Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка технических средств, технологических приемов и методов мониторинга проводки направленных скважин

ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертации по теме "Разработка технических средств, технологических приемов и методов мониторинга проводки направленных скважин"

На правах рукописи

005010574

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ И МЕТОДОВ МОНИТОРИНГА ПРОВОДКИ НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН

Специальность 25.00.15 -Технология бурения и освоения скважин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

п 013 Ш

Ставрополь-2012

005010574

Работа выполнена на кафедре «Нефтегазового промысла» ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Научный

руководитель

кандидат технических наук, доцент по кафедре нефтегазового промысла Арутюнов Александр Аракелович Кубанский государственный технологический университет

Официальные

оппоненты

доктор технических наук Бекетов Сергей Борисович

Северо-Кавказский государственный технический университет

кандидат технических наук Машков Виктор Алексеевич

ООО НПФ «Кубаньнефтемаш»

Ведущая

ОАО «НПО «Бурение»

организация

Защита состоится 1 марта 2012 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.245.02 при Северо-Кавказском государственном техническом университете по адресу: 355028, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, ауд. 804Н.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Кавказского государственного технического университета.

Автореферат разослан » января 2012 года

Объявление о защите диссертации и автореферат размещены на официальном сайте СевКавГТУ http://www.ncstu.ru и в «Электронной базе диссертаций и авторефератов» на официальном сайте Высшей аттестационной комиссии при Министерстве образования и науки РФ http://vak.ed.gov.ru.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по указанному адресу.

Факс (8652) 94-60-12; Email: tagirovstv@ncstu.ru

Ученый секретарь диссертационного совета доктор геолого-минералогических наук

В.А. Гридин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В последние годы и в ближайшей перспективе нефть и газ были и останутся важнейшей частью стратегических ресурсов, определяющих энергетическую и экономическую независимость России.

Приращение ресурсной базы в промышленно освоенных регионах происходит не сколько за счет увеличения разведанных запасов, сколько за счет повышения эффективности выработки остаточных и трудноизвлекаемых запасов.

Несмотря на большое разнообразие методов увеличения нефтегазоотдачи пластов и методов обработки призабойной зоны для интенсификации добычи нефти и газа, одним из передовых технико-технологических решений является бурение горизонтальных скважин и боковых горизонтальных стволов (ГС и БГС).

Наиболее эффективно использование ГС и БГС в условиях освоения остаточных запасов в низкопроницаемых коллекторах и контактных зонах (вода-нефть, вода-нефть-газ, вода-газ). Естественным является их использование для «закачки-отбора» газа в подземных хранилищах (ПХГ). В этих условиях реализация проектных трасс требует точного поинтервального изменения с различной интенсивностью зенитного и азимутального углов.

Появление забойных телеметрических систем при бурении неориенти-руемыми компоновками низа бурильной колонны (КНБК) позволило контролировать параметры искривления ствола скважины. В случае возникновения необходимости корректировки зенитного и (или) азимутального углов скважины (правки) приходиться поднимать весь инструмент для замены КНБК. Эта процедура значительно снижала эффективность строительства ГС и БГС. Поэтому возрасло внимание отечественных и зарубежных нефтегазодобывающих компаний к проблеме создания управляемых в процессе бурения КНБК, позволяющих решить задачи оперативного контроля и управления траекторией наклонных и горизонтальных скважин.

Несмотря на значительные успехи в данном направлении работ проблема создания забойных телесистем и управляемых КНБК, ориентированных на отечественную технику и оборудование остается актуальной.

Цель работы

Повышение эффективности бурения наклонно направленных скважин путем исследования, разработки и внедрения отечественных технических средств и оборудования, позволяющих управлять траекторией ствола скважины с пульта бурильщика.

Основные задачи работы

1. Анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта бурения наклонно направленных скважин и боковых стволов различными видами бурового оборудования.

2. Разработка и совершенствование отечественных технических средств в составе КНБК с забойным двигателем, позволяющих управлять траекторией ствола путем изменения перекоса угла отклонителя на забое скважины.

3. Совершенствование методики управления траекторией ствола бурящейся скважины и ее реализация в разработанном аппаратурнопрограммном комплексе.

4. Промысловые испытания разработанных дистанцонно-управляемых отклонителей с различными забойными двигателями.

Основные защищаемые положения

1. Технические средства, математическое обеспечение, алгоритмы расчета построения различных проектных профилей скважин.

2. Способ управления параметрами искривления бурящейся скважины и его реализация в аппаратурно-программном комплексе.

3. Результаты промысловых испытаний разработанных технических средств и методик.

Научная новизна

Разработано и опробировано в промысловых условиях методическое, математическое и программное обеспечение, позволяющее в зависимости от заданных геолого физических условий залегания продуктивных пластов и их фильтрационно-емкостных свойств решать задачи:

- построения проектных профилей скважин различной сложности;

- построения и визуализации в трехмерном пространстве фактического профиля по данным замеров телесистемой угла и азимута скважины;

- управления фактической траекторией бурения скважины путем включения в состав КНБК дистанционно-управляемых регулируемых отклонителей, новизна которых подтверждена патентами на изобретения № 2228421 Ыи, «Отклонитель регулируемый»; № 2303117 Яи, «Отклонитель регулируемый».

Практическая ценность и реализация работы Выявлены и обоснованы основные способы эффективного управления траекторией ствола скважины различными видами компоновок низа бурильной колонны. Разработаны и внедрены: - отклонители с дистанционно изменяющимися геометрическими характеристиками и технические средства (кабельные телеметрические системы; - малогабаритные магнитометрические инклинометры), позволяющие проводить скважины в труднодоступных продуктивных горизонтах.

Разработки успешно внедрены на месторождениях Краснодарского края, республики Дагестан, о. Сахалин. На их основе специалисты ООО «Ку-баньгазпром» разбурили горизонтальными скважинами Краснодарскую и Кущевскую ПХГ, пробурены наклонно горизонтальные скважины в Калининградской области, Западной Сибири.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности Представленная работа соответствует формуле специальности 25.00.15 -«Технология бурения и освоения скважин», а именно пункту 5 - «Моделирование и автоматизация процессов бурения и освоения скважин при углублении ствола, вскрытии и разобщении пластов, освоении продуктивных горизонтов, ремонтно-восстановительных работах, предупреждении и ликвидации осложнений.

Апробация работы

Результаты и основные положения диссертационной работы докладывались на: Второй Всероссийской конференции молодых учёных, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России (г. Москва, Государственная Академия нефти и газа им. И.М. Губкина, сентябрь 1997 г.), научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов

ООО «Кубаньгазпром» (г. Анапа, 1998-1999 гг.); научно-технических советах ООО «Кубаньгазпром» совместно с ООО «Кубаньбургаз» (г. Краснодар, 1997-2001 г.г.); международной научно-практической конференции «Про-

блемы эксплуатации и капитального ремонта скважин на месторождениях и ПХГ» (г. Кисловодск, 2003 - 2004 г.г.); выездном заседании секции добычи газа ООО «Газпром» «Пути совершенствования техники и технологии капитального ремонта скважин» (г. Новый Уренгой, январь 2005 г.); международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию журнала «Газовая промышленность» (г. Москва, 2006 г.); международной научнопрактической конференции «Волга-строй-экспо 2007 - технологии и техника горизонтально направленного бурения» (г. Казань, апрель 2007 г.); международной научно-практической конференции «Новые технологии при поисках, разведке и эксплуатации месторождений углеводородного сырья в России и странах СНГ» (пос. Ольгинка, сентябрь 2007 г.); на Ученых и научнотехнических советах КубГТУ, ООО «Роснефть-НТЦ», ООО «Роснефть-Краснодарнефтегаз», ООО НПО-Бурение» (2008-2011 г.г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и двух патентах Российской Федерации на изобретения.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы, включающего 52 наименования и приложения.

Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц и 37 рисунков.

В процессе выполнения работы автор пользовался советами и консультациями своего научного руководителя кандидата технических наук, доцента

A.A. Арутюнова, доктора технических наук В.Г. Гераськина, докторов технических наук, профессоров: Д.Г. Антониади, А.И. Булатова, Г.Т. Вартумяна, которым автор глубоко благодарен. Автор считает своим долгом выразить признательность сотрудникам ООО «Кубаньгазпром» и другим организациям, оказавшим помощь в работе и обсуждении результатов диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цель, задачи исследования, их научная новизна и практическая ценность.

В первой главе рассмотрены основные этапы развития и современное состояние бурения наклонных и горизонтальных скважин, а также забурива-ния боковых стволов, представлен аналитический обзор технических средств и технологий для проводки и контроля бурения горизонтальных скважин. Рассмотрены теоретические и практические аспекты существующих исследований, методик, технологий и технических средств по контролю и управлению параметрами траектории и режимами бурения, в том числе, с применением бурового навигационного оборудования - телеметрических систем (ТС) и отклоняющих компоновок низа бурильной колонны (КНБК).

Среди работ в этом направлении, следует отметить исследования ряда ученых: Арутюнов A.A., Балденко Д.Ф., Бузинов, A.B. Буслаев В.Ф., Вудс Г., Гераськин В.Г., Григорян А.М., Григулецкий В.Г., Гулизаде М.П., Иоане-сян Ю.Р., Кауфман Л.Я., Калинин А.Г., Крылов В.И., Лубинский А., Лукьянов В.Т., Никитин Б.А., Оганов С.А., Рабиа X., Сорокин В.Н., Сулакшин С.С., Сушон Л.Я., Шайхутдинов Р.Т. и многих других.

В последнее время в целях повышения эффективности наклонно направленного и горизонтального бурения ведущими фирмами-изготовителями бурового оборудования, как за рубежом, так и в России (ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент», «НиГ МАШ СЕРВИС», «РАДИУС СЕРВИС», «УРАЛНЕФТЕБУР» и др.) был изготовлен и внедрен новый класс систем КНБК для управления траекторией ствола при бурении - объемные забойные двигатели с корпусными переводниками с регулируемым углом перекоса. Эти КНБК имеют очевидные преимущества по сравнению с КНБК с фиксированными отклоняющими устройствами.

С внедрением телеметрических систем с гидравлическим каналом связи появилась возможность в процессе бурения непрерывно вращать инструмент компоновками с забойным двигателем-отклонителем, когда не требуется корректировка параметров искривления ствола, или производить ориентирование отклонителя для исправления траектории без подъёма инструмента на поверхность. Это существенно повысило эффективность бурения и понизило его себестоимость.

Однако такая технология не применима в условиях бурения на специальных буровых растворах, а так же там, где стоимость телеметрических систем сопоставима со стоимостью бурения скважины.

Принимая во внимание изложенное, специалисты крупнейших фирм, занимающиеся горизонтальным бурением в США и Франции, приняли решение разработать программно-аппаратурный комплекс, включающий телеметрическую систему и забойный двигатель-отклонитель с изменяющимся углом перекоса по сигналу с пульта бурильщика и предприняли первую попытку внедрить программно-аппаратурный комплекс (дистанционноуправляемый отклонитель Т - 3000 и телесистему Телевижн).

Таким образом, в технологии бурения наклонных и горизонтальных скважин появились новые возможности. Первая дистанционно управляемая КНБК с забойным двигателем, имеющая систему ориентирования и обеспечивающая бурение с заданной интенсивностью, показала возможность реализовывать профили скважин повышенной сложности. Это позволило:

- сэкономить время на спуско-подъемных операциях за счет изменения геометрических параметров КНБК без подъема инструмента на поверхность;

- осуществить управление искривлением скважины с большей точностью;

- увеличить механическую скорость и проходку на долото;

- снизить расход материалов и химических реагентов.

Особенно остро необходимость реализации рассмотренной выше технологии впервые проявилась в нашей стране при строительстве на севере Краснодарскою края Кущевского подземного хранилища газа на базе истощенной газовой залежи. В качестве экономических предпосылок выдвигалась необходимость существенного снижения капитальных вложений на создание хранилища. Дополнением к проекту создания Кущевского ПХГ, разработанным ВНИИГазом и утвержденным в 1994 г. предусмотрено вместо 241 вертикальных бурение около 100 наклонно горизонтальных скважин.

Вместе с тем, внедрение горизонтальных скважин на Кущевском ПХГ потребовало решения ряда геологических, технологических и технических задач, требующих выделения в продуктивном горизонте конкретных объектов вскрытия, имеющих, как правило, небольшую толщину, наличием на отдельных участках структуры существенных градиентов углов падения пластов были разработаны три основных проектных профиля в пределах продуктивного пласта, которые представлены на рисунке 1:

- пологонаправленный - на участках существенного изменения градиентов углов падения пород;

- горизонтально-волнистый - в продуктивной части, имеющей высокие фильтрационные свойства, но литологически не однородной по разрезу;

- вогнутый - вскрывающий нижней точкой траектории высокопроницаемую часть горизонта и в последующем дренирующий пласты с низкими фильтрационными параметрами.

Соблюдение траектории горизонтального ствола в достаточно жестких границах, в частности при бурении 75 скважин, предельные отклонения которых от проектных профилей строго регламентированы, а сами профили достаточно сложны и имеют несколько участков набора кривизны и ее стабилизации, причем некоторые участки набора кривизны имеют радиусы менее 50-60 м, потребовала использование специальной надежной телеметрической навигационной системы.

Рисунок 1 - Типы профилей горизонтальных скважин Кущевского ПХГ:

1 - пологонаправленный; 2 - горизонтально-волнистый; 3 - вогнутый

Проведенный анализ выявил, что применяемое в нефтегазодобывающих регионах на данный период буровое навигационное оборудование для проводки наклонных и горизонтальных скважин не решает всех поставленных задач.

Учитывая это, предприятием ООО «Кубаньгазпром» были сформулированы основные требования и принято решение о разработке телеметрической навигационной системы, т.е. системы контроля за искривлением скважины и

управления траекторией ствола, включающую в себя создание: узла управления (дистанционно управляемой забойной КНБК), сбора информации и корректировки ствола скважины, специальных труб и другого инструмента, обеспечи-вающиго необходимую точность по определению пространственного положения ствола в продуктивном пласте толщиной не более одного метра и принятия своевременных решений по корректировке управляемых параметров.

Эти направления исследований, технико-технологические решения поставленных задач и являются основой представленной диссертационной работы.

Вторая глава посвящена разработке технических средств для реализации проектных трасс при проводке наклонно горизонтальных скважин.

Одним из основных факторов, влияющих на реализацию сложных проектных профилей наклонных, горизонтальных скважин, является технологическая оснастка элементов компановки низа бурильной колонны. Применяемые до настоящего времени КНБК не решали в полной мере проблемы проводки наклонно горизонтальных участков ствола. Предложенный французскими фирмами управляемый отклонитель Телепилот Т-3000 имел ряд значительных недостатков, основные из которых:

- значительные габаритные размеры (наружный диаметр управляемого отклонителя 198 мм, общая длина 5,18 м.), не позволяющие проводить траектории горизонтального ствола в жестких границах;

- неточная фиксация в заданном промежуточном положении угла перекоса инструмента и отсутствие контроля этого положения.

Поэтому необходима разработка технических средств, спускаемых в скважину в составе КНБК с забойным двигателем, позволяющих управлять траекторией ствола и в случае необходимости менять угол перекоса отклонителя без подъема на поверхность.

По результатам проведенного анализа научной и патентной литературы разработаны следующие устройства: дистанционно-управляемые регулируемые отклонители ОГДУ-178 и ОГДУ-Ю8.

Основной целью разработки ОГДУ -178, (рисунки 2, 3, 4 и 5) явилось повышение эксплуатационных технологических характеристик отклонителя путем исключения перечисленных выше недостатков. Угол <р (см. рис. 2) изначально выбирается исходя из технологических условий проводки наклонных участков и может достигать максимально равного 2<р ((р =2 х 2,5°) = 5°.

Увеличение угла перекоса КНБК осуществляется при повороте отклоняемого узла до 180°. Количество положений изменений угла перекоса и сам угол зависит от числа направляющих выступов поршня-штока 6. При повороте его от 180° до 360° угол перекоса уменьшается, что позволяет извлечь колонну бурильных труб из скважины в первоначальном соосном положении.

Информация об изменении угла перекоса отклонителя передается следующим образом: вращение относительно продольной оси поршня - штока 3 и отклоняемого узла 2 (рис. 2) через специальный патрубок одновременно проворачивает нижний центратор устройства посадочного, с расположенным в нем прибором телеметрической системы, которая фиксирует изменения угла перекоса отклонителя с помощью аппаратурно-программного комплекса.

Рисунок 3 - Разрез по А-А рисунка 2:

1 - верхний гидроцилиндр;

3 - поршеш>-штш;

6 - направляющие выступы поршня-шшка;

7 - отклоняющий узел;

8 - кулачки со скошенными торцами.

Рисунок 4 - Вид Б рисунка 2:

6 - направляющие выступы поршня-штока; 9 - пазы;

Г - скошенная верхняя поверхность.

Рисунок 5 - Вид В рисунка 2:

4 - кулачки поршня-штока;

8 - кулачки со скошенными торцами.

Рисунок 2 - Дистанционно-управляемый регулируемый отклонитель ОГДУ-178:

1 - верхний гидроцилиндр; 2 - отклоняемый узел; 3 - поршень-шток; 4 - кулачки поршня-штока; 5 - дроссель; 7 - отклоняющий узел; 8 - кулачки со скошенными торцами; 9,11 - пазы; 10 - пальцы; 12 - радиально-упорный подшипник; 13 - гайка;

14 - переводник; 15 - возвратная пружина; 16 - гайка

А-А

В дальнейшем, для проводки скважин малого диаметра, был разработан дистанционно-управляемый регулируемый отклонитель ОГДУ-Ю8, аналогичной ОГДУ-178 конструкции. Цель разработки - отклонитель с минимальными геометрическими размерами (наружный диаметр управляемого отклонителя 108 мм, общая длина 1,6 м).

В третьей главе изложена разработка навигационных телесистем и их посадочных устройств, для оперативной передачи информации координат забоя и угла перекоса КНБК.

Разработка посадочных устройств (УП) скважинных телесистем

Проведенный в работе критический анализ имеющихся аналогов посадочных устройств (УП), позволил выявить ряд недоработок, таких как недостаточная точность ориентирования скважинного прибора в скважине (до 10-15°); отсутствие сигнала о посадке прибора в заданном положении в скважине и т.д.

С учетом изложенного было разработано несколько модификаций посадочных устройств, имеющих один принцип действия и отличающихся друг от друга лишь линейными размерами. На рисунке 6 представлено такое устройство.

Основными отличиями разработанного посадочного устройства являются: наличие двух центраторов для более точного центрирования скважинного прибора по оси устройства; наличие фиксатора, предотвращающего самопроизвольное высвобождение скважинного прибора при зенитных углах 90° и более; наличие ориен-татора, груза-ловителя и центратора с верхним магнитом, позволяющим производить бесступенчатую установку их в одной плоскости с отклонителем; наличие устройства (с магнитным датчиком), передающего на устье скважины сигнал о посадке скважинного прибора и ориентации его в одну плоскость с отклонителем.

Предложенная разработка, а также представленные ниже разработки были включены в книгу «Строительство наклонных и горизонтальных скважин». -М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. - 262 с: ил., авторами которой являются Басарыгин Ю.М., Будников В.Ф., Булатов А.И., Гераськин В.Г.

Рисунок 6 - Устройство посадочное (УП) скважинных телесистем 1 - долото; 2,4 - отклонитель; 3 - метка; 5 - груз-ловитепь; 6 - паз; 7 - ребро ориеьгтагора;

8,12 - контргайка; 9 - центратор нижний; 10 - магнит; 11 - цешраггор верхний; 13 - корпус;

14 - специальная метка; 15 - каротажный кабель; 16- корпус герконов; 17- корпус инклинометра; 18 - фиксатор.

Разработка телеметрической системы «Пеленг»

Телесистема предназначена для определения основных параметров процесса бурения наклонно горизонтальных скважин в условиях жестких пространственных ограничений. Данные телесистемы выводятся на монитор персонального компьютера и дублируются на цифровом табло перед пультом бурильщика. Диапазон измерений: температура до 120 °С, давление до 108 МПа. Телесистема состоит из скважинного прибора и наземной аппаратуры. Прибор включает в себя несколько датчиков, позволяющих измерять: зенитный и азимутальные углы, угол установки отклонителя; температуру и давление на забое; естественное гамма-излучение.

Наземная аппаратура предназначена для приема, обработки и выдачи информации об измеряемых параметрах на дисплей компьютера в цифровом виде или на видеоконтрольное устройство - пульт бурильщика. Она состоит из ком-

пьютера, блока коммутации, блока бурильщика (рис. 7). Линией, осуществляющей связь между скважинным прибором и наземным измерительным комплексом, является одножильный каротажный кабель. Связь между наземным измерительным комплексом и выносным индикатором осуществляется двухпроводной линией. На рисунках 8, 9, 10 приведены функциональная схема построения, техническая характеристика и общий вид телесистемы «Пеленг».

. Наименование 'ПЕЛЕНГ ;

Длина скважинного прибора, мм . 1600(1400) ';

Диаметр, мм 45(60)

Масса,кг 8(12} ;

Максимальное рабочее гидростатическое давление, МПа 60

Предельная температура окружающей среды,° С -10 и +125

Диапазон измерена угла отклонюеля, град 1180 (+1)

Диапазон из*ереиия азимута, град 0 ^ 360 (±1,5)

Диапазон измерения зенитного угла, град 0 ^ 130 (*0.2)

Максимальная длина гшиии связи с забойной станцией, м 5000

Максимальная длина линии связи с пультом бурильщика, м 300

Р ису но к 9 - Общий вид

Рисунок 10- Технические характеристики

Разработка инклинометра магнитометрического малогабаритного ИММ-30-80/30 «Игла»

Предназначен для работы, при забуривании вторых стволов из обсадных колонн диаметром 140-146 мм. Прибор работает при температуре до 80 °С и максимальном рабочем давлении до 60 МПа.

Функционально аппарату ра, входящая в состав инклинометра «Игла» работает так же как и телесистема «Пеленг». Инклинометр работает в составе компьютеризированной каротажной станции в комплексе с посадочным устройством диаметром 106 мм. и одножильным каротажным кабелем. Инклинометр регистрирует следующие параметры: зенитный угол 0-180° с точностью до 10 минут; азимутальный угол 0-360° с точностью до 0,5 градуса; угол установки отклонителя ± 180° с точностью до 1 градуса; естественное гамма-излучение; уровень продольной и поперечной вибраций. Метрологические характеристики аппаратуры подтверждены СЕРТИФИКАТОМ «ЕАГО» (Евроазиатское геофизическое общество).

Данные параметры выводятся на цифровое табло, располагаемое перед пультом бурильщика и ПЭВМ, где в реальном масштабе времени строится фактический профиль скважины в 2-х и 3-х мерном изображении. Измерение уровня вибрации практически сводит к нулю имеющуюся «мертвую» зону замера, т.к. информация поступает непосредственно от долота и строго коррели-руется литолого-фациальными характеристиками разбуриваемых пород. То есть по уровню частотного спектра, всегда можно сказать, в каких породах находится долото и установить их границы.

В четвертой главе изложена разработка методического обеспечения эффективной проводки наклонных и горизонтальных скважин.

В процессе работы по разбуриванию Кущевского ПХГ были разработаны и реализованы в программе ПЭВМ методики построения различных проектных профилей скважин: с одним участком набора кривизны без участка стабилизации, с несколькими (тремя) радиусами набора кривизны, с двумя участками набора кривизны и двумя участками стабилизации, с двумя зонами запрета набора кривизны и тремя участками набора кривизны.

На рисунке 11 в качестве примера приведена блок-схема алгоритма решения данной задачи.

Ох,=Я, Оу,=Н.

I Кю< 1=*-(«,-х,1-НН,-у,1 1 ...........................

[остроение профиля не&озможио '

Вычисление ОХуОу2

~у^

7

!остроеттио профиля невозможно

¿шаг) 1-1

Н х^1-; I

7

Рисунок 11 - Блок-схема алгоритма решения задачи построения проектного профиля с двумя участками набора кривизны и двумя участками стабилизации

где: хт,ут, хь,уь - координаты «малой» и «большой» точек на окружности 1, используемые как пробные точки касания; к¡т, к¡ь -тангенсы утла наклона прямых, соединяющих центр окружности 1 с точками касания; к2т,к2ь - тангенсы угла наклона прямых для касательных в этих точках; В 2т. В2ь ~ свободные члены управления этих касательных; хкт,т, у^ш - координаты точек, лежащих на пересечении касательной от окружности 1 и прямой, проходящей

через центр; хіиціт,уктіт,хкаі2 - окружности 2, параллельно прямой, соединяющей центр; ук„ц1 - окружности 1 с соответствующей точкой на этой окружности (индекс т или Ь); і^оі 1 - угол на участке 1 набора кривизны; ^о1 2 - угол на участке 2 набора кривизны.

В продолжении этой работы составлен алгоритм и программа ПЭВМ расчета фактической трассы скважины, определения расстояния от точки фактического профиля до ближайшей точки проектного профиля. Блок-схема последней приведена на рисунке 12.

Рисунок 12 - Блок-схема алгоритма определения расстояния от точки фактического профиля до ближайшей точки проектного профиля.

где: і - номер участка (интервала) проектного профиля; Л,- - радиус набора кривизны на / -м участке; если участок представляет собой прямую,

то /?,• = 0; Охі - отклонение центра набора кривизны от вертикальной оси скважины; Оу{ - глубина центра набора кривизны по вертикальной оси скважины; х„,-, у„і, хи, укі - координаты начальной и конечной точек участка проектного профиля; а, - зенитный угол в конечной точке 1-го участка.

Процесс управления искривления включает следующие процедуры:

- построения фактического профиля по данным замеров телесистемой зенитного угла и азимута скважины в трехмерном пространстве;

- определения расстояния от точки фактического профиля до ближайшей точки проектного профиля;

- выработку управляющих воздействий для безусловного выполнения проектных решений путем определения угла установки отклонителя.

Первые 2 пункта решены и представлены на рисунках 11-12.

По 3-му пункту разработан алгоритм и программа ПЭВМ представленные блок-схемой на рисунке 13.

Рисунок 13 - Блок-схема алгоритма определения угла установки отклонителя

где: Хі , уі; zt - текущие координаты забоя, м; (р t - азимутальное отклонение от проектного профиля, градус; cq _ текущий зенитный угол; AR -задаваемый шаг приращения проходки, м; Rast - накапливаемая проходка, м;

і - номер шага.

Реализация данной методики в программный продукт позволила получить инструмент по оперативному определению управляющих воздействий для возврата траектории скважины к проектному профилю.

В пятой главе приведены результаты, в качестве примера, практической реализации внедрения разработки при строительстве наклонно горизонтальной скважины № 98 Кущевского подземного хранилища газа, а также рассмотрена возможность применения дистанционно-управляемых гидравлически регулируемых отклонителей.

Внедрение разработки на скважине № 98 Кущевская в интервале 1160- 1379м. Конструкция скважины:

Кондуктор - диаметр 324 мм, глубина спуска L = 300 м.

Техническая колонна - диаметр 245 мм, глубина спуска L = 1150 м.

Бурение интервалов набора зенитного угла и горизонтальной части ствола осуществлялось следующими КНБК:

1-ый интервал 1160-1379 м\ - долото 215,9 СЗГВ; муфта-калибратор МК-215,9 мм; винтовой забойный двигатель ОШ-172 (прямой); отклонитель гидравлический дистанционно-управляемый ОГДУ с углом перекоса 0°-3°00'; уствойство посадочное УП-178 телеметрической телесистемы «Пеленг»; две свечи алюминевых бурильных труб ЛБТ-147; стальные бурильные трубы ТБПК-127 остальное (этой КНБК проводили набор зенитного угла от 0° до 93° в проектном магнитном азимуте 193°);

2-ой интервал 1379-1569м.; - стабилизационная КНБК без ОГДУ.

Результаты проводки приведены в таблице 1 и на рисунках 14-15.

Таблица 1 - Результаты работы внедряемого ОГДУ-178 с углом перекоса 0°-3°00' в интервале 1160-1379 м.

Интервал, м. Угол перекоса, град. Нач. угол, град. Конеч. угол, град. Нач. азимут, град. Конеч. азимуг, град. Интенсив- ность, град/метр

1160-1236 3 0 46 181 192 0,61

1236- 1260 1 46 49 192 196 0,14

1260- 1272 3 49 51 196 205 0,60

1272-1331 1,5 51 61 205 200 0,22

1331 - 1379 3 61 93 200 191 0,64

Рисунок 14 - Вертикальная проекция скважины №98 Кущевская

Рисунок 15 - Горизонтальная проекция скважины № 98 Кущевская

Возможности применения дистанционно-управляемых гидравлически регулируемых отклонителей ОГДУ- 108 и ОГДУ -178. В настоящее время ведущими производителями буровой техники нашей страны выпускается широкий перечень турбобуров и винтовых забойных двигателей для проводки наклонно горизонтальных скважин и забуривания вторых стволов.

Достоинством предложенной автором разработки является ее способность применения практически со всеми видами производимого вышеуказанного оборудования для обеспечения бурения траекторий с большим диапазоном различных радиусов кривизны.

Примеры возможного применения с винтовыми забойными двигателями выпускаемых; ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент», ООО «УРАЛ-НЕФТЕБУР», ООО «НиГМАШ-СЕРВИС» приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 - Пример расчета радиусов кривизны, при применении ОГДУ-Ю8

Наименование двигателя, тип/номер - диаметр, мм Радиусы кривизны, метры

Углы перекоса ОГДУ-Ю8, град.

0,5 1 1,5 2 2,5 3

ДІ-105 760 347 223 164 130 108

За. і о О'. 1 795 358 232 171 136 112

ДЗ - 106 842 389 253 187 149 123

Д1 - 127, ДЗ - 127 856 402 262 195 156 128

Д1 - 145 1267 474 291 210 165 135

Таблица 3 - Пример расчета радиусов кривизны, при применении ОГДУ-178

Наименование двигателя, тип/номер - диаметр, мм Радиусы кривизны, метры

Углы перекоса ОГДУ-178, град.

0,5 1 1,5 2 2,5 3

Д5 - 172М 1245 473 292 211 165 136

ДВ-176М 1176 475 297 216 170 140

Д-178 1173 498 316 231 183 151

Д5 - 195 921 414 267 197 156 129

ДЗ -195 971 444 288 213 169 140

Д1-240 1382 519 319 231 181 148

Д-240 1376 542 337 245 192 158

Таким образом диапазон радиусов, реализуемых в результате изменения углов перекоса, предлагаемых управляемых отклонителей настолько разнообразен, что позволяет реализовывать наклонные трассы в широком диапазоне от максимального радиуса кривизны Кмах~ 1383м. до минимального радиуса кривизны Я„ш = 108м.

В особых случаях, связанных со сложными пространственными геолого-техническими ограничениями, предприятия-изготовители буровой техники имеют возможность производить нестандартные укороченные забойные двигатели типа ОШ-172, позволяющие (как на Кущевском СПХГ) бурить скважины с радиусами до 45 метров.

Основные выводы и рекомендации

1. Проведены обобщение и анализ опыта проводки наклонно горизонтальных скважин и вторых стволов различными видами бурового оборудования в нефтегазодобывающих регионах Российской Федерации и других

стран, определяющие пути дальнейшего развития и повышения эффективности бурения наклонно горизонтальных скважин.

2. Построены вычислительные алгоритмы, которые реализованы в разработанном методическом и программном обеспечении, отображающие в

2-х и 3-х мерном пространственном изображении фактическую, проектную и прогнозируемую траектории ствола скважины в реальном масштабе времени, позволяющие провести оптимизацию проводки наклонно горизонтальных скважин по: - построению различных вариантов проектного профиля ствола скважины с горизонтальным окончанием; - построению фактического профиля по данным замеров телесистемой зенитного угла и азимута скважины в трехмерном пространстве; - определению величины угла установки отклонителя, обеспечивающего возврат траектории скважины к проектному профилю.

3. Разработаны и внедрены дистанционно-управляемые регулируемые отклонители ОГДУ-178 и ОГДУ-Ю8, позволяющие управлять траекторией ствола путем смены угла перекоса забойных компоновок без подъема на поверхность, реализуя проектные трассы различной степени сложности.

4. Разработаны и внедрены технические средства (телеметрическая система «Пеленг» и малогабаритный магнитометрический инклинометр «Игла»), позволяющие передавать оперативную информацию о положениях отклонителя с дистанционно-изменяющимися геометрическими характеристиками в составе КНБК и забойных параметрах ствола скважины.

5. Разработаны и внедрены несколько модификаций посадочных устройств (УП - 180, УП - 110 и др.) для скважинных приборов разработанных технических средств (телеметрической системы «Пеленг» и малогабаритного магнитометрического инклинометра «Игла»).

6. Проведена практическая реализация разработки при строительстве Кущевского подземного хранилища газа на скважинах № 98 Кущевская и № 153 Кущевская и определена оценка ее эффективности:

- на обеих скважинах интервалы набора зенитного угла до выхода на горизонтальный участок, были проведены одним долблением, без подъема инструмента для смены КНБК на поверхности, так как регулировка компоновки оперативно происходила на забое;

- фактические траектории максимально приближены к проектным, благодаря оперативной передаче информации в реальном масштабе времени координат забоя с помощью телесистемы «Пеленг»;

- аппаратурно-программный комплекс, отображающий в 2-х и 3-х мерном изображении фактическую и проектную траектории, а так же остальные параметры ствола, позволил фактической траектории максимально приближенно выйти на проектную траекторию.

7. Выявлены возможности применения дистанционно-управляемых гидравлически регулируемых отклонителей ОГДУ-108 иОГДУ-178с широким перечнем турбобуров и винтовых забойных двигателей, для проводки наклонно-горизонтальных скважин и забуривания вторых стволов, что позволяет реализовывать наклонные трассы в достаточно широком диапазоне радиусов кривизны (Я„ах = 1383 м.; RM„„= 45 м.).

Предложенная автором работа прошла успешную проверку при бурении наклонно-горизонтальных скважин и забуриванию вторых стволов на месторождениях и ПХГ Краснодарского края, Сибири, Калининградской области, республики Дагестан, о. Сахалин.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

В ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Усилия, действующие на колонну труб в наклонно-направленных скважинах / A.A. Арутюнов, Г.Т. Вартумян, А.Т. Кошелев, О.С. Лисовский,

A.B. Шостак // Научно-технический журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», 2011, № 9. - С. 7 -10. (автора- 0,1 п.л.)

2. Технические средства контроля траектории сложнопрофильных скважин в процессе их восстановления из бездействующего фонда / Ю.И. Баканов, В.Г. Гераськин, В.В. Климов, A.B. Шостак // Научно-технический журнал «Технологии ТЭК», 2007, № 4. - С. 23 - 25 (автора - 0,1 п.л.).

В научных изданиях:

3. Опыт бурения наклонно-горизонтальных скважин и вторых стволов. / A.B. Шостак // Проблемы эксплуатации капитального ремонта скважин на месторождениях и ПХГ: Материалы Межд. науч.-практич. конф. (Кисловодск, Сент. 2004 г.) / СевКавНИПИгаз, 2004. - С. 76 - 83 (автора - 0,5 п.л.).

4. Некоторые задачи проектирования и управления траекторией ствола скважины с горизонтальным окончанием / В.Ф. Будников, А.И. Булатов,

B.Г. Гераськин, В.М. Сугак, A.B. Злоказов, В.А. Мордовии, A.B. Шостак //

Сборник научных трудов СКО Российской инженерной Академии «Гипотезы, поиск, прогнозы». - Краснодар, 1997. - С. 71 - 99 (автора - 1,2 п.л.).

5. Анализ применения КНБК для стабилизации и набора зенитного и дирекционного угла в процессе бурения скважины на Кущёвском ПХГ / В.Г. Гераськин, В.М. Сугак, A.B. Шостак // Сборник научных трудов СКО Российской инженерной Академии «Гипотезы, поиск, прогнозы». - Краснодар, 1997. - С. 220 - 228 (автора - 0,3 п.л.).

6. Анализ технико-экономических показателей по скважинам с горизонтальным окончанием ствола, пробуренным на Кущёвском ПХГ в 19951996 годах / В.Г. Гераськин, A.B. Злоказов, В.А. Мордовии. A.B. Шостак // Сборник научных трудов СКО Российской инженерной Академии «Гипотезы, поиск, прогнозы». - Краснодар, 1997. - С. 228 - 236 (автора - 0,3 п.л.).

7. Упрощённый способ определения проходимости компоновки низа бурильной колонны на участках набора кривизны бурящейся скважины при турбинном способе бурения / Е.С. Безрукова, В.Г. Гераськин, A.B. Шостак // Сборник научных трудов СКО Российской инженерной Академии «Гипотезы, поиск, прогнозы». - Краснодар, 1998. - С. 93 - 96 (автора - 0,15 пл.).

8. Особенности бурения горизонтальной скважины 12 Исаковская в Калининградской области / Ю.М. Басарыгин, В.Ф. Будников, А.И. Булатов, В.Г. Гераськин, В.А. Мордовии, A.A. Нижегородов, В.М. Стрельцов,

A.М. Черненко, A.B. Шостак, P.C. Яремийчук // Сборник научных трудов СКО Российской инженерной Академии «Гипотезы, поиск, прогнозы». -Краснодар, 2000. - С. 4 - 46 (автора - 1 п.л.).

9. Пат. № 2 228 421 РФ, С2 Е 21 В 7/08. Отклонитель регулируемый / Басарыгин Ю.М., Будников В.Ф., Гераськин В.Г., Дмитриев И.А., Стрельцов

B.М., Черненко А.М., Шостак A.B. (Россия) - № 2002106328; Заявлено

11.03.2002; Опубл. 10.05.2004, Бюл. № 13.

10. Пат. № 2 303 117 РФ, С2 Е 21 В 7/08. Отклонитель регулируемый / Баканов Ю.И., Гераськин В.Г., Дмитриев И.А., Снегирев C.H., Стрельцов

В.М., Шостак A.B. (Россия) - № 2005103061/03; Заявлено 07.02.2005; Опубл. 20.07.2007, Бюл. № 20.

Подписано в печать 23.01.2012. Печать трафаретная.

Формат 60x84 'Л6. Уел. печ. л. 1,35. Тираж 100 экз. Заказ № 594. Отпечатано в ООО «Издательский Дом-Юг»

350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корп. «В», оф. В-120, тел. 8-918-41-50-571

e-mail: olfomcnko@yandex.ru Сайт: http://id-yug.narod2.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Шостак, Андрей Валерьевич, Ставрополь

61 12-5/1781

Кубанский государственный технологический университет

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ И МЕТОДОВ МОНИТОРИНГА ПРОВОДКИ НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН

Специальность 25.00.15 - Технология бурения и освоения скважин.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент А.А. Арутюнов

Ставрополь - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 5

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАКЛОННОГО БУРЕНИЯ..................................................................................................................11

1.1 Основные этапы развития наклонного бурения............................. 11

1.2 Технические средства для проводки наклонно-горизонтальных скважин................................................................................. 23

1.3 Технические средства для контроля проводки наклонно-горизонтальных скважин........................................................... 28

1.4 Буровое навигационное оборудование.................................. 31

1.4.1 Телеметрические системы.............................................. 31

1.4.2 Компоновки низа бурильной колонны (КНБК) (отклоняющие компоновки)........................................................................... 33

1.4.3 Дистанционно-управляемые забойные КНБК.................... 36

1.5 Постановка задачи исследования........................................... 41

2 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ДИСТАНЦИОН-НО-УПРАВЛЯЕМОГО БУРЕНИЯ............................................................. 47

2.1 Разработка дистанционно-управляемых регулируемых отклони-телей......................................................................................................................................................47

2.1.1 Дистанционно-управляемый регулируемый отклонитель ОГДУ-178........................................................................... 49

2.1.2 Дистанционно-управляемый регулируемый отклонитель ОГДУ-Ю8........................................................................... 55

3 РАЗРАБОТКА НАВИГАЦИОННЫХ ТЕЛЕСИСТЕМ И ИХ ПОСАДОЧНЫХ УСТРОЙСТВ, ДЛЯ ОПЕРАТИВНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ КООРДИНАТ ЗАБОЯ И УГЛА ПЕРЕКОСА КНБК... 64

3.1 Разработка посадочных устройств (УП) скважинных телесистем 65

3.2 Разработка телеметрических систем и малогабаритных магнито-

метрических инклинометров....................................................... 67

3.2.1 Разработка телеметрической системы «Пеленг»................ 67

3.2.2 Разработка наземного измерительного комплекса.............. 73

3.2.3 Разработка выносного индикатора................................. 75

3.2.4 Разработка инклинометра магнитометрического малогабаритного ИММ-30-80/30 «Игла»....................................................... 78

4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ПРОВОДКИ НАКЛОННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН............................................................................ 81

4.1 Методика построения профиля с одним участком набора кривизны без участка стабилизации............................................................................................................................82

4.2 Методика построения профиля с тремя радиусами набора

кривизны................................................................................. 83

4.3 Методика построения проектного профиля скважины с двумя участками набора кривизны и двумя участками стабилизации......................... 34

4.4 Методика построения фактического профиля по данным замеров телесистемой зенитного угла и азимута скважины в трехмерном пространстве............................................................................. 92

4.5 Методика определения расстояния от точки фактического профиля до ближайшей точки проектного профиля.................... 94

4.6 Методика определения величины угла установки отклоните-ля, обеспечивающего возврат траектории скважины в плоскость заданного азимута или ей параллельную................................. 96

4.7 Методика определения параметров, обеспечивающих возврат траектории ствола к проектному профилю при зенитном направлении 100

5 ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТКИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ НАКЛОННО-ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН КУЩЕВСКОГО ПОДЗЕМНОГО ХРАНИЛИЩА ГАЗА.......................................................... 104

5.1 Внедрение разработки на скважине №98 Кущевская в интервале 1160 -1379 м......................................................................................................................................104

5.2 Внедрение разработки на скважине № 153 Кущевская в интервале 1208-1449м......................................................................................................................................111

5.3 Возможности применения дистанционно-управляемых

гидравлически регулируемых отклонителей ОГДУ-108 и ОГДУ-178 119

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................................................121

ВЫВОДЫ............................................................................................................................................................125

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........................................................................127

ПРИЛОЖЕНИЕ................................................................................................................................................133

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы.

В современном развивающемся мире углеводороды, к которым относятся нефть и газ, являются важнейшей частью стратегических природных запасов, определяющих энергетическую независимость и прогресс развития экономики Российской Федерации, а в связи с развитием глобального экономического кризиса в мировом масштабе их роль будет непрерывно возрастать. Поэтому сохранение на прежнем уровне и увеличение темпов добычи нефти и природного газа с одновременным сокращением затрат на строительство скважин, становятся главнейшей задачей топливно-энергетического комплекса (ТЭК).

Более 90% нефтяных и газовых месторождений разрабатываются наклонными и горизонтальными скважинами. Это объясняется необходимостью наибольшей степени вскрытия труднодоступных продуктивных горизонтов, особенно в сложных горно-геологических условиях таких регионов, к каким относится Краснодарский край.

Так, одним из современных способов решения задач повышения извлекаемых объемов углеводородного сырья , а также его закачка в целях хранения, стало бурение горизонтальных скважин на многих месторождениях и при строительстве подземных хранилищ газа (ПХГ).

Среди работ в этом направлении, следует отметить исследования ряда ученых: Арутюнов A.A., Балденко Ф.Д., Бузинов, A.B. Буслаев В.Ф., Вудс Г., Гераськин В.Г., Григорян A.M., Григулецкий В.Г., Гулизаде М.П., Иоанесян Ю.Р., Кауфман Л.Я., Калинин А.Г., Крылов В.И., Лубинский А., Лукьянов В.Т., Никитин Б.А., Оганов С.А., Рабиа X., Сорокин В.Н., Сулакшин С.С., Сушон Л.Я., Шайхутдинов Р.Т. и многих других.

Реализация проектных трасс таких скважин предполагает интервалы углубления с одновременным изменением с различной интенсивностью зе-

нитного и азимутального углов скважины, или участки трассы, на которых требуется изменение только зенитного угла.

Появление забойных телеметрических систем (это были телеметрические системы с кабельным каналом связи) в значительной степени облегчило процедуру управления формой ствола скважины (определение текущих параметров искривления скважины, положения отклонителя при бурении ориентируемыми компоновками, учёт реактивного момента забойного двигателя и др.). В то же время, на участках бурения неориентируемыми компоновками низа бурильной колонны (КНБК) телеметрические системы выполняли только функцию отображения параметров искривления ствола скважины. В этом случае, при возникновении необходимости корректировки зенитного и (или) азимутального углов скважины (правки) приходилось поднимать инструмент для замены КНБК. Эта процедура на месторождениях Западной Сибири, при весьма высоких скоростях строительства, в 80-90ые годы проводилась на 25% скважин от их общего количества. По мнению многих учёных того времени такой высокий процент правок был связан с непредсказуемостью результатов бурения интервалов с применением неориентируемых КНБК.

С появление телеметрических систем с гидравлическим каналом связи зарубежного производства появилась возможность в процессе бурения непрерывно вращать инструмент компоновками с забойным двигателем-отклонителем, когда не требуется корректировка параметров искривления ствола, или производить ориентирование отклонителя для исправления траектории без подъёма инструмента на поверхность. Такая технология используется большинством буровых предприятий, приводит к преждевременному износу бурового инструмента и выходу из строя дорогостоящих (порядка миллиона долларов) телеметрических систем, а также к увеличению диаметра ствола скважины.

В связи со сказанным, проблема создания эффективных техники и технологии строительства направленных скважин в сложных геологических условиях весьма актуальна. На наш взгляд создание управляемых в процессе бурения КНБК позволяет решить задачи оперативного контроля и управления трассой наклонных и горизонтальных скважин, а также значительно сократить затраты на их строительство.

Цель работы

Повышение эффективности бурения наклонно направленных скважин путем исследования, разработки и внедрения отечественных технических средств и оборудования, позволяющих управлять траекторией ствола скважины с пульта бурильщика.

Основные задачи работы

1. Анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта бурения наклонно направленных скважин и боковых стволов различными видами бурового оборудования.

2. Разработка и совершенствование отечественных технических средств в составе КНБК с забойным двигателем, позволяющих управлять траекторией ствола путем изменения перекоса угла отклонителя на забое скважины.

3. Совершенствование методики управления траекторией ствола бурящейся скважины и ее реализация в разработанном аппаратурно-программном комплексе.

4. Промысловые испытания разработанных дистанцонно-управляемых отклонителей с различными забойными двигателями.

Основные защищаемые положения

1. Технические средства, математическое обеспечение, алгоритмы расчета построения различных проектных профилей скважин.

2. Способ управления параметрами искривления бурящейся скважины и его реализация в аппаратурно-программном комплексе.

3. Результаты промысловых испытаний разработанных технических средств и методик.

Научная новизна

Разработано и опробировано в промысловых условиях методическое, математическое и программное обеспечение, позволяющее в зависимости от заданных геолого физических условий залегания продуктивных пластов и их фильтрационно-емкостных свойств решать задачи:

- построения проектных профилей скважин различной сложности;

- построения и визуализации в трехмерном пространстве фактического профиля по данным замеров телесистемой угла и азимута скважины;

- управления фактической траекторией бурения скважины путем включения в состав КНБК дистанционно-управляемых регулируемых откло-нителей, новизна которых подтверждена патентами на изобретения № 2228421 Яи, «Отклонитель регулируемый»; № 2303117 Яи, «Отклонитель регулируемый».

Практическая ценность и реализация работы

Выявлены и обоснованы основные способы эффективного управления траекторией ствола скважины различными видами компоновок низа бурильной колонны. Разработаны и внедрены: - отклонители с дистанционно изменяющимися геометрическими характеристиками и технические средства (кабельные телеметрические системы; - малогабаритные магнитометрические инклинометры), позволяющие проводить скважины в труднодоступных продуктивных горизонтах.

Разработки успешно внедрены на месторождениях Краснодарского края, республики Дагестан, о. Сахалин. На их основе специалисты ООО «Ку-баньгазпром» разбурили горизонтальными скважинами Краснодарскую и Кущевскую ПХГ, пробурены наклонно горизонтальные скважины в Калининградской области, Западной Сибири.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Представленная работа соответствует формуле специальности 25.00.15 -«Технология бурения и освоения скважин», а именно пункту 5 - «Моделирование и автоматизация процессов бурения и освоения скважин при углублении ствола, вскрытии и разобщении пластов, освоении продуктивных горизонтов, ремонтно-восстановительных работах, предупреждении и ликвидации осложнений.

Апробация работы

Результаты и основные положения диссертационной работы докладывались на: Второй Всероссийской конференции молодых учёных, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России (г. Москва, Государственная Академия нефти и газа им. И.М. Губкина, сентябрь 1997 г.), научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов ООО «Кубаньгазпром» (г. Анапа, 1998-1999 гг.); научно-технических советах ООО «Кубаньгазпром» совместно с ООО «Кубаньбургаз» (г. Краснодар, 1997-2001 г.г.); международной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации и капитального ремонта скважин на месторождениях и ПХГ» (г. Кисловодск, 2003 - 2004 г.г.); выездном заседании секции добычи газа ООО «Газпром» «Пути совершенствования техники и технологии капитального ремонта скважин» (г. Новый Уренгой, январь 2005 г.); международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию журнала «Газовая промышленность» (г. Москва, 2006 г.); международной научно-практической конференции «Волга-строй-экспо 2007 - технологии и техника горизонтально направленного бурения» (г. Казань, апрель 2007 г.); международной научно-практической конференции «Новые технологии при поисках, разведке и эксплуатации месторождений углеводородного сырья в России и странах СНГ» (пос. Ольгинка, сентябрь 2007 г.); на Ученых и научно-технических советах КубГТУ, ООО «Роснефть-НТЦ», ООО «Роснефть-Краснодарнефтегаз», ООО ШЮ-Бурение»(2008-2011 г.г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и двух патентах Российской Федерации на изобретения.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы, включающего 52 наименования и приложения.

Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц и 37 рисунков.

В процессе выполнения работы автор пользовался советами и консультациями своего научного руководителя кандидата технических наук, доцента A.A. Арутюнова, доктора технических наук В.Г. Гераськина, докторов технических наук, профессоров Д.Г. Антониади, А.И. Булатова, Г.Т. Варту-мяна, которым автор глубоко благодарен. Автор считает своим долгом выразить признательность сотрудникам ООО «Кубаньгазпром», оказавшим помощь в работе и обсуждении результатов диссертации.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАКЛОННОГО БУРЕНИЯ

1.1 Основные этапы развития наклонного бурения

Бурение наклонно-направленных скважин на нефть начато в первой половине прошлого столетия.

Зародился этот новый метод бурения [14] в связи с обнаружением новых нефтеносных площадей, залегающих в труднодоступных для проводки вертикальных скважин условиях. Впервые в 1906 году инженер П. Н. Потоцкий, осуществлявший засыпку бухты на Биби-Эйбате (Бухта Ильича, Азербайджан), предложил разрабатывать залегающие под морским дном нефте-ностные горизонты наклонными скважинами - с берега засыпанной части бухты. Но эта идея в то время не могла быть претворена в жизнь, так как проводка наклонно-направленных скважин ударным способом бурения была чрезвычайно трудна.

С развитием техники бурения, с появлением нового, более прогрессивного для того времени, роторного метода бурения нефтяных скважин в тридцатых годах вопрос об освоении проводки наклонно-направленных скважин начал практически решаться.

Наклонно-направленное бурение на нефть впервые было осуществлено во второй половине 1934 года на грозненских промыслах, где разведка и освоение поднадвиговых пластов вертикальными скважинами натолкнулись на чрезвычайные трудности: сложность попадания в заранее намеченный пласт, ограниченность вскрываемых пластов, сильное естественное искривление вертикальных скважин, обвалы в зоне искривлений и др.

Первый опыт применения ориентированного искривления при помощи съемного уипстока с универсальным шарниром был произведен в скважине № 2/50 Старогрозненского района. Но этот опыт не увенчался успехом: ствол скважины не удалось искривить в определенном направлении из-за аварий с уипстоком и отсутствия соответствующего опыта у работников бу-

рения. В мае 1935 года была заложена наклонная скважина № 30/65 в Старогрозненском районе. Скважина была пробурена до глубины 1803 м, отклонение забоя от вертикали составляло 517 м, а скорость проходки - 140 м/.мес. Скважина, была сдана в эксплуатацию, она сыграла важную роль в практике освоения наклонно-направленного бурения, но не все задачи новой технологии были решены.

В дальнейшем был заложен ряд других наклонных скважин. Скважина № 5/51 была доведена до глубины 1893 м, угол искривления этой глубине достиг 32°, а смещение от вертикали - 687 м. Эта скважина бурилась с учетом естественного искривления ствола. Но вследствие тектонических нарушений структуры намеченное искривление не было достигнуто. Для получения необходимого искривления потребовалось производить спуск уипстока 34 раза через каждые 20-30 м. Несмотря на