Инженерная практика
Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru
Telegram Facebook
  • Главная
  • Строительство скважин
  • Применение гидравлического ударного бурения с гибридным долотом PDC повышает скорость бурения твердых пород в Мавритании

Применение гидравлического ударного бурения с гибридным долотом PDC повышает скорость бурения твердых пород в Мавритании

Авторы посвятили настоящую работу решению проблемы быстрого износа долот и малых механических скоростей проходки (МСП) при бурении высокотвердых абразивных пород бассейна Тауденни в Мавритании. Данный нефтеносный бассейн, занимающий площадь более 1,853 млн км2 расположен в Центрально-Западной Сахаре, простираясь на территории Мавритании, Мали, Алжира, Буркина-Фасо, Нигера и Гвинеи. Большей частью бассейн Тауденни представлен докембрийским рифовым массивом и породами палеозойского возраста с тонкой мезозойской покрышкой. В рассмотренном в публикации случае цель бурения вертикальной разведочной скважины заключалась в изучении нефтегазоносности группы пластов Atar, а также песчаников нижней части пласта Assabet и группы пластов Char. Проектная глубина скважины по стволу составляла 3515 м со вскрытием целевых объектов стволом диаметром 215,9 мм (8-1/2 дюйма).

04.09.2015 Инженерная практика №09/2015
Общество инженеров нефтегазовой промышленности (SPE)
Долгопольский Александр Львович Главный редактор журнала «Инженерная практика»

Настоящая статья написана главным редактором журнала «Инженерная практика» Александром Долгопольским в качестве краткого обзора публикации SPE 173007-MS “Percussion Drilling System Combined with Hybrid PDC Bit Increases ROP and Interval Drilled on Taoudenni Basin Well in Mauritania”. Данную публикацию подготовили Scott Powell, Alexis Garcia, Hector Barocio (NOV) и Alvaro Alonso (Repsol) для Конференции по бурению Международной ассоциации буровых подрядчиков и Общества инженеров нефтегазовой промышленности (IADC/SPE), проведенной 17-19 марта 2015 года в г. Лондоне. Публикация не рецензировалась.

По утверждению авторов, бурение скважин на вышеупомянутые объекты представляет собой достаточно сложную и дорогостоящую задачу вследствие исключительно высокой прочности пород на сжатие – 200-400 МПа. Прежде всего, в данном случае речь идет о доломитизированном известняке, наличие которого в составе буримых пород определяло необходимость использования самых массивных и абразивостойких долот PDC, импрегнированных и шарошечных долот, что, впрочем, не давало требуемого результата.

Авторы решили обратиться к давно известному ударному способу бурения скважин, изменив принцип работы и состав скважинного оборудования. Если исторически в качестве рабочего агента для приведения молота в действие использовались газы – воздух или азот, то новшество рассматриваемого проекта состояло в приведении механизма в действие за счет связки с гидравлическим винтовым забойным двигателем (ВЗД). Кроме того, в паре с компоновкой низа бурильной колонны (КНБК) нового типа использовалось специально разработанное гибридное долото PDC.

Рис. 5.1. Принцип действия гидравлического бурового молота (ГБМ)
Рис. 5.1. Принцип действия гидравлического бурового молота (ГБМ)

Для создания ударного воздействия на долото была разработана специальная конструкция, состоящая из рабочей пары ВЗД, общего корпуса и встроенного в него роликового механизма, приводящего в осевое движение сердечник (рис. 5.1). Это устройство, получившее название «Гидравлический буровой молот (ГБМ)» (Fluid powered percussion hammer, FPPH), приводится в движение винтовой парой ВЗД за счет гидравлической энергии циркуляции бурового раствора. Таким образом, скорость хода сердечника не зависит от скорости вращения бурильной колонны и пропорциональна скорости вращения долота при турбинном бурении. При этом средняя рабочая нагрузка на долото и крутящий момент на долоте остаются прежними. Частота работы ГБМ зависит от расхода бурового раствора и может регулироваться изменением геометрии устройства, т.е. варьированием числа «подъемов и падений» ролика за один оборот ротора ВЗД. Стандартный для ГБМ диапазон частот составляет от 3 до 10 Гц. Благодаря высокочастотному ударному воздействию значения нагрузки на долото колеблются в некотором диапазоне, что также циклически изменяет величину крутящего момента на долоте и осевого ускорения колонны (рис. 5.2). Как поясняют авторы, положительный эффект системы ГБМ в случае использования долот PDC возникает вследствие быстрого циклического изменения глубины резания, в результате которого резцы быстрее «находят» необходимую для преодоления сопротивления породы силу резания. Частота подклинок долота сокращается, эффективность породоразрушения возрастает и механическая скорость проходки увеличивается.

Рис. 5.2. Скважинные данные о моменте на долоте, осевом ускорении и динамике нагрузки на долото под воздействием ГБМ
Рис. 5.2. Скважинные данные о моменте на долоте, осевом ускорении и динамике нагрузки на долото под воздействием ГБМ
Рис. 5.3. Гибридное долото
Рис. 5.3. Гибридное долото

Однако, как подчеркивают авторы, обособленное применения ГБМ само по себе не могло решить поставленную задачу без внесения соответствующих изменений в конструкцию долота. Итоговым вариантом стало «гибридное долото», представляющее собой восьмилопастное долото PDC с запрессованными в матрицу дополнительными элементами из поликристаллических алмазов (рис. 5.3). Вооружение долота сконфигурировано таким образом, что после износа основных резцов PDC в работу вступают дополнительные элементы с перемалывающим механизмом породоразрушения. Общая же конфигурация вооружения способствует лучшему восприятию ударных нагрузок. Как утверждают авторы, переход от режущего воздействия к перемалывающему происходит постепенно и плавно с эффектом «самозатачивания» изнашивающихся элементов. Целью разработки было уйти от необходимости частых спускоподъемных операций (СПО) для замены долот по причине их износа, а также при изменении скорости вращения ВЗД и по мере перехода от породы одного типа к другой.

Можно сказать, что гибридное долото по замыслу авторов должно было стать своего рода комбинацией стандартного долота PDC и импрегнированного долота – именно долота этих типов показывали наилучший результат при бурении соседней скважины по соотношению проходки на долото и МСП (рис. 5.4). Всего при бурении соседней скважины были отработаны 27 долот.

Рис. 5.4. Проходка на долото и МСП на соседней скважине
Рис. 5.4. Проходка на долото и МСП на соседней скважине

В рассматриваемом случае для бурения первого интервала высокотвердых пород использовали комбинацию низкоскоростного ВЗД (НВЗД) и стандартного долота PDC. По словам авторов, такое сочетание не обеспечило достаточного переноса веса колонны на долото, вследствие чего долото пришлось извлечь после всего лишь 49 м проходки со средней скоростью 1,46 м/ч.

На втором интервале сочетание ГБМ и долота PDC c длиной резцов 13 мм также не дало ожидаемых результатов, хотя долото было извлечено в гораздо лучшем состоянии, чем предыдущее. Проходка составила 42,5 м со скоростью 1,47 м/ч, частотой ударного воздействия 7-11 Гц и нагрузкой на долото от 5 до 15 тонн. Авторы причиной неудачного рейса считают слишком массивное вооружение долота, не обеспечившее необходимой глубины резания.

Положительной динамики удалось добиться только после замены долота на гибридное. В этой комбинации при частоте ударного воздействия 7-9,5 Гц долото прошло 188,5 м со средней МСП 2,05 м/ч. И, наконец, после замены долота на аналогичное, но оптимизиро-ванной конструкции, компоновка прошла рекордные для месторождения 470 м с рекордной же средней МСП 3,9 м/ч (рис. 5.5). Далее бурение до проектного забоя продолжили, скомбинировав гибридное долото с НВЗД по причине отсутствия запаса ГБМ.

Рис. 5.5. Проходка на долото и МСП при бурении с применением БГМ
Рис. 5.5. Проходка на долото и МСП при бурении с применением БГМ

В итоге примененная технология позволила пробурить скважину существенно быстрее плана и с меньшими затратами на долота. Общая экономия по словам авторов составила $6,7 млн при общих плановых затратах $22,8 млн.

Комментарии

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

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Применение электроплазменных установок для бурения твердых пород и резки обсадных труб
Борьба с поглощениями в естественно трещиноватых породах: иногда нано – это слишком мелко
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №04/2020

Инженерная практика

Выпуск №04/2020

Защита скважинного и промыслового оборудования от коррозии. Энергоэффективность. Наземное оборудование
ОПИ новых марок сталей, способов защиты НКТ и стыков сварных соединений трубопроводовИспытания трубопроводов с внутренним защитным полимерным покрытием в условиях высоких температур и выноса мехпримесейОпыт защиты скважин РУП «Производственное объединение «Белоруснефть» от коррозииОПИ ингибиторов коррозии и бактерицидовЗащита трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащую продукциюПовышение энергоэффективности эксплуатации УЭЦН
Ближайшее совещание
Механизированная добыча, Подготовка нефти и газа, Поддержание пластового давления, Разработка месторождений
ВОСТОЧНАЯ СИБИРЬ 2020
Восточно-Сибирский нефтегазовый технологический форум

ВОСТОЧНАЯ СИБИРЬ ‘2020. Эффективные технологии разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений

26-28 августа 2020 г., г. Иркутск
26 - 28 августа 2020 года ООО «Инженерная практика» проводит в городе Иркутске в Конференц-зале Отеля «Кортъярд Иркутск Сити-Центр» «Восточно-Сибирский нефтегазовый технологический форум: ВОСТОЧНАЯ СИБИРЬ ‘2020. Эффективные технологии разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений». Мероприятие носит рабочий характер и направлено на обсуждение применения лучших практик в области разработки и эксплуатации месторождений Восточной Сибири среди экспертов вертикально-интегрированных компаний, научных центров, поставщиков технологий, производителей оборудования и нефтепромысловой химии. Планируется посещение производственных объектов Региона
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис – сентябрь 2020
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

7-11 сентября 2020 г., г. Пермь
ООО «Инженерная практика» от имени журнала «Инженерная практика» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Пятидневный тренинг-курс будет проводиться в рамках авторского курса С. Балянова.