Применение роторно-управляемых систем при строительстве нефтяных и газовых скважин

С.И. Васильев, к.т.н., профессор, Е.Е. Милосердов, старший преподаватель, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» (Красноярск); К.А. Чернокалов, аспирант, ФГАОУ ВПО «Иркутский национальный исследовательский технический университет» (Иркутск)

В настоящее время системы наклонно-направленного бурения имеют большое значение для нефтяной промышленности при разработке морских месторождений, месторождений с ограниченным доступом к площадке размещения бурового оборудования, в регионах со сложными климатическими условиями и с протяженными по длине профилями горизонтальных участков скважин. Формирование жестких требований к оптимальной технологии и технике наклонно-направленного бурения вызвано у специалистов стремлением продлить срок службы месторождений на море и на суше путем бурения боковых стволов из существующего ствола скважины, и заканчивания скважин с горизонтальным отрезком ствола. Эти решения позволяют увеличивать дебит и полноту извлечения углеводородов из пласта. Поскольку наклонные и горизонтальные скважины значительно дороже вертикальных, даже умеренное повышение эффективности их проводки может обеспечить значительную экономию [1].

Принцип действия данной роторно-управляемой системы (РУС) заключается в использовании отклонителей над долотом, которые позволяют создавать давление на боковую поверхность долота в направлении, противоположном действию отклонителей.

080 1

Основные элементы роторно-управляемой системы (РУС) (см. рисунок):

- гибкое соединение – повышает отклоняющую способность КНБК (компоновки низа бурильной колонны);

- стабилизатор – обеспечивает третью точку контакта;

- контрольный блок – электронный модуль, свободно вращающийся вокруг продольной оси независимо от вращения буровой колонны, управляет вращающимся клапаном в отклоняющем блоке;

- отклоняющий блок – содержит внутренний вращающийся клапан, который гидравлически контролирует активацию трех наружных отклоняющих лопастей.

Отклоняющие лопасти, управляемые независимо друг от друга при определенном выдвижении из корпуса, задаваемом электроникой, создают радиальное усилие к долоту с направлением и силой, соответствующей векторной сумме усилий на опорах.

В течение последних нескольких лет бурение наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин ведется с использованием забойных двигателей – отклонителей. Они не обеспечивают качественную проводку скважин по наиболее продуктивным и протяженным участкам пласта, поэтому дебиты некоторых наклонно-направленных и горизонтальных скважин оказались недостаточно высокими. Для того чтобы повысить эффективность бурения и оптимизировать цикл строительства нефтяных и газовых скважин, проведем теоретическую оценку целесообразности применения РУС для проводки скважин в горизонтальных участках [2].

В пользу использования РУС может рассматриваться достаточно сложный профиль скважины с изменениями зенитного и азимутального углов. Интенсивность искривления нефтяных и газовых скважин входит в диапазон максимальной интенсивности кривизны ствола скважины. РУС предпочтительна при бурении сложных участков с малым радиусом допуска.

Описание технологии

Высокопроизводительная роторная система оснащена полностью интегрированной высокомоментной силовой секцией, которая преобразует гидравлическую энергию бурового раствора в механическую энергию.

Эта энергия значительно увеличивает полезный крутящий момент и скорость вращения долота. Дополнительный момент позволяет увеличить нагрузку на долото, что приводит к увеличенной скорости проходки в твёрдых породах.

Цель технологии

Сокращение времени бурения скважины благодаря оптимальной производительности долота и оптимизация скорости проходки.

Преимущества технологии:

- дополнительная энергия для вращения долота за счёт гидравлической энергии бурового раствора;

- высокая скорость вращения долота;

- вращение всех внешних элементов со скоростью вращения бурильной колонны;

- применение в широком диапазоне скоростей вращения бурильной колонны.

Недостатки технологии:

- интенсивность набора пространственного угла – не более 2,5°/30 м;

- необходим дополнительный перепад давления, около 40 атм.

Применение – при бурении нефтяных и газовых скважин, на которых ожидаются повышенные значения крутящих моментов вращения ротора/ верхнего силового привода.

Потенциальный эффект заключается в сокращении сроков строительства нефтяных и газовых скважин со сложным профилем и тяжелыми условиями за счёт увеличения скорости проходки.

Технология показала хорошие технические и экономические результаты на месторождениях Восточной Сибири, где достигнуто увеличение скорости проходки и сокращение бурения секции под эксплуатационную колонну.

Рекомендации по применению:

- для бурения глубоких скважин, скважин со сложным профилем или большим отходом;

- при бурении твёрдых пород;

- при использовании на буровой установке с невысоким крутящим моментом ротора и верхнего привода [3].

Источники информации:

1. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности, М: Госгортехнадзор России, 2013.  130 с.

2. Методика обоснования выбора конструкции забоев нефтяных, добывающих скважин, РД 39277182, 1982.  127 с.

3. Инструкция по креплению нефтяных и газовых скважин. М., 2000.  100 с.

Ключевые слова: наклонно-направленное бурение, нефтяная промышленность, роторно-управляемая система, эффективность бурения.

Журнал "Горная Промышленность" №3 (121) 2015, стр.80