Инженерная практика
Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru
Telegram Facebook
  • Главная
  • SPE
  • Прорыв в технологии бурения с контролем давления: более узкое окно параметров, меньше оборудования и персонала

Прорыв в технологии бурения с контролем давления: более узкое окно параметров, меньше оборудования и персонала

Настоящая статья написана главным редактором журнала «Инженерная практика» Александром Долгопольским в качестве краткого обзора публикации SPE 173126-MS “Breakthrough Advance in MPD Automation: A New System Manages Narrower Drilling Window with Reduced Equipment and Crew”. Данную публикацию подготовили Y. Couturier, J. Hansen, F. Prent и P. Thow (Schlumberger) 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.

19.06.2019 Инженерная практика №05/2015
Долгопольский Александр Львович Главный редактор журнала «Инженерная практика»

Публикация специалистов «Шлюмберже» (Schlumberger) посвящена очередному техническому решению в области бурения скважин с контролем давления (БКД), в данном случае подразумевается обеспечение относительного постоянства забойного давления в рамках допустимого окна (диапазона значений) во время запланированных операций и при нештатных ситуациях. Напоминая, что главными инструментами управления давлением в системе БКД служат буровые насосы, задвижки дроссельного манифольда и насос противодавления, авторы выделяют три основных критерия эффективности такого управления: скорость реакции на внешние факторы, соответствие (среднего) поддерживаемого забойного давления целевому и вариативность (разброс) значений давления. В качестве важных элементов управления в процессе участвуют программируемый логический контроллер (PLC) и оператор, взаимодействующий с системой посредством пульта управления (интерфейса оператора – HMI)

В обычной ситуации забойное давление поддерживается в рамках заданного окна при помощи работы буровых насосов, а при их отключении – за счет перекрытия притока из скважины задвижками дроссельных линий и, соответственно, «удержания давления внутри скважины». Однако в ряде ситуаций последнего оказывается недостаточно и возникает необходимость включения насоса противодавления для закачки компенсирующего объема жидкости в скважину. Казалось бы, все хорошо, но, по словам авторов, именно этот процесс становится причиной чрезмерных колебаний давления, поскольку своевременное включение и выключение насоса противодавления – задача крайне сложная. Более того, далеко не всегда его вообще можно задействовать.

Так или иначе в обычном случае решающим фактором поддержания давления в требуемых рамках становится скорость открытия и закрытия задвижек. Последние приводятся в движение гидравлическими приводами и направляющими клапанами. Клапан направляет поток в ту или иную сторону, открывая или закрывая задвижку. Как отмечают авторы, это процесс небыстрый и достаточно инертный, вследствие чего реакция запаздывает и оказывается чрезмерной. Поэтому стандартный алгоритм контроллера PLC, учитывающий только фактическую разницу между целевым и фактическим давлением и использующий только альтернативные команды «открыть/закрыть», приводит систему в режим «маятника».

Рассматриваемое в настоящей публикации решение основано на более гибком управлении работой задвижки при помощи пропорционального гидравлического редукционного клапана. В этой конфигурации система учитывает не только разницу между целевым и фактическим давлением, но также скорость и степень закрытия/открытия заслонок и текущее направление потока. Новый механизм при необходимости обеспечивает также возможность частичного (вплоть до минимального) открытия заслонок, в том числе на доли секунды.

Такой подход позволяет существенно сократить объем рабочей жидкости, необходимый для управления заслонками и, соответственно, время и энергию, затрачиваемые на этот процесс.

Рис. 1.1. Реакция новой и стандартной систем БКД на изменение целевого значения давления
Рис. 1.1. Реакция новой и стандартной систем БКД на изменение целевого значения давления

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Сравнительные лабораторные испытания новой и стандартной систем проводились в Государственном техническом нефтяном университете Луизианы. Задача состояла в оценке скорости приведения фактического давления к измененному целевому значению (рис. 1.1). Как видно из рисунка, новой системе БНД потребовалось на это в два с лишним раза меньшевремени. При этом скачок давления составил менее 0,35 атм и был очень быстро нивелирован с практически идеальной стабилизацией давления.

Вслед за лабораторными испытаниями систему протестировали на испытательной скважине, отслеживая динамику забойного давления в процессе таких стандартных операций, как, например, наращивание бурильной колонны (рис. 1.2). В двух случаях из десяти окно забойного давления (±2,5 атм) после отключения буровых насосов контролировалось без использования насоса противодавления. Авторы указывают на отсутствие существенных различий в динамике забойного давления.

Рис. 1.2. Динамика забойного давления в процессе наращивания колонны бурильных труб
Рис. 1.2. Динамика забойного давления в процессе наращивания колонны бурильных труб

Вслед за этим был проведен эксперимент с имитацией аварийного отключения буровых насосов и насоса противодавления (рис. 1.3). Как подчеркивают авторы, отключение бурового насоса было достаточно быстрым: с 1,5 тыс. л/мин до нуля. Подопытная система БКД успешно удерживала давление в коридоре ±5 атм в каждом из четырех циклов таких испытаний.

Рис. 1.3. Экспериментальное имитационное отключение буровых насосов и насоса противодавления
Рис. 1.3. Экспериментальное имитационное отключение буровых насосов и насоса противодавления

ОПЫТНО-ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Авторы в подробностях описали нескольких успешных промысловых испытаний с частично модернизированными системами контроля давления. Во всех случаях помимо реализации новой системы в одной из дроссельных линий для контроля давления также использовался насос противодавления.

Кульминацией стало испытание системы на одной из отдаленных от инфраструктуры скважин. В данном случае обе дроссельные линии работали с модернизированным оборудованием и аппаратно-программным обеспечением в соответствии с новым алгоритмом. При этом по причине ограниченности пространства на площадке и в силу ряда других факторов оператор решил отказаться от использования насоса противодавления (рис. 1.4). Особенный риск в процессе ведения работ представляла неустойчивость стенок скважины.

Рис. 1.4. Схема модернизированного наземного оборудования для БКД
Рис. 1.4. Схема модернизированного наземного оборудования для БКД

По словам авторов, ввиду отсутствия насоса противодавления окно эквивалентной циркуляционной плотности (ЭЦП) пришлось расширить примерно до ±0,027 г/см3, или ±7,3 атм. Система справилась (рис. 1.5), что позволило авторам сделать вывод о перспективности решения и предложить его в качестве стандартной схемы для использования параллельно с насосами противодавления.

Рис. 1.5. Опытно-промысловые испытания системы контроля давления при бурении
Рис. 1.5. Опытно-промысловые испытания системы контроля давления при бурении
Комментарии

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

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Разработка трудноизвлекаемых запасов углеводородов: высокоскоростной МГРП Тюменской свиты Ем-Еговского месторождения
Применение технологии контроля давления и бурового раствора на нефтяной основе для эффективного бурения скважин в трещиноватых карбонатных коллекторах через высокочувствительные сланцевые глины
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №07/2021

Инженерная практика

Выпуск №07/2021

Механизированная добыча. Информационные технологии. Инжиниринг
Цифровая трансформация процесса механизированной добычи нефти в ПАО «Газпром нефть»Инжиниринговый подход к предупреждению и ликвидации осложнений при добыче нефти и газа, установки депарафинизации для борьбы с АСПООпыт эксплуатации установок электрического плунжерного насоса на малодебитном фонде скважинОПИ электронной маркировки насосно- компрессорных трубОПИ УСШН с возможностью прямой промывки с модифицированным узлом всасывающего клапанаСУ для работы с двумя УЭЦН независимых скважинВыделение и обоснование новых объектов разработки на месторождениях Самарской области
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис – декабрь 2021
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

6-10 декабря 2021, г. Пермь
ООО «Инженерная практика» в рамках программы «Наставник» 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.