Управление гидродинамическими процессами при бурении скважин винтовыми забойными двигателями

Плотников, Валерий Матвеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Управление гидродинамическими процессами при бурении скважин винтовыми забойными двигателями
ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертации по теме "Управление гидродинамическими процессами при бурении скважин винтовыми забойными двигателями"

На правахрукописи

Плотников ВАЛЕРИЙ МАТВЕЕВИЧ

УПРАВЛЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН ВИНТОВЫМИ ЗАБОЙНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Специальность 25.00.15-Твхнология буренияи освоения скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2004

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА ВО ВСЕРОССИЙСКОМ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ ИНСТИТУТЕ БУРОВОЙ ТЕХНИКИ (ВНИИБТ) И ПЕРМСКОМ ФИЛИАЛЕ ОТКРЫТОГО АКЦИОНЕРНОГО ОБЩЕСТВА «НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «БУРОВАЯ ТЕХНИКА» - ВНИИБТ»

Научный консультант-

доктор технических наук, профессор, почетный академик РАЕН

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, чл.-корр. РАЕН Доктор технических наук

Доктор технических наук, профессор, чл.-корр. РАЕН

Н.А. Гукасов

Д. Ф. Балденко Н.И. Крысин В. В. Кульчицкий

Ведущее предприятие- Федеральное государственное унитарное дочернее предприятие «Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин» (КамНИИКИГС)

Защита состоится » 2004 г. в / часов на

заседании диссертационного Совета Д 520.027.01 в ОАО «НПО «Буровая техника» по адресу: 113114, г. Москва, ул. Летниковская, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НПО «Буровая техника» - ВНИИБТ».

Автореферат разослан 9 » <3^/7 £> С А 2004 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук,

Г.П. Чайковский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

После шестидесятых годов двадцатого столетия поиск резервов в нефтегазовой отрасли привел к разработке технических средств, позволивших ускорить процесс бурения нефтяных и газовых скважин и удешевить стоимость метра проходки. К таким средствам относится созданный в нашей стране низкооборотный высокомоментный винтовой забойный двигатель. Работы по созданию винтовых забойных двигателей (ВЗД) были в основном завершены к началу 90-х годов прошлого столетия, однако совершенствование технологического процесса бурения с применением ВЗД сдерживалось низкой долговечностью двигателей, а также. недостаточным исследованием гидродинамических процессов, происходящих как в винтовом двигателе, так и в стволе бурящейся скважины в процессе ее промывки многофазными и газожидкостными смесями. В начале XXI века в результате развития технологии изготовления деталей ВЗД с использованием современных достижений науки и техники появилось новое поколение двигателей с повышенной долговечностью, что позволило значительно расширить масштабы их применения во всех технологических операциях при различных режимах бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин. Это привело к необходимости создания новых эффективных методов расчета параметров циркуляционной системы бурящихся с использованием ВЗД скважин различного профиля.

Известно, что качество ствола бурящейся скважины обусловливается параметрами ее промывки в процессе бурения, т.е. расходом и реологическими свойствами буровых растворов. Необходимо отметить, что потери давления в винтовом забойном двигателе соизмеримы с энергетическими затратами во всей циркуляционной системе. В предшествующих работах расход промывочной жидкости определялся задаваемой на основании накопленного опыта бурения средней скоростью восходящего потока и рекомендуемыми паспортными характеристиками ВЗД при работе его на воде, что ограничивает применение предлагаемых гидравлических программ, так как большинство скважин проводятся с помощью буровых растворов и газированных промывочных смесей. При этом реологические свойства промывочных жидкостей также задаются, исходя из опыта бурения в конкретном

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ I

БИБЛИОТЕКА | 3

регионе. Такой эмпирический подход при строительстве скважины отрицательно отражается на механической скорости бурения, качестве ствола и последующей ее успешной эксплуатации.

Для выбора рациональных параметров промывки бурящейся скважины немаловажное значение имеет расположение колонны бурильных труб относительно оси скважины. Так, при промывке скважины однородной жидкостью отношение потерь давления при концентричном положении колонны к соответствующей величине, возникающей при максимальном эксцентриситете, составляет примерно 2,5. В случае газожидкостных смесей влияние эксцентриситета на забойное давление мало исследовано, но можно предположить, что оно будет значительным.

Одним из основных назначений промывочной жидкости является вынос выбуренной породы из любой точки кольцевого пространства. При наличии эксцентриситета скорость движения жидкости в наиболее широкой части может быть более чем на порядок выше скорости в относительно узкой части пространства между колонной бурильных труб и скважиной. Это обстоятельство может привести к движению жидкости при одновременном существовании ламинарного и турбулентного режимов течения в различных частях эксцентричного кольцевого пространства. Необходимо знание внутренней структуры турбулентного потока буровых растворов, так как турбулентные пульсации могут являться причиной размыва и разрушения стенок скважины со всеми вытекающими негативными последствиями.

Актуальность темы диссертационной работы обосновывается тем, что, с одной стороны, удельный вес бурения винтовыми забойными двигателями в общей проходке на предприятиях непрерывно растет; по отчетным данным, в настоящее время он составляет около 40%. С другой стороны, в бурении скважин важнейшей задачей является сохранение целостности проходимых пластов, решение которой зависит от правильного выбора режимов промывки и свойств промывочной жидкости. Отметим, что до начала работы над диссертацией мы не располагали энергетическими характеристиками ВЗД с применением в качестве рабочего агента как однородных, так и газированных буровых растворов. Отсутствие комплексного подхода к расчету рациональных параметров промывки скважин многофазными жидкостями и газированными смесями при бурении винтовыми забойными двигателями определило цели и задачи.настоящей работы.

Работа выполнена по планам научно-исследовательских работ ВНИИБТ, Пермского филиала ВНИИБТ, сформированными в соответствии с целевой научно-технической программой ОЦ 005, утвержденной ГКНТ и Госпланом СССР 18.11.1975г. и 12.12.1980г., с Постановлениями Совета Министров СССР «О мерах по техническому перевооружению нефтяной промышленности» № 762 от 19.10.1972г. и № 261 от 12.03.1981г., а также заданий министерства нефтяной промышленности.

Цель работы

Повышение технико-экономических показателей бурения.неф-тяных и газовых скважин винтовыми забойными двигателями на базе научно обоснованного применения гидродинамических методов выбора режимов промывки.

Основные задачи работы.

1. Определение рабочих характеристик современных ВЗД при использовании в качестве рабочего агента глинистого раствора и газожидкостной смеси.

2. Исследование возможности применения методов математической статистики для определения технологии бурения с применением ВЗД.

3. Определение внутренней структуры глинистых растворов при турбулентном режиме течения.

4. Разработка алгоритмов расчета и программ на ЭВМ по определению параметров промывки при бурении винтовыми забойными двигателями вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин с учетом эксцентриситета колонны бурильных труб относительно ствола скважины, а также геометрических параметров утяжеленных бурильных труб (УБТ) и особенностей, возникающих при спуско-подъемных операциях.

5. Определение забойного давления в бурящейся скважине при промывке водовоздушной смесью и аэрированным глинистым раствором при концентричном и эксцентричном расположении колонны бурильных труб в вертикальных, наклонных и горизонтальных скважинах.

6. Определение необходимых расходов при использовании во-довоздушной и вязкопластичной газированных смесей для выноса выбуренной породы в случае структурного и турбулентного режимов течения при концентричном и эксцентричном расположении колонны бурильных труб относительно оси ствола скважины.

Объект исследования

Система гидродинамических закономерностей технологического процесса промывки глубоких скважин вязкими и вязкопластичными газированными и дегазированными жидкостями.

Предмет исследования

Вертикальные, наклонно направленные и горизонтальные скважины, бурящиеся винтовыми забойными двигателями при концентричном и эксцентричном расположении бурильной колонны относительно ствола.

Методы исследования

Методическую и теоретическую основы исследования составили научные труды отечественных и зарубежных авторов в области гидродинамики симметричных и асимметричных потоков неньютоновских и многофазных жидкостей при различных режимах течения, общих положений гидравлики применительно к бурению нефтяных и газовых скважин, а также гидравлических особенностей рабочего процесса в двигательной секции винтового забойного двигателя. Работы проводились на базе специально разработанных методик и экспериментальных установок, обеспечивающих целенаправленное исследование гидродинамических процессов в трубе и между двумя цилиндрами, двигательной секции ВЗД, промысловых испытаний новых алгоритмов расчета рациональных параметров промывки при бурении скважин.

В числе информационных источников диссертации использованы научные разработки в виде сведений из книг, журнальных статей, научных докладов и отчетов, материалов научных конференций, семинаров, результатов собственных расчетов и экспериментов.

Научная новизна

С помощью теории размерностей и подобия впервые выводятся соотношения для определения потерь давления и числа оборотов выходного вала современных ВЗД при использовании в качестве рабочего агента воды, глинистого раствора и аэрированных смесей.

По разработанной методике проведения с помощью кондукцион-ного анемометра экспериментальных исследований внутренних характеристик турбулентных потоков неньютоновских жидкостей, каковыми являются буровые растворы, были измерены продольные и поперечные составляющие пульсационной скорости, определены их корреляцион-

ные и спектральные характеристики. Представлены масштаб и внутренняя структура потока. Результаты измерений спектральной плотности турбулентных пульсаций позволили установить, что в потоках вязкой жидкости и исследованных глинистых растворов средний размер вихрей одного порядка. Это указывает на подавление неньютоновских свойств растворов в турбулентном потоке глинистых растворов.

Развивая ранее известные достижения гидродинамики газожидкостных смесей, впервые выведены следующие расчетные зависимости для случая промывки водовоздушной смесью и аэрированным глинистым раствором при бурении вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин:

• определение перепада давления в ВЗД;

• определение скорости в любой точке газожидкостной смеси при движении ее в кольцевом пространстве;

• определение расходов жидкости и газа при ламинарном и турбулентном режимах течения в случае совпадения осей колонны труб и скважины и эксцентричном расположении колонны;

• определение технологических параметров и эксцентриситета при промывке скважины вязкопластичной газожидкостной смесью.

Расчетные соотношения, полученные в диссертации, отличаются. еще и тем, что они применимы как в случае, когда бурильная колонна представляет собой цилиндр постоянного диаметра, так и с учетом наличия утяжеленных бурильных труб. Также разработан метод стабилизации компоновки низа бурильной колонны с ВЗД при установке в определенном месте двойного опорно-центрирующего устройства.

Все полученные уравнения могут быть использованы автономно. Для оперативного определения давления на забое по этим уравнениям построены соответствующие номограммы, позволяющие просто и с высокой точностью находить искомую величину.

Предлагаемые методы гидравлических расчетов при бурении скважин винтовыми забойными двигателями отличаются тем, что скорость в кольцевом пространстве и реологические свойства промывочной жидкости определяются, а не назначаются исходя из опыта бурения, как это делается по существующим программам.

Приведенные в диссертации системы уравнений позволяют рассчитывать расходы жидкости и газа, реологические свойства и другие

показатели промывки, обуславливающие высокое качество ствола скважины и максимальные возможности скорости бурения.

Основные защищаемые положения

Для управления процессом промывки при бурении скважин винтовыми забойными двигателями в работе сформулированы и обоснованы новые принципы совершенствования гидродинамики вязких, вязкопластичных дегазированных и газированных жидкостей.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту, можно определить следующим образом:

1. Принципы создания математических моделей для определения рабочих характеристик винтовых забойных двигателей нового поколения при работе на глинистых растворах и газожидкостных смесях.

2. Принципы экспериментального исследования внутренней структуры турбулентного потока вязкопластичных глинистых растворов, при использовании которых получены результаты, доказывающие независимость потерь давления. от динамического напряжения сдвига при турбулентном режиме течения.

3. Принципы управления гидродинамическими процессами в пространстве между колонной бурильных труб и стенкой скважины (вертикальной, наклонно направленной и горизонтальной) с учетом несовпадения их осей с определением скорости движения в любой точке пространства и расхода газированных промывочных жидкостей, обеспечивающих полную очистку от выбуренной породы.

4. Новый подход к определению забойного давления бурящейся скважины при использовании водовоздушной смеси и аэрированного глинистого раствора, отличающийся учетом наличия эксцентриситета между осями бурильных труб и ствола скважины.

Структура работы

В структуру диссертационной работы входят разделы, отражающие:

• анализ состояния проблемы управления гидродинамическими процессами при бурении нефтяных скважин винтовыми забойными двигателями;

• гидродинамические процессы в современных ВЗД;

• исследование турбулентных характеристик потоков буровых растворов;

• гидродинамику при промывке бурящихся скважин разных профилей газожидкостной смесью;

• алгоритмы расчета параметров промывки и применение разработанных методик и программ на ЭВМ при бурении скважин ВЗД;

• примеры опытного бурения с применением результатов проведенных исследований и разработанных соответствующих алгоритмов и программ на ЭВМ.

Практическая ценность и реализация, работы в промышленности

Практическая ценность состоит в том, что результаты исследований могут быть использованы специалистами организаций и предприятий нефтегазовой промышленности, занимающихся проектированием, бурением и капитальным ремонтом скважин с применением винтовых забойных двигателей, а также инженерами-конструкторами при проектировании новых ВЗД в случае использования в качестве рабочего агента воды, вязкопластичных глинистых растворов и газожидкостных смесей. Для прогнозирования и управления процессом промывки при бурении скважин ВЗД с учетом полученных новых методов расчета с участием автора разработаны программы на ЭВМ, зарегистрированные в Реестре программ для ЭВМ в Российском агентстве по патентным и товарным знакам. Положения, разработанные в диссертации, успешно использовались при бурении винтовыми забойными двигателями с применением газированной промывочной жидкости наклонно направленной скважины № 327 Сибирского месторождения ООО «ЛУКОЙЛ-БУРЕНИЕ ПЕРМЬ» (Пермская область), наклонных скважин № 172-Южно-Афанасиевская Долинского УБР и № 545-Бугруватовская Прикарпатского УБР ОАО «Укрнефть» (Украина), горизонтальной скважины № 2474 Черепановской площади (Удмуртская республика). Предложенные методы и программы на ЭВМ применялись 0 0 0 «ПермНИПИнефть» при составлении проектов на строительство скважин на Тэдинском и Тобойском месторождениях (Архангельская область), а также на Шершневском и Аптугай-ском месторождениях (Пермская область).

Апробация работы

Результаты работы докладывались и получили положительную оценку на заседаниях ученого совета Всесоюзного научно-исследовательского института буровой техники (г. Москва, 1971, 1972 гг.), ученого совета Пермского филиала Всесоюзного научно-исследовательского института буровой техники (г. Пермь, с 1977 по 1986 год, ежегодно), Третьем Всесоюзном семинаре по гидравлике промывочных жидкостей и цементных растворов в бурении, посвященном памяти П.П. Шумилова (г. Октябрьск, 1971), Четвертом Всесоюзном совещании по тепло- и массообмену (г. Минск, 1972), Пятой международной конференции «Новые идеи в науках о земле» (г. Москва, 2002).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 36 работах, в том числе двух монографиях и одном обзоре.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, 8 разделов, выводов, библиографии, включающей 113 наименований. Работа изложена на 275 страницах учитываемого машинописного текста, включает 20 рисунков и 49 таблиц.

Автор выражает благодарность A.M. Гусману, Ю.В. Вадецкому, Г.Т. Вартумяну, В.А. Каплуну, Ю.А. Коротаеву, А.Х. Мирзажданзаде, Б.И. Мительману, В.Ф. Суслову, С.Г. Трапезникову, Г.П. Чайковскому, С.А. Ширин-заде, Л.И. Щеголевскому за большую помощь в обсуждении, анализе и реализации результатов работы. Особую признательность автор выражает своему научному консультанту Н.А. Гукасову.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы и задач исследования.

В первом разделе приводятся результаты анализа методов определения рациональных технологических параметров при бурении скважин винтовыми забойными двигателями (ВЗД).

Значительный вклад в развитие методологической и теоретической базы исследований проблем, связанных с гидродинамическими особенностями движения многофазных систем, внесли А.А. Арманд, Н.А. Гукасов, СИ. Криль, С.С. Кутателадзе, Л.С. Лейбензон, В.А. Мамаев, А.О. Межлумов, Е.М., Минский, А.Х. Мирзаджанзаде, Б.И. Ми-тельман, Д.Ю. Мочернюк, Г.Э. Одишария, Н.И. Семенов, М.А. Стыри-кович, А.А. Точигин, Р.И. Шищенко, G.C. Howard, C.E. Jack, B.V. Randall; в разработку теории рабочего процесса винтового забойного двигателя - Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, М.Т. Гусман, Ю.А. Коротаев,

A.M. Кочнев, С.С Никомаров; в создание технологии бурения скважин с применением ВЗД - П.И. Астафьев, В.О. Белоруссов, Т.Н. Бик-чурин, Ю.В. Вадецкий, А.Г. Калинин, В.А. Каплун, И.К. Князев,

B.И. Крылов, Б.А. Никитин и целый ряд других авторов.

В результате были предложены эмпирические, полуэмпирические зависимости для определения энергетических характеристик ВЗД и технологических параметров промывки бурящихся скважин.

Преимущества и потенциальные возможности прогрессивного ВЗД позволили возможность совершить качественный скачок в технологии бурения таких сложных по профилю скважин, как наклонно направленные и горизонтальные, а при капитальном ремонте скважин -занять лидирующее положение. Поэтому совершенствование технологии бурения с применением ВЗД должно исходить из потенциальных возможностей, присущих этому способу.

Наличие большой гаммы винтовых двигателей наряду с усовершенствованием профилирования рабочих органов дает в настоящее время возможность изменять в достаточно широких пределах их энергетические характеристики при сохранении неизменного расхода промывочной жидкости.

Из этого следует, что основными при выборе расхода промывочной жидкости являются технологические соображения, в первую очередь- обеспечение выноса шлама из любой точки эксцентричного кольцевого пространства. По этому поводу наибольшее распространение получили рекомендации, согласно которым расход промывочной жидкости следует выбирать, исходя из обеспечения очистки забоя, или по заданной скорости восходящего потока по кольцевому пространству потока промывочной жидкости. С таким подходом нельзя согласиться ввиду начальных условий наличия эксцентриситета, при котором невозможно пользоваться средней скоростью. Однако систематические исследования этого вопроса проведены в недостаточном объеме.

Использование ВЗД требует установления рационального сочетания техники и технологии бурения с учетом конкретных условий проходки скважины. Решение этой проблемы в определенной степени связано с определением энергетических параметров ВЗД и связи их с гидродинамическими закономерностями течения промывочных жидкостей в кольцевом пространстве скважины.

Еще меньше сведений о работе ВЗД на газированных смесях, использование которых при промывке бурящихся скважин в последнее время расширяется. Однако применение этого метода сдерживается, так как недостаточно исследованы гидродинамические процессы, происходящие при промывке скважины газожидкостными смесями. При бурении скважин с промывкой аэрированными промывочными рабочими агентами возникает необходимость в определении реологических свойств и расхода жидкости, удовлетворяющих определенным требованиям.

Точное знание величины забойного давления может предопределить качество ствола скважины и предотвратить появление многих осложнений, возникающих в процессе промывки и бурения скважины. Задача по вычислению забойного давления при исследовании однородных жидкостей, сама по себе сложная, еще более осложняется при учете эксцентричного расположения колонны труб относительно оси скважины и при использовании газированных промывочных жидкостей. При этом необходимо поддерживать на соответствующем уровне энергетические параметры гидравлического забойного двигателя.

Из всего вышеизложенного следует, что формализация процесса определения режима промывки скважины в сочетании с эффективной работой ВЗД является весьма сложной и актуальной для практики задачей. Для достижения высоких технико-экономических показателей

при бурении скважин с помощью ВЗД требуется индивидуальный подход в каждом конкретном случае.

Что касается принципов управления гидродинамическими процессами в стволе скважины, то они еще далеки от формализации. Особенно это относится к бурению винтовыми двигателями. В некоторых работах расход промывочной жидкости назначается исходя из паспортных характеристик ВЗД в случае эксплуатации его на воде, а также средней скорости жидкости в кольцевом пространстве.

По поводу такого подхода можно сказать, что указанные расходы в общем случае могут не совпадать. Кроме того, не приводятся принципы расчета реологических свойств промывочных растворов. Определение расхода и реологических свойств промывочной жидкости должно осуществляться с учетом выполнения целого ряда условий, подробно рассмотренных в данной диссертации.

Со второй половины двадцатого столетия интенсивно развиваются исследования в области промывки бурящихся скважин газожидкостными системами. Множество задач гидроаэродинамики буровых процессов рассмотрены в монографиях, трудах институтов и в периодической печати.

Принципиальным недостатком всех работ является тот факт, что потери давления на ВЗД принимаются по паспортной характеристике, определенной при работе на воде; скорость промывочной жидкости в кольцевом пространстве задается, а не вычисляется; реологические характеристики также задаются, исходя из опыта бурения в данном регионе. Более того, в большинстве случаев не учитывается эксцентричное расположение колонны бурильных труб относительно ствола скважины, особенности гидродинамического состояния при спуско-подъемных операциях, а также существование различных режимов течения промывочных растворов по длине скважины. Эти вопросы детально рассматриваются в диссертации.

Особое внимание в диссертации уделено решению задач, возникающих при бурении скважин винтовыми забойными двигателями с применением газожидкостных смесей: определению расхода промывочной газожидкостной смеси, реологических характеристик смеси, характеристик забойных двигателей (перепадов давления при различных расходах промывочной жидкости).

Из вышеизложенного следует, что для определения расхода и реологических свойств вязкопластичных промывочных жидкостей

существует множество формул, обладающих теми или иными существенными погрешностями. Это обусловливает необходимость решения задач с принципиально новых позиций, включающих в себя учет эксцентриситета, новую методику определения критического параметра Рейнольдса, учет влияния изменения забойного давления при спуско-подъемных операциях буровой колонны, определение застойных зон и выноса выбуренной породы, а также габаритов утяжеленных бурильных труб и реологических свойств глинистого раствора.

Широкое применение низкооборотных забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин привело к необходимости решения ряда технологических задач для создания систем управления процессом бурения. Большая часть скважин в России бурится забойными двигателями, и поэтому вопрос о возможности управления гидродинамическим процессами при бурении скважин забойными двигателями, в частности ВЗД, представляет значительный интерес. Ответ на этот вопрос требует познания сути процессов бурения забойными двигателями, их характерных особенностей.

Проведенные нами теоретические исследования и промысловые испытания помогли на определенном этапе найти рациональные параметры процесса бурения с применением ВЗД для локальных условий, при которых имеется достаточный практический опыт бурения скважин ВЗД. Очевидно, что для качественной проводки скважин с применением ВЗД необходим комплексный подход с учетом технологии промывки.

Для получения качественного ствола, определения условий, обеспечивающих максимальную механическую скорость бурения, возникает необходимость создания системы уравнений, с использованием которых можно рассчитать следующие параметры: расход и реологические свойства промывочной жидкости, минимально необходимый эксцентриситет между осями колонны бурильных труб и скважины, геометрические размеры утяжеленных бурильных труб, скорости спуско-подъемных операций. При промывке скважины согласно рассчитанным параметрам должны обеспечиваться эффективный вынос выбуренной породы даже из наиболее узкой части эксцентричного кольцевого пространства, а также отсутствие застойных зон и строго определенное давление на забое. Помимо этого, рассчитанные значения расходов промывочной жидкости должны соответствовать эффективной работе ВЗД.

Второй раздел посвящен теоретическим и экспериментальным исследованиям гидродинамических процессов в рабочих органах винтовых забойных двигателей. Дан анализ существующих подходов к математическому моделированию рабочего процесса ВЗД.

Строгое аналитическое описание характеристик, установление функциональных зависимостей объемных, гидравлических и механических потерь от крутящего момента для ВЗД практически невыполнимо. Сложность гидромеханических процессов, происходящих в рабочих органах двигателя, привела к созданию различными исследователями приближенного расчета характеристик машины. Можно назвать две формы обобщения характеристик винтовых гидромашин:

• критериальная (на основе теории подобия);

• относительная (на основе степенных зависимостей).

С учетом результатов ранее проведенных исследований характеристик ВЗД, полученных при использовании методов теории подобия и размерностей, предпочтение следует отдать, на наш взгляд, критериальной форме, тем более, что относительная форма в конечном счете приводит к анализу безразмерных комплексов.

В период с 1990 по 2002 год появилось новое поколение отечественных ВЗД, характеризующееся повышенными энергетическими показателями, а также широким значением диапазона заходности двигательной секции. Согласно теории подобия и размерностей определим безразмерные комплексы и обозначим их:

р 02 рУО1

где - площадь проходного сечения между ротором и статором, Q - расход рабочей жидкости (воды) через ВЗД,

V - рабочий объем двигательной секции,

- радиальный натяг в двигательной секции,

- плотность рабочей жидкости,

- вращательный момент в двигателе,

- перепад давления на двигателе.

В результате математической обработки энергетических характеристик современных двигателей при работе на воде была получена формула для определения общего перепада давления на ВЗД:

(1) где

гр - число зубьев ротора. аа =(-2,420-10 + 1,26М02р-1,031 г2) + +(-7,365-Ю4+2,239-Ю42р-1,551-Ю32р2) 5' + +(5,005-Ю7-1,495-Ю^2р+ 1,040-Ю6 22) 8*\ Ьъ = (-5,494 + 2,649гр -1,445 • 10"' г\ ) + +(б, 750 • 102 -!, 247 ■ 102 2р - 2,189г2) 5* + + (-2,314-106+7,227-105гр-5,2132рг) 8*\ св =(2,559-4,048-10-|гр+3,015-10-г22) + +(-3,026-Ю2 + 9,415-10гр-7г2) б* + +(1,454-10' -5,636-Ю42р +5,606-104гр2) 5'\

Расчеты показали, что формулу (1) можно рекомендовать для определения зависимости До = /(А/, 5) в пределах

-2,0746-Ю"3 25' 2 4,149 Ы0"1 для современных'ВЗД при< работе на воде.

Под руководством и при непосредственном участии автора были проведены специальные стендовые исследования рабочих характеристик винтовых забойных двигателей с применением в качестве рабочего агента буровых растворов.

После математической обработки результатов получена универсальная формула для расчета перепада давления в ВЗД при работе на вязкопластичных буровых растворах:

(2)

где

аб р = (-4,004 • 104 +1,966 • 10 V - 3,652 • 1О'ц") +

+(7,515-106-3,245-10У+3,857-101У,)&* + + (9,514-10* -9,236-10''ц* +9,023-10'уг) б*', ¿>6р =(4,247-10-'-3,989-102Ц' + 7,620-104Ц*,) + +(-2,432-102 + 2,401-105ц* -4,641-ЮУ'+ +(3,605 • 104 - 3,7 • 10 V + 7,225ц1) 5*1, с6р = (1,051 + 2,045-10У-2,94-10у1) +

+ (з,586-10г-8,664-10У-5,957-10у1) 5*+ , + (-5,655• 105 - 8,533• 106ц + 2,721 • 10'ц*') 5*'.

где ц* = уи{д--безразмерный комплекс,

(1 - динамическая вязкость рабочей жидкости.

Расчеты показали, что формулу (2) можно рекомендовать для определения в пределах. и

0,275Н/м2 <т0 ¿1,805Н/м2 для ВЗД при работе на вязкопластичных буровых растворах.

Использование газожидкостных смесей для бурения скважин имеет ряд преимуществ, главное из которых - обеспечение бурения при отрицательном дифференциальном давлении в системе «скважина-пласт» и при условии эффективного выноса выбуренной породы даже из наиболее узкой части эксцентричного кольцевого пространства.

С учетом соотношений (1,2) потери давления в винтовом двигателе при работе на водовоздушной смеси

(3)

где Ус - удельный вес газожидкостной смеси, (2с - расход газожидкостной смеси.

- расход жидкости и газа (воздуха)

при данном давлении.

В соответствии с законом Генри <7г = , где <7, - расход газа

(воздуха) при нормальных условиях; р и рг - давления соответственно в рассматриваемом сечении и при нормальных условиях. Тогда

Р '

или

где

газовый фактор,

Р )

(4)

Для условий бурения скважин газожидкостными смесями параметр Фруда выше 3,72, поэтому, используя известные соотношения между объемным и расходным газосодержанием, определяется выражение для уы\

г>. + /4 Уш )

где - удельный вес соответственно жидкой и газообразной

фаз в данном сечении.

После соответствующих подстановок получим

АР = -^-т[г.(0,19Г+р-) + 0,81угГ/»*] дгх(р +Г)> &Р

а„ + Ь„

М/г8Р

[уж(0,19Г + р) + 0,81ггГр] + V

Для определения потерь давления в ВЗД при работе на газированном буровом растворе считаем, что смесь является квазигомогенной. Тогда удельный вес можно найти так:

Расход газированного бурового раствора £?г6р определяется по

зависимости, аналогичной (4).

Потери давления в ВЗД при использовании в качестве рабочего агента газированного бурового раствора предлагается определять по формуле

Результаты расчетов показали, что с увеличением газового фактора происходит незначительное возрастание

В третьем разделе обосновывается необходимость обязательного изучения внутренней структуры турбулентного движения буровых растворов, которые относятся к типу неньютоновских жидкостей. Результаты таких исследований имеют основополагающее значение для решения целого ряда задач буровой гидродинамики, которое невозможно без знания внутренней структуры турбулентного потока промывочных жидкостей. Проведенные эксперименты с буровыми растворами дали сведения не только об осредненных, но и пульсационных характеристиках потока. Проведен анализ турбулентных характеристик.

Исследование переходного режима показало, что турбулентные пульсации возникают у стенки, а при дальнейшем увеличении средне-объемной скорости на 7-«-9 % они появляются и на оси трубы. Течение до окончательного перехода в турбулентное состояние имеет перемежающийся характер. Физический характер перемежающегося движения описан коэффициентом перемежаемости, указывающим, в течение какого времени в определенном месте трубы существует турбулентное движение. Получено распределение коэффициента перемежаемости, с помощью которого были определены профили осредненных скоростей в переходном режиме течения потоков буровых растворов.

Непосредственное фиксирование возникновения турбулентных пульсаций дало возможность исследовать вопрос об определении критического, режима течения буровых растворов.

Известно, что величина критической скорости потока бу-

рового раствора может быть определена как и = С^т0 /р . Величина

С зависит от параметра Хедстрема Не = т„р/2 / ту

I *„Р/2

(здесь

Т0 - соответственно плотность, пластическая вязкость, динамическое напряжение сдвига среды, I - характерный размер канала). Позже для потоков буровых растворов было рекомендовано принимать Наши эксперименты подтвердили справедливость этого подхода при , т.е. при тех значениях , которые представляют практический интерес. Следует подчеркнуть, что ограничение области применения этого подхода говорит о необходимости физического представления происходящих явлений, которое возможно после детального изучения внутренней структуры потока.

Для аппроксимации профиля осредненной скорости турбулентных потоков буровых растворов было принято уравнение вида \|/я

. Показатель степени п определен способом наименьших

С/„

квадратов при обработке экспериментальных данных для всей совокупности исследованных концентраций. Степенное уравнение

и,„ {я)

хорошо совпадает с распределением осредненных скоро-

стей в турбулентных потоках буровых растворов в исследованном диапазоне концентраций твердой фазы и среднеобъемных скоростей.

В турбулентном режиме течения буровых растворов распределение как продольной, так и поперечной компонент пульсационной скорости подобно для разных среднеобъемных скоростей. Интересная особенность наблюдается при рассмотрении сводного графика распределения интенсивности продольных и поперечных пульсаций скорости по сечению трубы для буровых растворов и чистой воды. При добавлении дисперсной фазы интенсивность продольных пульсаций скорости в развитом турбулентном режиме течения потоков бурового раствора в ядре потока по величине больше, чем в потоках чистой воды. В этом случае для исследования движения следует использовать статистическую модель двухфазного потока, которая отражает не только относительное скольжение фаз, но и их дискретную структуру, с учетом механического взаимодействия элементов взвеси между собой и жидкой фазы.

Установлено, что при увеличении концентрации дисперсной фазы силовое взаимодействие между элементами суспендированных частиц растет и раствор можно рассматривать как гомогенную систему.

У стенки трубы интенсивность продольных пульсаций в потоке буровых растворов стремится к интенсивности в потоках чистой воды, что указывает на подавление неньютоновских свойств в турбулентных потоках буровых растворов.

Исследование корреляционных и спектральных характеристик компонент скорости дает наглядное представление о масштабе и структуре потока. В работе отмечается, что в потоках буровых растворов с увеличением среднеобъемной скорости уменьшается характерный размер пульсаций скорости по всему сечению, спектр турбулентных пульсаций расширяется и сдвигается в высокочастотную область.

В работе освещены вопросы внутренней структуры турбулентных потоков буровых растворов, указывается на возможность установления связи между пульсационными и интегральными характеристиками турбулентного потока буровых растворов.

Наиболее существенные характеристики относительно турбулентного течения бурового раствора в круглой трубе сводятся к следующим:

• возникновение и диссипация кинетической энергии турбулентности имеют резко выраженный максимум в переходном слое вблизи стенки.

• степень анизотропности резко возрастает с увеличением концентрации твердой фазы.

• энергетический спектр продольной составляющей пульсаци-онной скорости свидетельствует о том, что по мере приближения к стенке диапазон волновых чисел расширяется в сторону больших значений. Энергетический спектр, измеренный на оси трубы, характеризуется значительно более ограниченным диапазоном волновых чисел. С подобными результатами согласуется постепенное возрастание масштаба диссипации с увеличением расстояния от стенки, указывающие на то, что размер вихрей в пристеночной области становится все меньше и меньше.

Эксперименты показали, что размеры турбулентных возмущений в потоке буровых растворов достаточно велики и соизмеримы с размерами канала. Отсюда следует, что пульсационные характеристики потока могут выражаться не только через локальные, но и через интегральные соотношения осредненных величин.

В работе приведены задачи буровой гидродинамики, решение которых зависит от знания внутренней структуры турбулентного потока буровых растворов, а именно: определение гидравлического трения, определение условий вытеснения и замещения одной жидкостью другой, прогнозирование газовых проявлений при бурении глубоких скважин.

В четвертом разделе приведены результаты исследований по движению вязкой и вязкопластичной жидкостей в кольцевом пространстве и определению рациональных параметров промывки бурящейся скважины.

Получение соответствующей системы уравнений для определения рациональных параметров промывки стало возможным в результате решения целой серии гидродинамических задач, к числу которых можно отнести задачи по течению вязкопластичной жидкости в эксцентричном кольцевом пространстве при структурном и турбулентном режимах течения, формализации условий отсутствия застойных зон, определения скорости движения выбуренных частиц в жидкости, определения гидродинамического давления на забое в процессе спуска или подъема колонны в потоке жидкости и т.д.

Приведенные в этом разделе известные решения демонстрируют подходы и математические методы, которые использованы в дан-

ной диссертации для решения некоторых проблем гидродинамики при промывке бурящейся скважины газожидкостными смесями.

Пятый раздел посвящен определению геометрических параметров утяжеленных бурильных труб (УБТ) и разработке метода стабилизации компоновки низа бурильной колонны (КНБК) с винтовым забойным двигателем. Приводятся выражения для определения расхода вяз-копластичной жидкости в эксцентричном кольцевом пространстве на участке, составленном из УБТ и стенок скважины, а также аналогичное выражение для участка, составленного стенками скважины и ВЗД. Из условия равенства этих расходов получено выражение для определения потерь давления на участке кольцевого пространства, образованного поверхностью ВЗД и стенками скважины. Представлены формулы определения среднеинтегральной скорости по кольцевому пространству из условия равенства скорости свободного осаждения выбуренной частицы. Причем рассмотрено обтекание частицы в случаях турбулентного режима, режима турбулентной автомодельности и структурного режима для частиц как шарообразной, так и плоской форм:

Приведена формула для определения среднеинтегральной скорости на максимальной ширине кольцевого пространства между колонной труб и стенками скважины, определено ее критическое значение, при котором еще сохраняется структурный режим течения промывочной жидкости.

С учетом условия, что осевое усилие на долото реализуется только за счет УБТ, а течение в кольцевом пространстве происходит при структурном режиме, приводится формула для определения гидродинамического давления Дрна забое при движении колонны бурильных труб в скважине в случае несовпадения ее оси с осью скважины. Анализ этой формулы показал, что Др при совпадении осей примерно в 2,5 раза выше соответствующей величины, возникающей при максимальном эксцентриситете. Это обстоятельство позволило вывести формулу для определения с высокой точностью в случае максимального эксцентриситета.

Из условия равновесия застойной зоны в кольцевом пространстве между колонной бурильных труб и стенками скважины рассчитаны формулы для определения забойного давления, реологических характеристик промывочной жидкости, длины и радиуса УБТ, скорости

спуско-подъемных операций. Таким образом, мы располагаем системой уравнений, алгоритм совместного решения которых, а также конкретный пример его реализации приведены в диссертации.

Из выполненных расчетов можно сделать вывод, что при выполнении гидравлической программы, составленной с условием максимального эксцентриситета колонны бурильных труб относительно ствола скважины, необходимый расход жидкости получается намного выше расхода, рассчитанного из условия, что оси бурильных труб и скважины совпадают.

При вычислении.параметров промывки, исходя из условия, что колонна «лежит» на стенке скважины, определялось наличие зоны и области, из которой выбуренная порода не будет выноситься из скважины, и в этом значительный недостаток максимального эксцентриситета.

Очевидно, что обеспечение совпадения осей колонны и скважины исключает возможность возникновения перечисленных недостатков. В связи с этим представляют интерес проведенные исследования по разработке метода стабилизации КНБК с ВЗД. При использовании ВЗД могут возникнуть неуправляемые поперечные колебания КНБК из-за реактивного крутящего момента. Для исключения этого явления предлагается изменить характер взаимодействия колонны бурильных труб со стенками скважины установки не одиночного опорно-центрирующего устройства (ОЦУ), а пары ОЦУ. Предложенное решение позволяет избежать необоснованных требований к точности места установки и заменяет требования к точности в определении зазоров в уже проведенной скважине на выполнимую точность в заводском изготовлении внешних диаметров опорных элементов ОЦУ. Таким образом, точность изготовления на заводе устройства приобретает приоритетное значение по сравнению с нерегулируемым и в действительности неточным методом установки стандартных одиночных ОЦУ.

В шестом разделе приведены разработанные алгоритмы определения параметров промывки при бурении вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин ВЗД. Используя результаты исследований, приведенные в разделах 2-5 диссертации, составлены алгоритмы, позволяющие при бурении скважин ВЗД вычислять реологические свойства и расход промывочной жидкости, максимальный эксцентриситет между колонной бурильных труб и стволом, давление нагнетания, габариты утяжеленных бурильных труб (УБТ), скорость

спуско-подъемных операций, при которых выбуренная порода выносится из любой точки эксцентричного кольцевого пространства, не образуются застойные зоны.

Для прогнозирования и управления процессом промывки при бурении скважин ВЗД с учетом новых методов расчета разработаны программы для ЭВМ, официально зарегистрированные в Российском агентстве по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ).

В седьмом разделе приведены теоретические исследования по определению забойного давления при использовании газированных промывочных смесей с учетом присущих этому способу бурения особенностей.

Обычно при решении задач, связанных с движением газожидкостных смесей пользуются объемной (истинной) и расходной концентрациями, имея в виду при этом, что

где - объем и расход газа в рассматриваемом сечении при за-

данных давлении и температуре;

У» и Яж - объем и расход жидкости.

Из приведенных в диссертации расчетов получено, что при т.е. при исходных данных, представляющих практический интерес при бурении нефтяных и газовых скважин, реализуется соотношение

В диссертации приводится решение задачи по определению забойного давления при бурении скважин водовоздушной смесью и совпадении осей ствола скважины и колонны бурильных труб.

Проф. Р. И. Шищенко было показано, что твердая частица при определенных реологических параметрах глинистого раствора не тонет в нем. Можно предположить, что и не во всех случаях пузырек газа может всплывать в глинистом растворе, а при движении глинистого раствора перемещается вместе с ним, приобретая скорость жидкости, т.е. газированная смесь является квазигомогенной. В диссертации выведены зависимости для определения забойного давления в случае бурения скважин аэрированным глинистым раствором при условии, что смесь в этом случае является квазигомогенной. В диссертации по-

лучены соотношения по определению забойного давления при движении газированной вязкопластичной жидкости исходя из модели квазигомогенности при различных режимах течения, а также выражение для определения коэффициента гидравлических сопротивлений в случае движения вязкопластичной жидкости в кольцевом пространстве при структурном режиме течения.

Наиболее характерным при бурении является эксцентричное положение колонны труб относительно оси скважины. Для движения квазигомогенной газированной смеси при турбулентном режиме течения с учетом эксцентриситета колонны бурильных труб были получены выражения, позволяющие провести необходимые расчеты при турбулентном и структурном режимах течения.

В диссертации решена задача определения забойного давления при «течении газированной вязкопластичной жидкости между двумя эксцентричными цилиндрами при наличии проскальзывания газа и структурном режиме. Полученные формулы позволяют провести необходимые расчеты при турбулентном и структурном режимах течения как квазигомогенной системы, так и газированной вязкопластич-ной и вязкой жидкостей при наличии проскальзывания газа.

Полученные соотношения, важные для решения практических вопросов, являются достаточно громоздкими, и проведение расчетов с их помощью связано со сложностями вычислительного характера. Поэтому в диссертации построены номограммы для определения забойного давле-иия, обусловленного движением газожидкостной смеси между двумя концентрично расположенными цилиндрами в случае, когда , а

также для «квазигомогенной» газожидкостной смеси, т.е.

Используя полученные соотношения в диссертации выводятся формулы для определения забойного давления наклонно направленной и горизонтальной бурящихся скважин в случае промывки их аэрированной вязкопластичной смесью и при эксцентричном расположении колонны относительно оси скважины.

Для нахождения скорости и расхода газожидкостной смеси для выноса выбуренной породы была решена задача определения скорости в любой точке газожидкостной смеси при движении ее в кольцевом пространстве.

Для установления гидродинамических соотношений при движении вязкопластичной газожидкостной смеси в эксцентричном кольцевом пространстве в диссертации рассмотрено течение однородной (дега-

зированной) вязкопластичной жидкости в этом пространстве. Приведенные соотношения были использованы для определения расхода и газового фактора при промывке скважины аэрированными глинистыми растворами в случае турбулентного и структурного режимов течения в любой точке эксцентричного кольцевого пространства. По полученным формулам приведен пример расчета, показывающий правомочность предложенной системы уравнений для определения параметров промывки при проводке скважины с применением газожидкостной смеси.

Таким образом, в седьмом разделе получены расчетные зависимости для определения забойного давления при промывке скважин газожидкостными смесями при наличии эксцентриситета между осями колонны труб и скважины. В качестве жидкой фазы рассмотрены техническая вода и глинистые растворы как при наличии проскальзывания газа, так и квазигомогенной структуры. Задачи решены в случае ламинарного, турбулентного и структурного режимов течения.

Полученный комплекс соотношений позволяет рассчитать реологические свойства и расход промывочной жидкости и газа, обеспечивающие бурение на равновесии или депрессии давления в системе «скважина-пласт», а также эксцентриситет, обеспечивающий вынос выбуренной породы и структурный режим течения при заданном

Для оперативного определения предлагаются примеры соответствующих номограмм. Получены расчетные зависимости для определения гидравлических потерь в ВЗД при использовании в качестве рабочей жидкости аэрированных вязких и вязкопластичных жидкостей.

В восьмом разделе приводятся результаты промысловых исследований эффективности разработанных методик и программ определения параметров промывки при бурении скважин винтовыми забойными двигателями.

Разработанные алгоритмы и номограммы применялись для определения параметров промывки при бурении скважин в следующих регионах:

1. Скважина № 327 Сибирского месторождения ООО «ЛУКОЙЛ-БУРЕНИЕ-ПЕРМЬ» (Пермская область) на наклонно-прямо -линейном участке с зенитным углом 7° в интервале 380-930 м, участке с добором зенитного угла с 7° до 20° в интервале 930-1059 м, участке

снижения зенитного угла в интервале 1059-2257 м, участке со снижением зенитного угла в интервале 2257-2300 м. Кроме того, на участке бурения 2279-2300 м применялась газожидкостная смесь. По сравнению с проходкой аналогичных скважин в данном регионе проходка на долото повысилась на 18% и механическая скорость бурения - на 26%; при бурении с промывкой газожидкостной смесью в интервале 2279-2300 м долото отработало всего на 10-15% ресурса, а механическая скорость возросла на 24%.

2. Скважины № 172-Южно-Афанасиевская Долинского УБР и № 545-Бугруватовская Прикарпатского УБР ОАО «Укрнефть» (Украина). Бурение осуществлялось при технологическом руководстве специалистов ЗАО «НИИКБ бурового инструмента» (г. Киев). В скважине № 172-Южно-Афанасиевская наклонно-прямолинейный участок в интервале 2627-2751 м пилотного ствола пробурен с зенитным углом 50°. В дальнейшем апробированные в наклонно-прямолинейном участке алгоритмы и номограммы были использованы для определения параметров промывки в горизонтальной части ствола в интервале 2641-3052 м с зенитным углом 50-92,6°. Скважина пробурена в 2002 году. В скважине № 545-Бугруватовская наклонно-прямолинейный участок в интервале 3190-3400 м пробурен с зенитным углом 50°. В 2003, а затем в 2004 г. пробурена часть горизонтального ствола в интервале 3178-3338 м с зенитным углом 53-73°. В результате расчетов были определены скорость в кольцевом пространстве и реологические свойства промывочной жидкости. Раньше эти параметры назначались из опыта бурения в данном регионе. Перепад давления на винтовом забойном двигателе вычислялся с учетом результатов, полученных при стендовых испытаниях на буровом растворе. Использование результатов расчета параметров промывки по разработанным в диссертации методикам при проходке указанных интервалов позволило повысить эффективность процесса бурения и качество ствола скважины. По сравнению с проводкой аналогичных скважин в данном регионе проходка на долото повысилась на 14%, механическая скорость бурения на- 19%.

3. Горизонтальная скважина № 2474 Черепановской площади (Удмуртская Республика) в декабре 2003 г. По новым алгоритмам были проведены необходимые расчеты параметров промывки, результаты которых применялись при бурении наклонно-прямолинейного участка скважины № 2474 в интервале 1300-1450 м с зенитным углом 86°, а

также пробурена часть горизонтального ствола в интервале 1450-1650 м с зенитным углом 90°. Общие гидравлические потери в циркуляционной системе определялись с учетом результатов исследований энергетических характеристик винтовых забойных двигателей при работе их на вязкопластичных буровых растворах. По сравнению с бурением аналогичных скважин в данном регионе эффективность процесса бурения при -проходке указанных интервалов повысилась: проходка на долото увеличилась на 11%, механическая скорость бурения на- 15%.

Проведенный анализ расчетных и проектных данных с параметрами при бурении скважин, а также полученными показателями при бурении дает основание сделать следующие основные выводы о причинах улучшения технико-экономических показателей с применением разработанных методик и программ на ЭВМ:

1. В результате корректного определения необходимого перепада давления в винтовом забойном двигателе с учетом реологических характеристик промывочной жидкости достигается устойчивая работа ВЗД, а стабилизация угловой скорости забойного двигателя приводит к увеличению механической скорости проходки, стойкости долота, а также улучшению качества ствола скважины.

2. В результате уточненного расчета потерь давления в затруб-ном пространстве с учетом эксцентричного расположения бурильной колонны стало возможным снижение дифференциального давления на забой и достижение ускоренного выравнивания давлений над и под разрушаемой породой.

3. Правильный выбор режима течения с учетом расчетных реологических параметров промывочной жидкости и эксцентричного расположения колонны бурильных труб в скважине обеспечивает оптимальный транспорт выбуренной породы к устью, исключается накопление шлама на забое и уменьшается число проработок ствола.

4. Расчет оптимальных реологических параметров бурового раствора обеспечивает его качественную очистку в очистных сооружениях со снижением содержания твердой фазы, что в свою очередь повышает стойкость долот.

5. Рассчитанный структурный режим течения промывочной жидкости предупреждает размыв неустойчивых отложений, исключаются скачки давления, обусловленные вымывом неустойчивых пород из стенок скважины, и связанные с этим гидравлические разрывы пластов.

6. Предупреждаются поглощение бурового раствора и прихваты инструмента в результате снижения дифференциального давления в системе «скважина - пласт».

Предложенные методы и алгоритмы применены в проектном институте ПермНИПИнефть при составлении проектов на строительство скважин в Архангельской области на Тэдинском и Тобойском месторождениях и в Пермской области на Шершневском и Аптугай-ском месторождениях. Эти проекты применялись при бурении скважины на Тэдинском и 2 скважин на Шершневском и Аптугайском месторождениях.

Совокупный положительный экономический эффект при бурении указанных скважин в Российской Федерации составил 483 тыс. рублей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных теоретических, стендовых и промысловых исследований разработаны эффективные методы управления гидродинамическими процессами при бурении скважин винтовыми забойными двигателями на базе принципиально новых подходов к определению расхода и реологических свойств многофазных промывочных жидкостей, учета эксцентричного положения бурильной колонны в стволе скважины, изменения забойного давления при спуско-подъемных операциях КНБК и наличия застойных зон в затрубном пространстве.

2. На основе проведенных теоретических исследований и математической обработки результатов стендовых испытаний энергетических характеристик винтовых забойных двигателей получены формулы для расчета потерь давления в ВЗД при работе их на буровых растворах с различной вязкостью и газожидкостных смесях.

3. Проведенные промысловые эксперименты в нескольких регионах России показали, что для прогнозирования рациональных параметров процесса бурения с применением винтовых забойных двигателей необходим комплексный анализ технологических параметорв промывки скважин и энергетических характеристик ВЗД.

4. Исследования турбулентных характеристик потоков буровых растворов показали, что турбулентность возникает при большей сред-необъемной скорости по сравнению со скоростью потока воды, воз-

никновение турбулентности связано с появлением поперечных пульсаций скорости, а переход к развитому турбулентному режиму движения реализуется у стенки раньше, чем на оси трубы.

5. При добавлении дисперсной фазы интенсивность турбулентности продольной составляющей скорости в развитом турбулентном режиме течения потоков глинистых растворов в ядре потока по величине больше, чем в потоке воды, но при достижении определенной концентрации интенсивность снижается и становится меньше, чем у воды.

6. В результате измерения спектральной плотности компонент пульсационной скорости движения промывочных жидкостей установлено, что при увеличении среднеобъемной скорости потока буровых растворов происходит расширение спектра турбулентных пульсаций и сдвиг его в высокочастотную область, а в режиме развитой турбулентности около стенки существует инерционный интервал, что указывает на подавление неньютоновских свойств среды.

7. На основе проведенных исследований разработаны алгоритмы и программы расчета параметров промывки бурящихся скважин (расхода и реологических свойств жидкости), необходимого эксцентриситета для полного выноса выбуренной породы из кольцевого пространства и скорости спуско-подъемных операций при бурении ВЗД вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин.

8. Получены расчетные соотношения для определения забойного давления при бурении скважин с промывкой газожидкостными смесями, расходов жидкой и газообразной фаз, скорости в любой точке эксцентричного кольцевого пространства в случае ламинарного, структурного и турбулентного режимов при существовании и отсутствии скольжения газа относительно жидкой фазы, а также определены условия, при которых выбуренная порода выносится из наиболее узкой части кольцевого пространства при определенном давлении на забое скважины.

9. Разработанные методы управления гидродинамическими процессами внедрены при бурении скважин винтовыми забойными. двигателями в Пермской области, Удмуртской Республике и Украине, что позволило повысить механические показатели бурения.

10. Результаты проведенных исследований используются ОАО «ПермНИПИнефть» при разработке проектов на строительство скважин в различных нефтяных регионах Российской Федерации.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Исследование турбулентных характеристик потоков глинистых растворов с помощью кондукционного анемометра / В.И. Липатов, Б.И. Мительман, В.М. Плотников и др.// Тез. докл. третьего Всесоюзного семинара по гидравлике промывочных жидкостей и цементных растворов в бурении, посвященный памяти П.П. Шумилова.- М, 1971.-С. 137-141.

2. Липатов В.И. Об определении критического режима течения буровых и цементных растворов/ В.И. Липатов, Б.И. Мительман, В.М. Плотников// Нефтяное хозяйство. - 1972. - №11. - С. 27-30.

3. Липатов В.И. Получение количественных данных о закономерностях турбулентности потоков буровых растворов с помощью кондукци-онного анемометра/ В.И. Липатов, Б.И. Мительман, В.М. Плотников // Бурение: Экспресс-инф.- 1972.-№15.-С. 1-4.

4. Экспериментальные исследования режимов движения глинистого раствора / И.Л. Повх, Н.И. Болонов, А.Е. Эйдельман, Б.И. Мительман, В.М. Плотников // Доклады четвертого Всесоюзного совещания по тепло-и массообмену. - Минск, 1972. -Т. 3. - С. 285-290.

5. Плотников В.М. О возможности применения кондукционного анемометра для исследования структуры турбулентных потоков суспензий глины в воде/В.М. Плотников, А.Е Эйдельман // Основы проектирования глубоких скважин: Труды ВНИИБТ. - М., 1973. - Вып. 31. - С. 42-46.

6. Определение оптимальных параметров режима бурения при использовании винтовых забойных двигателей / Ю.В. Вадецкий, В.М. Плотников, В.А. Каплун ВА. и др. //Нефтяное хозяйство.- 1977.- № 4. - С . 18-20.

7. Плотников В.М. Алгоритм оптимизации режимов бурения скважин винтовыми забойными двигателями/ В.М. Плотников// Инф. листок Пермского ЦНТИ.- 1979.-№84-79.-3 с.

8. Плотников В.М Адаптивная математическая модель бурения винтовыми забойными двигателями/ В.М. Плотников// Нефтяное хозяйст-во.-1981.-№2.-С. 16-18.

9. Плотников В.М. Вопросы оперативного управления процессом бурения скважин винтовыми забойными двигателями/ В.М. Плотников// Техника и технология низкооборотного бурения: Труды ВНИИБТ. - М., 1981.-Вып.51.С. 58-65.

10. Гукасов Н.А. Выбор коэффициента гидравлических сопротивлений при течении буровых растворов в трубах / Н.А. Гукасов, В.М. Плотников// Проблемы нефти и газа Тюмени: Науч.-тех, сб. - 1982, -Вып. 5 3. -С. 37-39.

11. Морговский СИ. Автоматизированная система сбора информации о процессе бурения на стендовой буровой/ СИ Морговский, В.М. Плотников, И.С. Рубин// Инф. листок Пермского ЦНТИ. -1982. -№ 49-82.

12. Плотников В.М. Система оперативного управления процессом бурения скважин с применением винтовых забойных двигателей/ В.М. Плотников, В.П. Артемов// Нефтегазовая технология, геофизика и бурение: Науч.-тех. сб. - 1984. - Вып. 4.- С. 47-50.

13. Гукасов Н.А. Установившееся движение вязкопластичной жидкости между двумя эксцентрично расположенными цилиндрами при структурном режиме течения/ Н.А. Гукасов, Г.Г. Жиденко, В.М. Плотников// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. -2001.-№2.-С.24-26.

14. Гукасов Н.А. Определение необходимого расхода бурового раствора и концепции построения гидравлической программы/ Н.А. Гукасов,

B.М. Плотников// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2001. - № 1. - С. 19-20.

15. Гукасов Н.А. Скорость движения выбуренной породы в вязкой и вязкопластичной жидкостях/ Н.А. Гукасов, В.М. Плотников// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2001.- №1. -

C. 17-20.

16. Гукасов Н.А. Оптимизация параметров промывки при проводке скважины винтовым забойным двигателем/ Н.А. Гукасов, Ю.А. Коротаев, В.М. Плотников//- М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2002. - 300 с.

17. Гукасов Н.А. Скорость движения частицы шарообразной формы в вязкой и вязкопластичной жидкостях/ Н.А. Гукасов, В.М. Плотников// Докл. Пятой международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». - М., 2002. - Т. 3. - С. 159.

18. Плотников В.М. Постановка задачи построения математической модели винтового забойного двигателя и оптимального управления им в процессе бурения/ В.М. Плотников// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2002. - №10. - С.7-9.

19. Плотников В.М. Характеристики турбулентных потоков буровых растворов в цилиндрической трубе/ В.М. Плотников// - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2002. - 60 с.

20. Гукасов Н.А. Забойное давление при промывке скважины газожидкостной смесью с учетом эксцентриситета колонны бурильных труб относительно оси ствола/ Н.А. Гукасов, В.М. Плотников// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2003. — № 8. - С. 20-23.

21. Гукасов Н.А. Определение расхода газожидкостной смеси при промывке скважины и эксцентричного расположения колонны относительно оси скважины/ Н.А. Гукасов, В.М. Плотников// Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2003. - №6. - С. 60-62.

22. Гукасов Н.А. Определение расходов жидкости и газа, необходимых для выноса выбуренной породы при турбулентном режиме течения в затрубном пространстве и совпадении осей бурильной колонны и скважины/ Н.А. Гукасов, В.М. Плотников// Там же. - С. 57-59.

23. Гукасов Н.А. Определение расходов жидкости и газа при промывке скважин в случае структурного течения аэрированной смеси в эксцентричном кольцевом пространстве/ Н.А. Гукасов, В.М. Плотников// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2003.-№9.-С. 51-54.

24. Гукасов Н.А. Забойное давление в наклонной скважине в случае промывки ее аэрированной вязкопластичной смесью и эксцентричном расположении колонны относительно оси ствола/ Н.А. Гукасов,

B.М. Плотников// Там же. - С. 59-62.

25. Гукасов Н.А. Характеристика винтового забойного двигателя (ВЗД) при использовании в качестве рабочего агента аэрированного глинистого раствора/ Н.А. Гукасов, В.М. Плотников// Там же. - 2003. - №7. -

C. 10-12.

26. Гукасов Н.А. Определение расходов жидкости и газа при промывке скважин в случае ламинарного течения аэрированной смеси в эксцентричном кольцевом пространстве/ Н.А. Гукасов, В.М. Плотников// Там же.-2003.-№11.-С. 8-11.

27. Плотников В.М. Гидродинамика промывки скважин глинистыми растворами и газожидкостными смесями при бурении винтовыми забойными двигателями/ В.М. Плотников//. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2003.-200 с.

28. Плотников В.М. Забойное давление при бурении скважины аэрированными глинистыми растворами/ В.М. Плотников// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2003. - №7. - С. 6-8.

29. Плотников В.М. Забойное давление в горизонтальной скважине в случае промывки ее вязкопластичной аэрированной смесью и эксцентричном расположении колонны относительно оси скважины/ В.М. Плотников// Там же. - 2003. - №9. - С. 46-48.

30. Плотников В.М. Забойное давление при бурении скважин водо-воздушной смесью/В.М. Плотников//Там же.-2003.-№10.-С. 13-17.

31. Плотников В.М. О решении некоторых задач строительства скважин при турбулентном течении буровых растворов/ В.М. Плотников// Там же. - 2003. - №8. - С. 33-35.

32. Барский И.Л. Об основных теоретических положениях динамики и устойчивости бурильной колонны и путях их реализации на практике/ И.Л. Барский, A.M. Гусман, А.Б. Левина, В.М. Плотников// Там же. -2004.-№3.-С. 2-6.

33. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004610617. Программа для определения параметров промывки, элементов компоновки бурильной колонны и спускоподъемных операций при бурении горизонтальных скважин (WellHor)/B.M. Плотников, Н.А. Гукасов, В.Ф. Суслов. Заявка №2004610370; Заявл. 19.02.04; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 04.03.04.

34. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004610618. Программа для определения параметров промывки, элементов компоновки бурильной колонны и спускоподъемных операций при бурении наклонных скважин (WellDir)/B.M. Плотников, Н.А. Гукасов, В.Ф. Суслов. Заявка №2004610371; Заявл. 19.02.04; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 04.03.04.

35. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004610619. Программа для определения параметров промывки, элементов компоновки бурильной колонны и спускоподъемных операций при бурении вертикальных скважин (WellVert)/B.M. Плотников, Н.А. Гукасов, В.Ф. Суслов. Заявка №2004610372; Заявл. 19.02.04; Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 04.03.04.

36. Компоновка низа бурильной колонны: Патент на полезную модель №37137/ В.М. Плотников, ИЛ. Барский, A.M. Гусман. Заявка №2003125680. Зарег. В Гос. Реестре полезных моделей РФ 10.04.2004.

Плотников ВАЛЕРИЙ МАТВЕЕВИЧ

УПРАВЛЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН ВИНТОВЫМИ ЗАБОЙНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Специальность25.00.15-Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Лицензия ПД-11-0002 от 15.12.99

Подписано в печать 27.04.2004. Тираж 100 экз. Усл. печ. л. 2,25 Формат 60X90/16. Набор компьютерный. Заказ № 310/2004.

Отпечатано на ризографе в отделе Электронных издательских систем ОЦНИТ Пермского государственного технического университета 614600, г. Пермь, Комсомольский пр., 29а, к.113, т.(3422) 198-033

§ ' 9 6 1 О

Содержание диссертации, доктора технических наук, Плотников, Валерий Матвеевич

Введение.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН ВИНТОВЫМИ ЗАБОЙНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

ВЗД).

1.1 Место и роль гидродинамических процессов бурящихся с при-ф менением ВЗД скважин.

1.2. Сложившаяся практика гидравлических расчётов при бурении скважин.

1.3. Некоторые методы определения рациональных технологических параметров при бурении скважин винтовыми забойными двигателями.

2. П1ДРО ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ВЗД.

2.1. Существующие подходы к математическому моделированию рабочего процесса ВЗД.

2.2. Характеристика ВЗД при использовании в качестве рабочего агента глинистого раствора.

2.3. К расчёту характеристики ВЗД при использовании в качестве рабочего агента газожидкостной смеси.

2.3.1. Водовоздушная смесь.

2.3.2 Аэрированный глинистый раствор.

3. ТУРБУЛЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЛИНИСТЫХ РАС

ТВОРОВ В ТРУБЕ.

3.1 Кондукционный метод измерения пульсаций скорости в потоках жидкостей и методика проведения экспериментальных исследований.

3.2. Экспериментальные исследования турбулентных характеристик потоков глинистых растворов.

3.2.1. Исследования переходного режима.

3.2.2. Исследования турбулентных характеристик.

3.3. О применении сведений о структуре турбулентного потока буровых растворов при решении некоторых задач, возникающих при проводке глубоких скважин.

4. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КОЛЬЦЕВОМ ПРОСТРАНСТВЕ БУРЯЩЕЙСЯ СКВАЖИНЫ.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УТЯ

ЖЕЛЁННЫХ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ (УБТ) И РАЗРАБОТКА МЕТОДА СТАБИЛИЗАЦИИ КОМПОНОВКИ НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ (КНБК) С ВИНТОВЫМ ЗАБОЙНЫМ-ДВИГАТЕЛЕМ.

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОМЫВКИ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН ВЗД.

6.1. Алгоритм расчёта по определению параметров промывки при бурении вертикальных скважин.

6.2. Алгоритм расчёта параметров промывки, компоновки, эксцентриситета и скорости спуско-подъёмных операций при проводф ке наклонных скважин.

6.3. Алгоритм расчёта параметров промывки, эксцентриситета и скорости спуско-подъёмных операций при бурении горизонтальных скважин.

7. ГИДРОДИНАМИКА ПРИ ПРОМЫВКЕ БУРЯЩЕЙСЯ СКВАЖИНЫ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСЬЮ.

7.1. Забойное давление при бурении скважин водовоз душной смесью и совпадении осей ствола скважины и колонны бурильных труб.

7.2. Забойное давление в случае бурения скважин аэрированным глинистым раствором при условии, что смесь является квазигомогенной.

7.3. Забойное давление при промывке бурящейся скважины газожидкостной смесью с учётом эксцентриситета колонны бурильных труб относительно оси ствола скважины.

7.4. Определение режима при течении газированной вязкопластичной жидкости между двумя цилиндрами.

7.5. Номограммы для определения забойного давления при бурении скважин.

7.5.1. Забойное давление, обусловленное движением газожидкостной смеси между двумя концентрично расположенными цилиндра

Щ ми в случае неравенства между расходным и истинным газосодержанием, а также турбулентного режима течения.

7.5.2. О возможности пренебрежения силами трения при определении забойного давления, обусловленными движением газожидкост

Л ной смеси. Сравнительные расчёты по номограммам.

7.5.3. Номограмма для определения забойного давления в случае «квазигомогенной» газожидкостной смеси.

7.6. Забойное давление наклонной и горизонтальной бурящихся скважин в случае промывки их аэрированной вязкопластичной смесью и эксцентричном расположении колонны относительно оси скважины.

7.6.1. Наклонно направленная скважина.

7.6.2. Горизонтальная скважина.

7.7 Определение скорости и расхода газожидкостной смеси для выноса выбуренной породы.

7.7.1 Определение скорости в любой точке газожидкостной смеси при движении её в кольцевом пространстве.

7.7.2. Определение скорости оседания частиц в вязкой и вязкопластичной жидкостях.

7.7.3. Определение расхода жидкости и газа, необходимых для выноса выбуренной породы при турбулентном режиме течения и совпадении осей колонны труб и скважины.

7.7.4. Определение расхода при промывке бурящейся скважины в случае эксцентричного расположения колонны относительно оси ствола и турбулентного режима течения.

7.8. Определение расходов жидкости и газа при ламинарном течении газожидкостной смеси в эксцентричном кольцевом пространстве.

7.9. Гидродинамические соотношения при движении вязкопластич-ной газожидкостной смеси в эксцентричном кольцевом пространстве.

7.9.1. Установившееся течение однородной (дегазированной) вязко-пластичной жидкости в эксцентричном кольцевом пространстве.

7.9.2. Определение расходов жидкости и газа при структурном течении аэрированной смеси в эксцентричном кольцевом пространстве.

7.9.3. Определение технологических параметров и эксцентриситета при промывке бурящейся скважины газожидкостной смесью.

8. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИК И ПРОГРАММ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН ВЗД.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Управление гидродинамическими процессами при бурении скважин винтовыми забойными двигателями"

После шестидесятых годов двадцатого столетия поиск резервов в нефтегазовой отрасли привёл к разработке несколько технических средств, позволившими ускорить процесс бурения нефтяных и газовых скважин и удешевить стоимость метра проходки. К таким средствам относится созданный в нашей стране низкооборотный высокомоментный винтовой забойный двигатель. Работы по созданию винтовых забойных двигателей (ВЗД) были в основном завершены к началу 90-х годов прошлого столетия, однако совершенствование технологического процесса бурения с применением ВЗД сдерживалось низкой долговечностью двигателей, а также недостаточным исследованием гидродинамических процессов, происходящих как в винтовом двигателе, так и в стволе бурящейся скважины в процессе её промывки многофазными и газожидкостными смесями. В начале 21 века в результате развития технологии изготовления деталей ВЗД с использованием современных достижений науки и техники появилось новое поколение двигателей повышенной долговечностью, что позволило значительно расширить масштабы их применения во всех технологических операциях при различных режимах бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин. Это привело к необходимости создания новых эффективных методов расчёта параметров циркуляционной системы бурящихся с применением ВЗД скважин различного профиля.

Известно, что качество ствола бурящейся скважины обусловливается параметрами её промывки в процессе бурения, т.е. расходом и реологическими свойствами буровых растворов. Необходимо отметить, что перепады давления в винтовом забойном двигателе соизмеримы с энергетическими затратами во всей циркуляционной системе. В предшествующих работах расход промывочной жидкости определяется по задаваемой на основании накопленного опыта бурения средней скорости восходящего потока и рекомендуемыми паспортными характеристиками ВЗД при работе его на воде, что ограничивает применение предлагаемых гидравлических программ, т.к. большинство скважин проводятся с помощью буровых растворов, всё большее применение находят газированные промывочные смеси. При этом реологические свойства промывочных жидкостей также задаются исходя из опыта бурения в конкретном регионе. Такой эмпирический подход при строительстве скважины отрицательно сказывается на механической скорости бурения, качестве ствола и продолжительности последующей её эксплуатации.

Для выбора рациональных параметров промывки бурящейся скважины немаловажное значение имеет расположение колонны бурильных труб относительно оси скважины. Так, например, при промывке скважины однородной жидкостью отношение потерь давления при концентричном положении колонны к соответствующей величине, возникающей при максимальном эксцентриситете, составляет примерно 2,5. В случае газожидкостных смесей влияние эксцентриситета на забойное давление мало исследовано, но можно предположить, что оно будет значительным.

Наличие эксцентриситета является источником зарождения застойных зон, что отрицательно влияет на качество ствола и эффективность крепления скважин.

Одним из основных назначений промывочной жидкости является вынос выбуренной породы из любой точки кольцевого пространства. При наличии эксцентриситета скорость движения жидкости в наиболее широкой части может быть на порядок и более выше скорости в относительно узкой части пространства между колонной бурильных труб и скважины. Это обстоятельство приводит к движению жидкости при одновременном существовании ламинарного и турбулентного режимов течения в различных частях эксцентричного кольцевого пространства. Необходимо знание внутренней структуры турбулентного потока буровых растворов, т.к. турбулентные пульсации могут являться причиной размыва и разрушения стенок скважины со всеми вытекающими негативными последствиями.

Известно, что режим течения определяется геометрическим размерами поперечного сечения канала, расходом (скоростью) и реологическими свойствами жидкости. Следовательно, расход, реологические свойства жидкости и эксцентриситет колонны бурильных труб относительно оси ствола скважины должны быть такими, чтобы обеспечить вынос выбуренной породы из наиболее узкой части эксцентричного кольцевого пространства и структурный режим течения в наиболее широкой части между колонной бурильных труб и стенкой скважины.

Актуальность темы диссертационной работы обосновывается тем, что, с одной стороны, удельный вес бурения винтовыми забойными двигателями в общей проходке на буровых предприятиях непрерывно растёт, по отдельным источникам сейчас он составляет около 60%. С другой стороны, в бурении скважин важнейшей задачей является сохранение целостности проходимых пластов, решение которой зависит от правильного выбора режимов промывки и свойств промывочной жидкости. Бурение горизонтальных участков скважин, при восстановлении скважин методом бурения боковых стволов, при капитальном ремонте проводится в основном с применением ВЗД. Отметим, что до начала работы над диссертацией мы не располагали характеристиками современных ВЗД с применением в качестве рабочего агента как однородных так и газированных буровых растворов.

Отсутствие комплексного подхода к расчёту рациональных параметров промывки скважин многофазными жидкостями и газированными смесями при бурении винтовыми забойными двигателями определило цели и задачи настоящей работы.

Основной целью работы является повышение технико-экономических показателей бурения нефтяных и газовых скважин винтовыми забойными двигателями на базе научно обоснованного применения гидродинамических методов для выбора режимов промывки.

Основными задачами работы являются:

1. Определение рабочих характеристик ВЗД нового поколения при использовании в качестве рабочего агента глинистого раствора и газожидкостной смеси.

3. Определение внутренней структуры глинистых растворов при турбулентном режиме течения.

4. Разработка алгоритмов расчёта и программ на ЭВМ по определению параметров промывки при бурении винтовыми забойными двигателями вертикальных, наклоннф направленных и горизонтальных скважин с учетом эксцентриситета колонны бурильных труб относительно ствола скважины и особенностей, возникающих при спуско-подъемных операциях.

5. Определение забойного давления в бурящейся скважине при промывке водовоздушной смесью и аэрированным глинистым раствором при концентричном и эксцентричном расположении колонны бурильных труб в наклонной и горизонтальных скважинах.

6. Определение необходимых расходов при использовании водовоздушной и вязкопластичной газожидкостными смесями, необходимых для выноса выбуренной породы при ламинарном и турбулентном режимах течения в случаях концентричного и эксцентричного расположения колонны бурильных труб относительно оси ствола скважины.

Объектом исследования данной работы является система гидродинамических закономерностей технологического процесса промывки глубоких скважин вязкими и вязкопластичными газированными и дегазированными жидкостями.

Предмет исследования - вертикальные, наклонно направленные и горизонтальные скважины, бурящиеся винтовыми забойными двигателями при концентричном и эксцентричном расположении бурильной колонны относительно ствола.

Методическую и теоретическую основы исследования составили научные труды отечественных и зарубежных авторов в области гидродинамики симметричных и асимметричных потоков неньютоновских и многофазных жидкостей при различных режимах течения, общих положений гидравлики применительно к бурению нефтяных и газовых скважин, а также гидравлических особенностей рабочего процесса в двигательной секции винтового забойного двигателя. Работы проводились на базе специально разработанных методик и экспериментальных установок, обеспечивающих целенаправленное исследование гидродинамических процессов в трубе и между двумя цилиндрами, двигательной секции винтовых двигателях, промысловых исследованиях и испытаниях новых алгоритмов расчёта рациональных параметров промывки при бурении скважин.

В числе информационных источников диссертации использованы научные источники в виде данных и сведений из книг, журнальных статей, научных докладов и отчётов, материалов научных конференций, семинаров, результаты собственных расчётов и экспериментов. Значительный вклад в развитие методологической и теоретической базы исследований проблем, связанных с гидродинамическими особенностями движения многофазных систем, внесли А.А. Арманд, Н.А., Гукасов, С.И. Криль, С.С. Кутателадзе, JI.C. Лейбензон, В.А. Мамаев, А.О. Межлумов, Е.М. Минский, А.Х. Мирзаджанзаде, Б.И. Митель-ман, Д.Ю. Мочернюк, Г.Э. Одишария, Н.И. Семенов, М.А. Стырикович, А.А. Точигин, Р.И. Шищенко, G.C. Howard, С.Е. Jack, B.V. Randall; в разработку теории рабочего процесса винтового забойного двигателя - Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, М.Т. Гусман, Ю.А. Коротаев, A.M. Кочнев, С.С. Никомаров; в создание технологии бурения скважин с применением ВЗД - П.И. Астафьев, В.О. Белоруссов, Т.Н. Бикчурин, Ю.В. Вадецкий, А.Г. Калинин, В.А. Каплун, И.К. Князев, В.И. Крылов, Б.А. Никитин и целый ряд других авторов. Заранее при-ноим извинения авторам, работы которых в силу тех или иных причин не попали в поле нашего зрения, частично они приведены в списке литературы.

В диссертации впервые выводятся с помощью теории размерностей и подобия соотношения для определения потерь давления и числа оборотов выходного вала в ВЗД нового поколения при использовании в качестве рабочего агента воды, глинистого раствора и аэрированных смесей.

По разработанной автором методики проведения с помощью кондукци-онного анемометра экспериментальных исследований внутренних характеристик турбулентных потоков неньютоновских жидкостей, каковыми являются буровые растворы, при непосредственном участии автора были измерены продольные и поперечные составляющие пульсационной скорости, определены их корреляционные и спектральные характеристики. Анализ этих связей позволил наглядно представить масштаб и внутреннюю структуру потока для выяснения вопросов, связанных с диссипацией турбулентной энергии, обнаружить возвратное относительно оси потока пульсационное течение, существование вихрей различного масштаба, продольная пульсационная составляющая которых имеет широкий частотный спектр. Результаты измерений спектральной плотности турбулентных пульсаций позволили установить, что в потоках вязкой жидкости и исследованных глинистых растворов средний размер вихрей одного порядка. Это указывает на подавление неньютоновских свойств растворов.

Автором, совместно с проф. Н.А. Гукасовым, исследованы гидродинамические процессы в кольцевом пространстве бурящейся скважины при различных режимах течения вязких и вязкопластичнных жидкостей. В результате были выведены расчётные зависимости для определения скорости движения вязкой и вязкопластичной жидкостями отличающиеся тем, что скорость определяется в любой точке эксцентричного кольцевого пространства. Выведены также соотношения для определения расхода жидкостей, обеспечивающего вынос выбуренной породы из наиболее узкой части эксцентричного кольцевого пространства.

Развивая ранее известные достижения гидродинамики газожидкостных смесей, автором проведены теоретические исследования по определению забойного давления при использовании аэрированных промывочных сред: воды и глинистых растворов, являющимися неньютоновскими жидкостями. Найдены методы определения режимов течения газированной вязкопластичной жидкости между двумя цилиндрами. Получены формулы для определения забойного давления при промывке водовоздушной смесью и совпадении осей ствола скважины и колонны труб, а также при промывке газожидкостной смесью с учётом эксцентриситета. Выведены расчётные зависимости для определения забойного давления в случае промывки аэрированным глинистым раствором при бурении как наклонных, так и горизонтальных скважин. Необходимо отметить, что в последнем случае газожидкостная смесь рассматривалась и как «квазигомогенная», когда не имеет место проскальзывание газа, а также в случае неравенства расходной и объёмной концентраций газа.

Для определения скорости и расхода газожидкостной смеси для выноса выбуренной породы автором впервые решены задачи:

- определение перепада давления в ВЗД;

- определение скорости оседания частиц в вязкой и вязкопластичной жидкостях;

- определение скорости в любой точке газожидкостной смеси при движении её в кольцевом пространстве;

- определение расходов жидкости и газа при ламинарном и турбулентном режимах течения в случае совпадении осей колонны труб и скважины и эксцентричном расположении колонны;

- определение технологических параметров и эксцентриситета при промывке скважины вязкопластичной газожидкостной смесью.

Расчётные соотношения, полученные в диссертации отличаются ещё и тем, что предлагаются как для случая, когда бурильная колонна представляет собой цилиндр постоянного диаметра, так и с учётом наличия утяжелённых бурильных труб. Также разработаны методы стабилизации компоновки низа бурильной колонны с винтовым забойным двигателем с установкой в определенном месте двойного опорно - центрирующего устройства.

Все выведенные уравнения могут быть использованы автономно. Для оперативного определения давления на забое по выведенным уравнениям построены соответствующие номограммы, позволяющие просто и с высокой точностью находить искомую величину.

Предлагаемые методы гидравлических расчётов при бурении скважин винтовыми забойными двигателями отличаются тем, что скорость в кольцевом пространстве и реологические свойства промывочной жидкости определяются, а не задаются исходя из опыта бурения, как это делается по существующим гидравлическим программам.

Приведенные в диссертации системы уравнений, позволяют рассчитывать расходы жидкости и газа, реологические свойства и другие показатели промывки, обуславливающие высокое качество ствола скважины и максимально возможности скорости бурения.

Практическая ценность состоит в том, что результаты исследований могут быть использованы специалистами организаций и предприятий нефтегазовой промышленности, занимающихся проектированием, бурением и капитальном ремонтом скважин с применением винтовых забойных двигателей, а также инженеров-конструкторов при проектировании новых ВЗД в случае использования в качестве рабочего агента воды, вязкопластичных глинистых растворов и газожидкостных смесей. Для прогнозирования и управления процессом промывки при бурении скважин ВЗД с учётом полученных новых методов расчёта с участием автора разработаны программы на ЭВМ, зарегистрированные в Реестре программ для ЭВМ в Российском агентстве по патентным и товарным знакам. Положения, разработанные в диссертации, успешно использовались при бурении винтовыми забойными двигателями с применением газированной промывочной жидкости наклонно направленной скважины № 327 Сибирского месторождения ООО «ЛУКОЙЛ-БУРЕНИЕ ПЕРМЬ» (Пермская область), наклонных скважин № 172-Южно-Афанасиевская Долинского УБР и № 545-Бугруватовская Прикарпатского УБР ОАО «Укрнефть» (Украина), горизонтальной скважины № 2474 Черепановской площади (Удмуртская республика). Предложенные методы и программы на ЭВМ применялись ООО «ПермНИПИ-нефть» при составлении проектов на бурение скважин на Тэдинском и Тобой-ском месторождениях (Архангельская область), а также на Шершневском и Ап-тугайском месторождениях (Пермская область).

Выводы выполненных исследований и рекомендации, высказанные в работе, могут быть использованы также научными работниками, изучающими гидродинамические процессы многофазных систем.

Результаты работы докладывались и получили положительную оценку на заседаниях учёного совета Всесоюзного научно-исследовательского института буровой техники (г. Москва, 1971, 1972 гг.), учёного совета Пермского филиала Всесоюзного научно-исследовательского института буровой техники (г. Пермь, с 1977 по 1986 год, ежегодно), Третьем Всесоюзном семинаре по гидравлике промывочных жидкостей и цементных растворов в бурении, посвящённому памяти П.П. Шумилова (г. Октябрьск, 1971 г.), Четвёртом Всесоюзном совещании по тепло- и массообмену (г. Минск, 1972 г.), Пятой международной конференции «Новые идеи в науках о земле» (г. Москва, 2002 г.).

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 36 работах, в том числе двух монографиях и одном обзоре.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту, можно определить следующим образом.

Для управления процессом промывки бурящейся винтовыми забойными двигателями скважин в работе сформулированы и обоснованы новые принципы совершенствования гидродинамики вязких, вязкопластичных дегазированных и газированных жидкостей и методов расчёта циркуляционной системы многопрофильных скважин.

1. Принципы создания математических моделей для определения рабочих характеристик винтовых забойных двигателей при работе на глинистых растворах и газожидкостных смесях.

2. Принципы экспериментального исследования внутренней структуры турбулентного потока вязкопластичных глинистых растворов, при использовании которых получены результаты, доказывающие независимость потерь давления от динамического напряжения сдвига при турбулентном режиме течения.

3. Принципы управления гидродинамическими процессами в пространстве между колонной бурильных труб и стенкой скважины (вертикальной, наклонно направленной и горизонтальной) с учётом несовпадения их осей с определением рациональной скорости движения в любой точке пространства и расхода дегазированной и газированной промывочных жидкостей, обеспечивающих полную очистку от выбуренной породы.

4. Новый подход к определению забойного давления бурящейся скважины при использовании водовоздушной смеси и аэрированного бурового раствора отличающийся учетом наличия эксцентриситета между осями бурильных труб и ствола скважины.

В структуру диссертационной работы входят разделы, отражающие:

- критический анализ состояния проблемы управления гидродинамическими процессами при бурении нефтяных скважин винтовыми забойными двигателями;

- гидродинамические процессы в современных ВЗД;

- исследование турбулентных характеристик потоков буровых растворов;

- гидродинамические процессы в кольцевом пространстве бурящейся скважины;

- гидродинамику при промывке бурящихся скважин разных профилей газожидкостной смесью;

- алгоритмы расчёта параметров промывки и применение разработанных методик и программ на ЭВМ при бурении скважин ВЗД;

- результаты опытного бурения с применением результатов проведенных исследований и разработанных соответствующих алгоритмов и программ на ЭВМ.

Заключение Диссертация по теме "Технология бурения и освоения скважин", Плотников, Валерий Матвеевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных теоретических, стендовых и промысловых исследований разработаны эффективные методы управления гидродинамическими процессами при бурении скважин винтовыми забойными двигателями на базе принципиально новых подходов к определению расхода и реологических свойств многофазных промывочных жидкостей, учета эксцентричного положения бурильной колонны в стволе скважины, изменения забойного давления при спуско-подъемных операциях и наличия застойных зон в затрубном пространстве.

3. Проведенные промысловые эксперименты в нескольких регионах России показали, что для прогнозирования рациональных параметров процесса бурения с применением винтовых забойных двигателей необходим комплексный анализ технологических параметров промывки скважин и энергетических характеристик ВЗД.

4. Исследования турбулентных характеристик потоков буровых растворов показали, что турбулентность буровых растворов возникает при большей среднеобъемной скорости по сравнению со скоростью потока воды, возникновение турбулентности связано с появлением поперечных пульсаций скорости, а переход к развитому турбулентному режиму движения реализуется у стенки раньше, чем на оси трубы.

5. При добавлении дисперсной фазы интенсивность турбулентности продольной составляющей скорости в развитом турбулентном режиме течения глинистых растворов в ядре потока по величине больше, чем в потоке воды, но при достижении определенной концентрации интенсивность снижается и становится меньше, чем у воды.

7. На основе проведенных исследований разработаны алгоритмы и программы расчета параметров промывки бурящихся скважин (расхода и реологических свойств жидкости), необходимого эксцентриситета для полного выноса выбуренной породы из кольцевого пространства и скорости спуско-подъемных операций при бурении современными ВЗД вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин.

8 Получены расчетные соотношения для определения забойного давления при бурении скважин с промывкой газожидкостными смесями, расходов жидкой и газообразной фаз, скорости в любой точке эксцентричного кольцевого пространства в случае ламинарного, структурного и турбулентного режимов при существовании и отсутствии скольжения газа относительно жидкой фазы, а также определены условия, при которых выбуренная порода выносится из наиболее узкой части кольцевого пространства при определенном давлении на забое скважины.

9. Разработанные методы управления гидродинамическими процессами внедрены при бурении скважин винтовыми забойными двигателями в Пермской области, Удмуртской республике и Украине, что позволило повысить механические показатели бурения.

10. Результаты проведенных исследований используются ОАО ПермНИПИнефть при разработке проектов на строительство скважин в различных нефтяных регионов Российской Федерации.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Плотников, Валерий Матвеевич, Москва

1. Арманд А.А. Исследования механизма движения двухфазной смеси в вертикальной трубе//Сб. Гидродинамика и теплообмен при кипении в котлах высокого давления. - М.: Изд. АН СССР, 1955. - С. 21-34.

2. Артемов В.П., Бобров М.Г. Оценка верхнего предела допустимого расхода промывочной жидкости для ВЗД//Исследования по усовершенствованию конструкции, эксплуатации и ремонту винтовых забойных двигателей: Труды/ ВНИИБТ.-М., 1989.-Вып.68.- С. 42-49.

3. Афанасьев С.В. Бурение горизонтальных скважин и боковых горизонтальных стволов в ОАО «Удмуртнефть» //НТЖ «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море». 1998. - №3-4. - С. 16-18.

4. Байдюк Б.В., Винярский Р.В. Временная методика классификации геологического разреза проектируемых скважин применительно к рациональному использованию гидромониторного эффекта при бурении шарошечными долотами. Киев, Укргипрониинефт. 1978.-56 с.

5. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели. М.: Недра, 1999. - 375 с.

6. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Шмидт А.П. Анализ характеристик винтовых забойных двигателей с целью оптимального управления процессом бурения//НТЖ «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море». 1995. - №1-2. - С. 2-10.

7. Балденко Ф.Д., Касьянов В.М. К расчету характеристик одновинтовых гидромашин//НТЖ «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море».- 1999. №1-2. - С. 6-13.

8. Барский И.Л., Гусман A.M., Левина А.Б., Плотников В.М. Об основных теоретических положениях динамики и устойчивости бурильной колонны и путях их реализации на практике// НТЖ Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. -2004. №3. - С.

9. Белоруссов В.О. Прогнозирование результатов и возможности оптимизации бурения при низко- и высокооборотном жестком режиме// Нефтяное хозяйство. 1974. - № 10. - С. 19-22.

10. Беркунов B.C., Леонов Е.Г. Проектирование гидравлической программы промывки скважины при бурении с помощью винтовых забойных двигателей//НТЖ Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 1997. - №8. - С.7-10.

11. Бобров М.Г., Кочнев A.M. Результаты исследований энергетической характеристики винтового забойного двигателя Д1-195//Нефтяное хозяйство.- 1988.-№6.- С. 9-13.

12. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: - Наука, 1980. - 975 с.

13. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению. Том 2.-М.: Недра,1985.-191с.

14. Булатов А.И., Пеньков А.И., Проселков Ю.М. Справочник по промывке скважин.- М.: Недра, 1984.-317 с.

15. Булатов, А.И., Проселков А.И., Рябченко В.И. Технология промывки скважин. М.: Недра, 1981.-301 с.

16. Вартумян Г.Т., Осипенко Л.П. Адаптивные методы построения рабочей характеристики «проходка на долото удельная нагрузка». - Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности, 1978.-№3.- С.3-5.

17. Гейман М.А., Мусинов В.И. Турбинное бурение на аэрированной промывочной жидкости. М.: Недра, 1965.-146 с.

18. Гукасов Н.А. Гидродинамика при креплении скважин. М.: Недра, 1976. - 120 с.

19. Гукасов Н.А. Гидродинамические особенности промывки и крепления скважин. М.: Недра, 1979. - 165 с.

20. Гукасов Н.А. Механика жидкости и газа: Учебное пособие для вузов. М.: Недра, 1966. - 443 с.

21. Гукасов Н.А. Прикладная гидромеханика в бурении. М.: Недра, 1999.-359 с.

22. Гукасов Н.А. Практическая гидравлика в бурении. М.: Недра, 1984.- 197 с.

23. Гукасов Н.А. Справочное пособие по гидравлике и гидродинамике в бурении. М.: Недра, 1982. - 304 с.

24. Гукасов Н.А., Коротаев Ю.А., Плотников В.М. Оптимизация параметров промывки при проводке скважины винтовым забойным двигателем. -М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2002. 300 с.

25. Гукасов Н.А., Кочнев A.M. Гидравлика в разведочном бурении: Справ, пособие. М.: Недра, 1991. - 256 с.

26. Гукасов Н.А., Пирвердян A.M. Теоретические исследования движения цилиндрических тел при турбулентном обтекании однородной жидко-стью//Изв. АН СССР. Сер. «Машиностроение». 1962. - №3. - С. 178-180.

27. Гукасов Н.А., Пирвердян A.M. Применение степенных к решению некоторых задач гидравлики//Изв. АН Азерб.ССР. Сер. «Геолого-географические науки». 1962. - №3. - С. 111-116.

28. Гукасов Н.А., Пирвердян A.M. Приближенная формула для определения давления на забое скважины//Нефтяное хозяйство. 1956. - №9. -С. 20-21.

29. Гукасов Н.А., Плотников В.М. Скорость движения выбуренной породы в вязкой и вязкопластичной жидкостях//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2001. - №1. - С. 17-20.

30. Гукасов Н.А., Плотников В.М. Скорость движения частицы шарообразной формы в вязкой и вязкопластичной жидкостях.//Новые идеи в науках о земле: Тезисы докладов V Междунар. конф. М., 2001. - Т. 3. - С. 159.

31. Гукасов Н.А., Плотников В.М. Характеристика винтового забойного двигателя (ВЗД) при использовании в качестве рабочего агента аэрированного глинистого раствора//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2003. - №7. - С. 10-12.

32. Гукасов Н.А., Плотников В.М. Забойное давление при промывке скважины газожидкостной смесью с учетом эксцентриситета колонны бурильных труб относительно оси ствола//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2003. - №8. - С. 21-23.

33. Гукасов Н.А., Плотников В.М. Характеристика винтового забойного двигателя (ВЗД) при использовании в качестве промывочной среды водо-воздушной смеси//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2003. - №10. - С. 17-20.

34. Гукасов Н.А., Плотников В.М. Характеристика винтового забойного двигателя (ВЗД) при использовании в качестве рабочего агента аэрированного глинистого раствора//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2003. - №7. - С. 10-12.

35. Гукасов Н.А., Плотников В.М. Определение расходов жидкости и газа при ламинарном течении аэрированной смеси в эксцентричном кольцевом пространстве//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море.-2003. -№11.-С. 8-11.

36. Гукасов Н.А., Плотников В.М. Определение расходов жидкости и газа при структурном течении аэрированной смеси в эксцентричном кольцевом пространстве//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2003. - №9. - С. 51-54.

37. Гусман A.M. Управление процессом очистки забоя бурящейся скважины: Дисс.докт. техн наук: 05.15.10 -Защищена 06.06.2000; Утв. Москва, 2000. - 276с. - Библиогр.: 13 с.

38. Гусман М.Т., Никомаров С.С., Кочнев A.M. Новый объемный забойный двигатель.//Нефтяное хозяйство.-1970.- №11.- С. 8-12.

39. Еременко Т.Е., Мочернюк Д.Ю. Вытеснение глинистого раствора цементным при цементировании скважин//Крепление скважин и разобщение пластов: Материалы совещания во ВНИИБТ/ ВНИИБТ. М.: Недра, 1964.-С.18-21.

40. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин/ Гусман М.Т., Балденко Д.Ф., Кочнев A.M. и др. М.: Недра, 1981.- 232 с.

41. Каплун В.А. Исследование зависимости характеристики винтовых забойных двигателей от осевой нагрузки на долото и отклоняющей си-ль^/техника и технология низкооборотного бурения: Труды/ВНИИБТ.-М., 1981.-Вып.51.-С. 33-40.

42. Кистер Э.Г., Щеголевский Л.И. О реологическом поведении водных суспензий глин при нагревании. //ДАН СССР, 1970. Т. 195. - С. 140-142.

43. Козодой А.К., Зубарев А.В., Федоров B.C. Промывка скважин при бурении. -М.: Гостоптехиздат, 1963.-172 с.

44. Конт-Белло Ж. Турбулентное течение в канале с параллельными стенками. М.: Мир, 1968. - 87 с.

45. Криль С.И. Уравнения гидродинамики для двухфазных систем. //Изв. ВНИИгидротехники, 1969. Т.91. - С. 86-90.

46. Крылов В.И., Крецул В.В. Особенности технологии промывки горизонтальных скважин (часть 1)//Нефтяное хозяйство. 2001. - №6. - С.36-40.

47. Крылов В.И., Крецул В.В. Особенности технологии промывки горизонтальных скважин (часть Н)//Нефтяное хозяйство. 2001. - №7. - С.20- 24.

48. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидравлика газожидкостных систем. М.: Госэнергоиздат, 1986. - 296 с.

49. Лейбензон Л.С. Руководство по нефтепромысловой механике. (Часть II) М.: Госнаучтехиздат, 1931. - 327 с.

50. Лейбензон Л.С. Собрание трудов. М.: Изд. АН СССР, 1955 - Т.Ш. -669 с.

51. Леонов Е.Г., Исаев В.И. Гидроаэромеханика в бурении.-М.: Недра, 1987.-304 с.

52. Липатов В.И., Мительман Б.И., Плотников В.М. Об определение критического режима течения буровых и цементных растворов.//Нефтяное хозяйство, 1972. №11. - С. 27-30.

53. Мамаев В.А., Одишария Г.Э., Семенов Н.И. Гидродинамика газожидкостных смесей в трубах. М.: Недра, 1969. - 208 с.

54. Маковей Н. Гидравлика бурения. М.: Недра, 1986. - 536 с.

55. Методика выбора рациональных способов и режимов бурения. Обзоры зарубежной литературы. М.: ЦНИИТЭнефтегаз, 1964. 25 с.

56. Методическое руководство по применению статистических методов при проведении лабораторных исследований с буровыми и тампонажными системами. Краснодар, 1971. - 87 с.

57. Межлумов А.О. Использование аэрированных жидкостей при проводке скважин. М.: Недра, 1976,- 231 с.

58. Межлумов А.О., Макурин Н.С. Бурение скважин с применением воздуха, газа и аэрированной жидкости. М.: Недра, 1967. - 320 с.

59. Межлумов А.О., Макурин Н.С. Осложнения и аварии при бурении скважин с использованием газообразных агентов.-М.: Недра, 1970.- 192 с.

60. Минский Е.М. Турбулентность руслового потока. М.: Гидрометео-издат, 1952. 164 с.

61. Мирзаджанзаде А.Х., Ентов В.М. Гидродинамика в бурении. М.: Недра, 1985.-196 с.

62. Мительман Б.И. Справочник по гидравлическим расчетам в бурении. М.:Гостоптехиздат, 1963. - 253 с.

63. Многозаходные винтовые забойные двигатели для бурения и капитального ремонта скважин/Коротаев Ю.А., Цепков А.В., Кочнев A.M. и др. -М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2002. 48 с.

64. Молодило В.И., Коротаев Ю.А., Медведев А.Ю. Автоматизация процесса бурения скважин с использованием винтовых забойных двигате-лей//НТЖ Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. -2002. №1-2. -С.17-21.

65. Морговский С.И., Плотников В.М., Рубин И.С. Автоматизированная система сбора информации о процессе бурения на стендовой буровой// Инф. листок Пермского ЦНТИ. 1982. - №49-82.

66. Наумов В.И. Опыт и проблемы строительства горизонтальных скважин в ОАО «Сургутнефтегаз» //НТЖ «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море». 1998. - №3-4. - С. 12-15.

67. Одишария Г.Э., Точигин А.А. Прикладная гидродинамика газожидкостных смесей. М.: Изд-во ВНИИГАЗ, 1998. - 453 с.

68. Определение оптимальных параметров режима бурения при использовании винтовых забойных двигателей / Вадецкий Ю.В., Плотников В.М., Каплун В. А. и др. // Нефтяное хозяйство. 1977. - № 4. - С. 18-20.

69. Определение параметров режима бурения методом планируемого эксперимента / Вадецкий Ю.В., Астафьев П.И., Князев И.К. и др. // Нефтяное хозяйство. 1978. - № 10. - С. 20-23.

70. Особенности технологии бурения винтовыми забойными двигате-лями/Вадецкий Ю.В., Каплун В.А., Князев И.К. и др.//Нефтяное хозяйство.-1976.-№6.-С. 7-10.

71. Плотников В.М Адаптивная математическая модель бурения винтовыми забойными двигателями//Нефтяное хозяйство. 1981. - №2. - С. 16-18.

72. Плотников В.М. Алгоритм оптимизации режимов бурения скважин винтовыми забойными двигателями// Инф. листок Пермского ЦНТИ. 1979. - №84-79. - 3 с.

73. Плотников В.М. Вопросы оперативного управления процессом бурения скважин винтовыми забойными двигателями//Техника и технология низкооборотного бурения: Труды/ ВНИИБТ. М., 1981. - вып. 51.- С. 58-65.

74. Плотников В.М. Гидродинамика промывки скважин глинистыми растворами и газожидкостными смесями при бурении винтовыми забойными двигателями. М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2003. - 200 с.

75. Плотников В.М. Забойное давление при бурении скважины аэрированными глинистыми растворами//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2003. - №7. - С. 6-8.

76. Плотников В.М. Забойное давление при бурении скважин водовоз-душной смесью//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2003. - №10. - С. 13 - 17.

77. Плотников В.М. Постановка задачи построения математической модели винтового забойного двигателя и оптимального управления им в процессе бурения//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2002. - №10. - С.7-9.

78. Плотников В.М. О решении некоторых задач строительства скважин при турбулентном течении буровых растворов// НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2003. - №8. - С. 33-35.

79. Плотников В.М. Характеристики турбулентных потоков буровых растворов в цилиндрической трубе. М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2002. - 60 с.

80. Плотников В.М., Артемов В.П. Система оперативного управления процессом бурения скважин с применением винтовых забойных двигателей// НТС Нефтегазовая технология, геофизика и бурение. 1984. - Вып. 4. - С. 47-50.

81. Райбман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства. -М.: Энергия, 1975. 375 с.

82. РД 39-2-1156-84. Временное методическое руководство по составлению гидравлической программы бурения скважин. -М.:ВНИИБТ. 1985. -57 с.

83. Совершенствование и внедрение технологии бурения скважин низкооборотными забойными двигателями: Отчет о НИР (заключит.)/Пермский филиал ВНИИБТ; Руководители И.К. Князев, К.Ю. Сурьма, В.А. Каплун. 180; №ГР 78014580; Инв. № 339. - Пермь, 1980. - 150 с.

84. Чефранов К.А. Автоматизация процесса бурения. М.: Гостоптех-издат, 1962.-89 с.

85. Шахмаев З.М., Валихметов Ф.М. Результаты промышленных испытаний винтовых забойных двигателей//РНТС «Бурение».-М.-ВНИИОЭНГ.-1975.-«12.-С.З-5.

86. Шацов Н.И. Разобщение пластов в нефтяных и газовых скважинах. М.: Гостоптехиздат, 1960. 288 с.

87. Шиллер J1. Движение жидкостей в трубах. М.: ИЛ., 1936. - 175 с.

88. Шищенко Р.И., Есьман Б.И. Практическая гидравлика в бурении. М.: Недра, 1966.-319 с.

89. Шищенко Р.И., Есьман Б.И., Кондратенко П.И. Гидравлика промывочных жидкостей. М.: Недра, 1976. - 294 с.

90. Шлихтинг Г. Возникновение турбулентности. -М.: ИЛ. 1962. 203с.

91. Шумилов Л.П. Некоторые результаты экспериментального исследования транспорта шлама по стволу скважины: Труды/ВНИИБТ.-М., 1965.-С. 82-105.

92. Экспериментальное определение технологически необходимого расхода промывочной жидкости/Малкин И.Б., Мительман Б.И., Резчиков А.В. и др.//Труды ВНИИБТ.-1970.-Вып.24.- С. 22-31.

93. Мс. Lean R.H. Crossflow and impact under jet bits. -Petroleym Technology, 1968, N11, p.1299-1306.

94. Di Federico Jgino. Un contributo alio studio del mono turbulento in condotti anulari Nata I. "Termotechnica", 1963, 23, №4, p. 170-174.

95. Elata C., Ippen A.T. M.I.T. Hydrodynamics Lab., Tech. Rep., №46 (1961), 1.

96. Hanks R. W. The Laminar-Turbulent Transition for Fluids with a Jield Stress In: A. I. Су. E. I., vol. 9, N 3. May, 1963, pp. 306-309.

97. Howard G.C., Clare J.B. Cementing of casing. Oil and Gas Journal, 11,1948.

98. Ioung F. S., Jr. Computerized Drilling Control. 43rd Annual Fall Meeting of the Society of Petroleum Engineers of AIME, Houston, Texas, Sept. 29 -Oct. 2, 1968, pp. 1-20.

99. Jack C. Estes and B.V. Randall. Practical Application of Optimized Drilling Operations. 1977 IADC Drilling Technology Conference, New Orleans, Louisiana, March 16- 18, 1977, pp. 1-13.

100. Oyama J., Ito S. Journal of Scientific Research Institute, v. 48,1954.

101. Reichard H. Messungen turbulenter Schwanungen. Natur wissenshaften 404 (1938); ZAMM, 13, 177-180 (1938). ZAMM, 18, (1938).

102. Rotta J. Experimenteller Beitragzur Entstehund turbulent Stromund in Rohr. Ing.-Arch, Bd.24, h.4,1956.

103. Sleicher c.a. Tr., J. Amer. Inst. Engnr., 8-4 (1962-9), 471.

Информация о работе

Плотников, Валерий Матвеевич
доктора технических наук
Москва, 2004
ВАК 25.00.15

Диссертация

Управление гидродинамическими процессами при бурении скважин винтовыми забойными двигателями - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы