлению по общепринятой методике [4]. Дифференциальное давление ВЗД выдерживалось по давлению на стояке в диапазоне 1,5-2,0 МПа. Наработка двигателей составила от 103 до 172 ч в зависимости от момента достижения планового забоя в соответствующей скважине. После окончания рейсов все двигатели оставались в нормативном рабочем состоянии и были готовы к продолжению эксплуатации.

Рис. 4. Средняя МСП при бурении на технической воде
Рис. 4. Средняя МСП при бурении на технической воде

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

По результатам бурения интервалов под ЭК на технической воде фактически достигнутая МСП составляла от 23,5 до 26,6 м/ч, в среднем по трем скважинам – 25 м/ч. Превышение плановой МСП согласно программе испытаний составило 3,7 м/ч, или 17,2% (рис. 4).

Рис. 5. Средняя МСП при бурении на растворе (KCl-полимер, Y=1,17-1,30)
Рис. 5. Средняя МСП при бурении на растворе (KCl-полимер, Y=1,17-1,30)

При бурении на растворе фактически достигнутая МСП составляла от 10,7 до 12,5 м/ч, в среднем по трем скважинам – 11 м/ч. Прирост МСП составил 2 м/ч, или 19% (рис. 5).

Рис. 6. Средняя МСП при бурении трех скважин под эксплуатационную колонну в целом (на технической воде и на растворе)
Рис. 6. Средняя МСП при бурении трех скважин под эксплуатационную колонну в целом (на технической воде и на растворе)

При бурении под ЭК в целом (на технической воде и растворе) фактически достигнутая МСП составила от 12,5 до 13,9 м/ч, в среднем по трем скважинам – 13 м/ч. Превышение плановой МСП, установленной в программе испытаний для бурения под ЭК, составило 2 м/ч, или 18,5% (рис. 6).

Таким образом, практика опытной эксплуатации ВЗД ДРУ-172К.7/8.54 с корригированным профилем рабочих органов при строительстве скважин ПАО «Оренбургнефть» подтвердила технологическую и экономическую эффективность их применения, что позволило существенно увеличить среднюю механическую скорость бурения при сохранении требуемой долговечности рабочих органов двигателя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Патент 116557 Российская Федерация, МПК7 Е21В 4/02. Героторный механизм винтового забойного двигателя (варианты) / Селиванов С.М., Воробьев В.Г., Захаров Ю.В. и др.; заявитель и патентообладатель ОАО «Пермнефтемашремонт» – №2011136917/03; заявл. 06.09.11; опубл. 27.05.12, Бюл. № 15.
  2. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Одновинтовые гидравлические машины (в двух томах). – М.: ИРЦ Газпром, 2005-2007.
  3. Селиванов С.М., Балетинских Д.И. Новая страница в развитии конструкций ВЗД // Бурение и нефть. 2011. №7.
  4. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д. Фактор дифференциального давления винтовых забойных двигателей при мониторинге режима бурения скважин // Нефтяное хозяйство. 2014. №3.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Оптимизация образования отходов бурения
Опыт применения солей алюминия для ликвидации проницаемых зон при бурении
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №03/2018

Инженерная практика

Выпуск №03/2018

Сбор, подготовка и транспорт нефти.Рациональное использование ПНГ
Испытания установки предварительной подготовки дисперсных системРеализация программы утилизации ПНГ в ПАО «ЛУКОЙЛ»Оценка дебита скважин с использованием PVT-зависимостейУтилизация ПНГ: ароматизация тяжелых фракций, жидкофазное окислениеИнгибирование солеотложений карбонатного типаМеталлографитные покрытияАнализ операционных процессов при строительстве скважинСопровождение разработки и мониторинга объектов
Ближайшее совещание
Механизированная добыча, Разработка месторождений
Мониторинг – 2018
Производственно-технический семинар-совещание

Мониторинг ‘2018. Системы мониторинга и управления для эксплуатации мехфонда и контроля разработки месторождений

18 июня 2018 г., г. Москва
Интеллектуализация процессов добычи нефти (автоматизация, телемеханизация, интеллектуальные станции управления) с целью сокращения затрат, повышения наработки оборудования и дебита жидкости, увеличения энергоэффективности и контроля разработки месторождений, внедрение нового программного обеспечения, геофизического оборудования, интеллектуализация систем одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) и др.
Ближайший тренинг
Механизированная добыча
Эффективность механизированного фонда – июнь 2018
Тренинг-курс

Повышение эффективности эксплуатации механизированного фонда скважин

18 – 22 июня 2018 г., г. Москва
Цель курса состоит в создании у слушателей комплексного и разностороннего представления о современной теории и практике работы с механизированным фондом скважин при решении ряда основных производственно-технических задач. Занятия проводятся с использованием новейших презентационных материалов и программных комплексов экспертами-практиками с большим производственным и научным опытом.