Управление проводкой наклонных и горизонтальных скважин в сложных горно-геологических условиях бурения

Повалихин, Александр Степанович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Управление проводкой наклонных и горизонтальных скважин в сложных горно-геологических условиях бурения
ВАК РФ 25.00.14, Технология и техника геологоразведочных работ

Автореферат диссертации по теме "Управление проводкой наклонных и горизонтальных скважин в сложных горно-геологических условиях бурения"

На правах рукописи

Повалихин Александр Степанович

□03054137

Управление проводкой наклонных и горизонтальных скважин в сложных горно-геологических условиях бурения

специальность 25.00.14 - Технология и техника геологоразведочных работ

Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2007

003054137

Работа выполнена в ОАО НПО «Буровая техника»

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Башкатов Дмитрий Николаевич

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Буслаев Виктор Федорович

доктор технических наук, профессор Кульчицкий Валерий Владимирович

Ведущая организация - ОАО «Центргеология»

Защита состоится 22 марта 2007 г. в 13 часов на заседании Диссертационного совета Д.212.121.05 при Российском государственном геологоразведочном университете по адресу: 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 23, ауд. 4-15а, тел. 433-62-56.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГГРУ:

Автореферат разослан 20 февраля 2007 г.

Ученый секретарь Диссертационного с кандидат технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

В сырьевой отрасли России поддержание высокого уровня добычи углеводородов в настоящее время и в обозримом будущем будет достигаться за счет эксплуатации наиболее крупных месторождений Западной Сибири и Урало-Поволжья, в которых сосредоточена основная часть текущих запасов нефти и газа. Уменьшение пластового давления, снижение дебита и высокая обводненность скважин в указанных регионах являются неизбежным следствием интенсивной эксплуатации нефтегазовых месторождений. К настоящему времени высокопродуктивные запасы в значительной мере выработаны.

Бурение геологоразведочных скважин в сложившихся условиях стало единственным надёжным способом уточнения текущих запасов старых и разведки новых месторождений углеводородов.

При геологоразведочных работах в труднодоступных и уже освоенных регионах страны возникает объективная необходимость в бурении наклонных, горизонтальных и многозабойных скважин. При этом надежность и качество результатов геологоразведочных работ определяются точностью реализации проектного профиля скважины.

Многолетняя практика строительства наклонно направленных скважин показывает, что траектория бурения во многих случаях существенно отличается от проектного профиля, а ствол скважины формируется с образованием дефектов в виде уступов, желобов и локальных искривлений, которые осложняют проведение геофизических работ.

К строительству высокотехнологичных геологоразведочных скважин нефтяные компании приступили в конце 90-х годов. Опыт бурения горизонтальных и многозабойных скважин выявил недостаточную для целей геологоразведочных работ точность выполнения проектного профиля, а также низкое качество ствола скважины.

Указанные проблемы наклонного и горизонтального бурения обусловлены устаревшей научно-методической основой такой технологии. Типовая технология проводки направленных скважин основана на

технических решениях, которые были разработаны еще в 70+80-х годах прошлого столетия. Поэтому существенное улучшение качества строительства наклонно направленных и горизонтальных скважин, внедрение технологии строительства многозабойных скважин невозможно без разработки и испытания новых технологических и технических решений.

Создание технологии управления проводкой наклонных и горизонтальных скважин на основе современных представлений о механизме формирования ствола приобретает особую актуальность в связи с применением горизонтального бурения в новейших методах проведения геологоразведочных работ на твердые и жидкие полезные ископаемые.

Цель исследований

Целью работы является повышение эффективности геологоразведочных работ за счет увеличения точности проводки и повышения качества ствола наклонно направленных, горизонтальных и многозабойных скважин по многоинтервальному профилю в сложных горногеологических условиях.

Идея работы

Бурение наклонных и горизонтальных скважин основано на последовательной проводке отдельных интервалов проектного профиля, причем отдельные этапы процесса не сопряжены между собой по своим технологическим параметрам и характеристикам применяемых специальных технических средств, что приводит к существенным отклонениям траектории бурения от проектного профиля и образованию дефектов в стенке ствола скважины в виде локальных искривлений, уступов и желобов. На основе изучения закономерностей формирования отдельных интервалов и в целом профиля скважины разработаны научно-методические, технологические и технические решения, позволяющие осуществлять точную проводку наклонных и горизонтальных скважин по проектному профилю с обеспечением высокого качества формируемого ствола скважины в сложных горно-геологических условиях.

Для достижения поставленной цели и реализации идеи работы сформулированы основные задачи исследований:

- анализ качества и точности проводки наклонно-направленных скважин в регионах применения кустового способа строительства разведочных и эксплуатационных скважин;

- изучение влияния геологических, технологических и технических факторов на параметры формируемого профиля скважин при бурении роторным и турбинным способом;

определение закономерностей азимутального и зенитного искривления ствола наклонно направленной скважины при турбинном бурении КНБК в интервале первого долбления ниже кондуктора диаметром 245 мм в горно-геологических условиях нефтяных месторождений Западной Сибири;

- исследование влияния радиального люфта вала шпинделя турбобура на искривление ствола скважины при бурении в геологическом разрезе, содержащем перемежающиеся по прочности и твердости пласты горной породы;

- разработка математической модели для проведения аналитических исследований стабилизирующих и искривляющих КНБК в условиях влияния на их работу доминирующих технико-технологических и геологических факторов;

- разработка и обоснование показателей надежности работы и устойчивости КНБК с оптимальными размерами на проектной траектории при роторном способе бурения и с применением гидравлических забойных двигателей;

- исследование формирования профиля ствола скважины при неориентируемом бурении с использованием КНБК;

исследование процесса направленной проводки скважины гидравлическим забойным двигателем-отклонителем;

- разработка Метода проектирования КНБК для бурения наклонно прямолинейных интервалов профиля скважины в сложных горногеологических условиях;

- исследование процесса забуривания бокового ствола с цементного моста в интервале вырезанной обсадной колонны;

- разработка метода расчета основных параметров забойного двигателя-отклонителя для забуривания и бурения наклонных, горизонтальных скважин и боковых стволов;

- разработка метода проектирования траектории бурения забойным двигателем-отклонителем с целью выведения ствола скважины в точку с заданными координатами и заданными значениями зенитного угла и азимута;

- разработка и обоснование технических решений для управляемой проводки искривленных интервалов профиля скважины, обеспечивающих формирование гладкой траектории бурения;

- промысловое внедрение технико-технологических решений при проводке наклонно направленных, горизонтальных скважин и боковых стволов;

- разработка методико-математического и программного обеспечения проектирования и проводки ствола наклонных и горизонтальных скважин.

Методы исследований

Для решения поставленных задач использовались методы теории упругости, теоретической механики, сферической геометрии, вычислительной математики и программирования.

Результаты проводки направленных скважин на нефтегазовых месторождениях, а также промысловых экспериментов и апробации полученных результатов исследований обрабатывались с использованием методов математической статистики.

Правомерность полученных результатов и установленных закономерностей проверялась при проводке экспериментальных и опытных наклонных, горизонтальных скважин и боковых стволов.

Научная новизна

Новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- установлены закономерности влияния доминирующих технико-технологических и геологических факторов на интенсивность искривления

ствола при бурении наклонных и горизонтальных скважин с помощью КНБК с центраторами в неустойчивых горных породах;

- установлены закономерности искривления ствола скважины при направленном бурении с использованием отклоняющей КНБК на основе гидравлического винтового забойного двигателя-отклонителя от основных его размеров и режима бурения;

- найдена зависимость расчетных параметров искривляющей КНБК от величины зенитного угла и кривизны ствола скважины, в соответствии с которой для увеличения зенитного угла ствола скважины с постоянной интенсивностью КНБК должна включать не менее двух центраторов, причем величина диаметра верхнего центратора и длина верхней секции являются границей области существования соответствующих параметров КНБК для увеличения зенитного угла с монотонно увеличивающейся и уменьшающейся кривизной ствола скважины;

- установлены закономерности искривления ствола скважины при бурении отклоняющей и стабилизирующей КНБК в зависимости от длины и жесткости гибкого звена, связывающего КНБК с бурильной колонной;

- разработана система показателей стабильности КНБК на проектной траектории в зависимости от гидроэрозии стенки ствола скважины, внедрения опорных элементов в стенку скважины, их абразивного изнашивания, радиального люфта вала забойного двигателя, а также образования шламовой подушки в скважине;

- установлен механизм формирования локальных искривлений ствола скважины при бурении из начального участка ствола, кривизна которого не совпадает с показателем назначения используемой КНБК;

- определена зависимость параметров траектории участка забуривания бокового ствола в цементном мосте от величины завеса породоразрушающей части долота, высоты его корпуса или длины калибратора, а также от диаметра и длины направляющей секции забойного двигателя-отклонителя.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Аналитическая модель для исследования работы КНБК должна включать конструктивные параметры выполнения отдельных секций

забойного двигателя, опорно-центрирующих элементов, а также доминирующие геологические факторы, определяющие траекторию бурения.

2. Выбор критерия оптимизации размеров КНБК и забойного двигателя-отклонителя должен осуществляться с учетом способа бурения, а также конструкции опорно-центрирующих элементов.

3. КНБК для искривления ствола скважины с постоянной интенсивностью увеличения зенитного угла, оптимизированная по критерию равенство нулю отклоняющей силы и угла перекоса долота, должна включать не менее двух опорно-центрирующих элементов.

5. Выбор варианта расчетных размеров КНБК необходимо осуществлять на основе анализа показателей надежности и устойчивости КНБК на проектной траектории бурения, учитывающих влияние на формирование ствола скважины основных технико-технологических и геологических факторов.

6. Выбор метода проектирования отклоняющей, стабилизирующей или искривляющей КНБК должен производиться на основе анализа упругих свойств ее отдельных секций.

7. Траектория начального интервала бокового ствола, равного длине направляющей секции забойного двигателя-отклонителя, определяется величиной завеса долота, его высотой или длиной калибратора, а также диаметром и длиной направляющей секции.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена сходимостью теоретических решений с обработанными методами математической статистики результатами экспериментальных исследований автора, а также с данными строительства наклонных и горизонтальных скважин при проведении геологоразведочных и промысловых работ на твердые и жидкие полезные ископаемые.

Практическая ценность и реализация результатов работы

В результате теоретических и экспериментально-промысловых исследований установлены новые закономерности формирования ствола скважины при бурении КНБК и забойным двигателем-отклонителем, которые

были использованы при проектировании и строительстве наклонных, горизонтальных скважин и боковых стволов, а также при разработке новых технологий направленного бурения:

- разработанные положения используются при создании отраслевых и корпоративных документов, регламентирующих проводку наклонных, горизонтальных скважин и боковых стволов;

- результаты работы являются основой методико-математического обеспечения программного комплекса «Наклонно-направленное бурение - ННБ», который применяется при проектировании и проводке направленных скважин по проектному профилю;

- метод проектирования КНБК и забойного двигателя-отклонителя с упругими и гибкими звеньями был использован при разработке новых типов забойных двигателей для направленного бурения и элементов их технологической оснастки;

- методика расчета КНБК с оптимальными размерами применяется при разработке рабочей документации на строительство наклонных и горизонтальных скважин;

- разработанная технология проводки скважин по многоинтервальному профилю применялась при строительстве первых высокотехнологичных скважин на нефтяных и газоконденсатных месторождениях Западной Сибири, Украины, на шельфе Черного, Южно-Китайского морей, а также в Азовском море.

Пакет программ для ЭВМ «Наклонно-направленное бурение - ННБ» используется в учебном процессе кафедрами бурения Московского государственного геологоразведочного университета им. Серго Орджоникидзе, государственного университета нефти и газа имени академика И.М.Губкина и Томского политехнического университета.

В 2ООО г. за работу «Создание и внедрение многофункционального комплекса для строительства наклонных и горизонтальных боковых стволов» автор был удостоен звания лауреата премии имени академика И.М.Губкина.

На основе результатов исследований разработана принципиально новая технология строительства скважин с системой разведочных и дренажных горизонтальных стволов.

Положения, разработанные в диссертации, включены в справочники по наклонному и горизонтальному бурению, а также в учебные пособия для студентов высших учебных заведений по специальности бурение геологоразведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных конференциях, семинарах и научно-технических совещаниях по проблемам проектирования и строительства направленных скважин:

- 2-й международный симпозиум по бурению разведочных скважин в осложненных условиях, Горный институт, Санкт - Петербург, 2+7 июня 1995 г.;

четвертая международная конференция «Освоение шельфа арктических морей России», Санкт - Петербург, 6+9 июля, 1999 г.;

-международная конференция буровых подрядчиков «JADC Conference», Бухарест, Румыния, 15+16 сентября 1999 г.;

- конференция ассоциации буровых подрядчиков РФ, Москва, 6+7 октября 1999 г.;

-3-й международный семинар «Горизонтальные скважины», Москва, 29+30 ноября, 2000 г.;

- конференция «Буровое оборудование и технологии для восточной Европы», «Объединенные машиностроительные заводы - группа УРАЛМАШ+ИЖОРА» г. Бухарест, Румыния, 6+7 февраля, 2001 г.;

- 6-я международная конференция по горизонтальному бурению, г. Ижевск, 23+25 октября, 2001 г.;

- научно-техническая конференция «Инновационные технологии бурения», Москва, 28 января, 2003 г.;

- международный Евро-Азиатский машиностроительный форум, г: Екатеринбург, 3+6 июня 2003 г.;

- научно-техническая конференция ОАО «Уралмашзавод», г. Екатеринбург, 15 июля, 2004 г.;

- научно-практическая конференция «Новые технико-технологические решения в области строительства наклонных и горизонтальных скважин», Москва, 16 июня, 2004 г.;

- IV международный семинар «Горизонтальные скважины», РГУ нефти и газа, г. Москва, 23-К>4 ноября 2004 г.;

научно-практическая конференция «Передовые технологии строительства и ремонта скважин», г. Полазна, ноябрь, 2004 г.

Основные положения работы вошли в курс лекций по теме «Проектирование и технология проводки наклонных, горизонтальных скважин и боковых стволов», которые читаются автором на курсах повышения квалификации работников буровых предприятий при Российском университете нефти и газа имени академика И.М.Губкина.

Исходный материал и личный вклад

В диссертационную работу вошли теоретические исследования, а также результаты экспериментально-промысловых исследований, выполненные при непосредственном участии автора или под его руководством в период с 1980-^2005 г.

В работе проанализированы результаты проводки наклонных и горизонтальных скважин в различных нефтегазодобывающих регионах. Представительность и достоверность данных оценена с помощью известных методов математической статистики. Использовались также первичные материалы геологических и буровых предприятий, научно-технические отчеты и техническая литература.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 78 печатных работах, в том числе в 2 монографиях, 1 брошюре, 43 статьях, 13 тезисах докладов и 15 патентах и авторских свидетельств на изобретение.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 7 разделов и заключения, изложенных на 405 страницах машинописного текста, содержит 111 рисунков, 77 таблиц, список литературы из 117 наименований.

Во введении приводится обоснование актуальности проблемы исследования. Определены цель и задачи исследований, представлены

основные защищаемые положения и основные результаты реализации работы.

В первом разделе приведен ретроспективный анализ создания, внедрения и развития индустриальной технологии строительства направленных скважин кустовым способом на нефтегазовых месторождениях Западной Сибири. Приведены основные результаты применения технологии наклонно-направленного бурения при строительстве кустовых скважин.

Во втором разделе проведена оценка геологических и технико-технологических факторов на траекторию бурения гидравлическими забойными двигателями в неустойчивых горных породах. С учетом проведенного анализа результатов применения КНБК разработана и обоснована аналитическая модель, позволяющая проводить исследования и проектирование КНБК с оптимальными техническими характеристиками. Во втором разделе обоснованы показатели надежности работы и устойчивости КНБК на проектной траектории при роторном и турбинном способах бурения. Проведены аналитические исследования, на основе которых разработаны новые конструктивные схемы КНБК на базе гидравлических забойных двигателей.

В третьем разделе представлены результаты опытно-промысловых исследований КНБК с оптимальными размерами. Исследования проводились при бурении роторным способом и гидравлическими забойными двигателями наклонных, горизонтальных скважин с многоинтервальным проектным профилем.

Четвертый раздел посвящен технологии ориентированного искривления ствола скважины с помощью забойного двигателя-отклонителя. В разделе приведена методика расчета отклоняющей КНБК, включающей упругие и гибкие секции, рассмотрены вопросы формирования профиля скважины при решении различных технологических задач по управлению траекторией бурения. Представлены технические решения для направленной проводки ствола скважины, разработанные на основе результатов проведенных исследований. В четвертом разделе приведен анализ процесса забуривания бокового ствола с помощью забойного двигателя-отклонителя, а

также основные закономерности создания направляющего интервала в цементном мосту.

В пятом разделе представлены основные положения принципиально новой технологии строительства скважин с системой разведочных и дренажных горизонтальных стволов в продуктивном пласте.

В шестом разделе изложены результаты внедрения разработанных технико-технологических решений при строительстве наклонных, горизонтальных скважин и боковых стволов на сухопутных и морских нефтегазовых месторождениях в России и за рубежом.

Седьмой раздел включает анализ экономической эффективности технологии направленной проводки боковых стволов.

Заключение содержит основные выводы и рекомендации по результатам диссертационной работы.

Исследования автора базируются на теоретических основах отечественной технологии наклонного и горизонтального бурения скважин на нефть и газ значительный, вклад в создание которых внесли: Балицкий П.В., Барский И.Л., Безумов В.В., Беляев В.М., Белоруссов В.О., Бронзов A.C., Буслаев В.Ф., Васильев Ю.С., Ворожбитов М.И., Григорян A.M., Григорян H.A., Григулецкий В.Д., Гулизаде М.П., Гусман М.Т., Бастриков С.Н., Закиев Р.Б., Зиненко В.П., Иоаннесян P.A., Костин Ю.С., Кульчицкий В.В., Кагарманов Н.Ф., Калинин А.Г., Крылов В.И., Кукушкин И.В., Лиманов E.JL, Левицкий А.З., Марков O.A., Лукьянов В.Г., Мамедбеков O.K., Морозов Ю.Т., Нескоромных В.В., Оганов С.А., Оганов A.C., Прохоренко В.В., Поташников В.Д., Страбыкин И.Н., Рогачев O.K., Семак Г.Г., Середа Н.Г., Солодкий K.M., Соломенников С.В., Соловов Ю.Г., Сулакшин С.С., Султанов Б.З., Сушон Л.Я., Федоров А.Ф. и др..

Теоретические основы диссертационной работы были созданы в процессе научного сотрудничества с учеными лаборатории наклонно направленного бурения ВНИИБТ К.М.Солодким и А.Ф.Федоровым.

За проявленное внимание к работе и сотрудничество при обсуждении многих вопросов автор благодарит д.т.н. Оганова Г.С.

Автор благодарит главного метролога ВНИИБТ, к.т.н. O.K. Рогачева, руководителей ГАО «Черноморнефтегаз» к.т.н. Козлова A.B. и

к.т.н. Глушича В.Г., оказавших неоценимую помощь при промысловой ' апробации и внедрении научных разработок.

Искреннюю признательность за консультации и ценные замечания, высказанные в ходе обсуждения работы, автор выражает академику УНГА, к.т.н. В. Ю. Близнюкову.

Автор работы благодарит сотрудников отдела инженерного сопровождения, отдела метрологии и телеметрии и лаборатории конструирования винтовых забойных двигателей ВНИИБТ как бывших, так и работающих в настоящее время за оказанную помощь в работе над диссертацией.

Особую благодарность автор работы выражает своему Учителю, доктору технических наук, профессору, академику РАЕН Калинину Анатолию Георгиевичу.

На основании выполненных исследований сформулированы следующие защищаемые положения

Первое защищаемое положение

Аналитическая модель для исследования работы КНБК должна включать конструктивные особенности выполнения отдельных секции забойного двигателя, опорно-центрирующих элементов, а также доминирующие геологические факторы, определяющие траекторию бурения

КНБК включает секции турбобура, гидравлического винтового забойного двигателя (ГВЗД), различные технологические элементы низа бурильной колонны, которые имеют разную жесткость на изгиб, длину, диаметр и вес.

Математическая модель и расчетная схема КНБК должны учитывать особенности конструкции турбобура и ГВЗД, технологию проводки скважины и горно-геологические условия бурения.

Наиболее полно поставленным условиям и требованиям отвечает расчетная схема КНБК, в которой:

- форма изгиба оси КНБК плоская;

- на КНБК действуют продольные и поперечные распределенные и сосредоточенные силы;

- КНБК включает три и более опоры вместе с долотом;

- долото является шарнирной опорой, а остальные опоры - точечными;

- вал с долотом имеет фиксированное смещение (радиальный люфт);

- ось ствола скважины прямолинейная или дуга окружности;

- секции КНБК имеют разную жесткость на изгиб, диаметр и вес единицы длины.

ЕЛ.; ч,

Рис. 1. Расчетная схема компоновки низа бурильной колонны

В соответствии с расчетной схемой (рис. 1) дифференциальные уравнения третьего порядка в безразмерной форме для каждой секции КНБК имеют вид: первая секция Ь]

у"-х-у; +Р.У;-х+г=о (1)

вторая секция Ь

а- ут2 - рх- у'2 - 1-х + - (1- у'2 +1)(1 -1)= 0 (2)

третья секция Ь3

Ь-у-к-х-у'з + р-у'3-к-х+Гг(1-у'з +1)-( 1-1)-(1гу'3 +1,)-(1-к) = 0

Обезразмеривание дифференциальных уравнений (1, 2, 3) для каждой секции КНБК осуществлялось по параметрам Е.^ и Я] первой секции (от долота) по формулам:

где:

- Е-.1ь Е^2, Е^з - жесткость на изгиб первой, второй и третьей секции КНБК соответственно, кН-м2;

- Р - осевая нагрузка на долото, кН;

- Чь Чг. Чз - вес единицы длины первой, второй и третьей секции КНБК с учетом плотности промывочной жидкости соответственно, кН/м;

- а - зенитный угол ствола скважины, град.;

- Р, Н, Н| - отклоняющая сила на долоте и поперечные реакции на центраторах, кН;

В соответствии с расчетной схемой и принятыми требованиями к выполнению опорных элементов условия сопряжения секций КНБК в безразмерном виде могут быть записаны следующим образом:

вточкех = 0:

У = с

на первой опоре:

у, = у2+ - при отсутствии касания опорного элемента со стенкой скважины;

5^+14*2 = ^ + 11,

у" = О

у, =У2 + г, = с1| -Б [г- ^

] - при касании опорным

элементом стенки ствола скважины;

У.'= У 2-5,

уГ = у2" а

на второй опоре:

У2= Уз + т-г - при отсутствии касания опорного элемента со стенкой скважины;

У2 = Уз + г2 = с12 - Б [г - -у/г2 — (/, + /2 )2 ] -при касании опорным элементом стенки ствола скважины;

У 2 = Уз~^2

в точке касания турбобура, ГВЗД или УБТ стенки ствола скважины:

У3=(13+ "(/;+/,+/,У

,__?(// +12+13)_

Уз -

Б-г2

гг

-(а +/2+02

где безразмерные параметры:

- с1ь - радиальный зазор между стенкой скважины и нижним и верхним опорными устройствами соответственно;

- с13 - радиальный зазор между стенкой скважины и корпусом турбобура, ГВЗД или бурильной трубой;

- г - радиус кривизны ствола скважины;

- 13 - расстояние от верхнего опорного элемента до точки касания турбобуром, ГВЗД или бурильной трубой стенки ствола скважины;

- 1ь 12 - длина первой и второй секции соответственно;

- Б - идентификатор кривизны ствола скважины;

- 5Ь 62 - угол перекоса осей секций на первой и второй опоре соответственно;

- а - отношение жесткости на изгиб первой секции к жесткости второй секции;

- Ь - отношение жесткости на изгиб первого секции к жесткости третьего секции;

- ъ\, гг - величина радиального смещения осей секций относительно друг друга на первой и второй опорах соответственно;

-1 - смещение долота от оси скважины.

В зависимости от формы оси скважины идентификатор б может принимать три значения: -1, 1 и 0, которые соответствуют вогнутым, выпуклым и тангенциальным участкам проектного профиля скважины.

Параметры гиб обезразмеривались по формулам:

г-к-'8а (4)

т,

б = Д%а (5)

где:

Я - радиус кривизны ствола скважины, м;

Д - угол перекоса секций КНБК, рад.

Обезразмеривание параметров 1, с! 1, <32, с13, гх и ъг производилось по формуле:

При решении системы уравнений (1, 2, 3) для КНБК с заданными размерами определяются значения отклоняющей силы на долоте, угла между осью долота и касательной к оси скважины, значение и направление реакций стенки ствола скважины на каждом опорном элементе, а также прогиб, угол поворота, изгибающий момент и перерезывающая сила в сечениях КНБК.

Решение задачи реализовано в виде компьютерных программ «КНБК» и «Отклонитель».

Второе защищаемое положение

Выбор критерия оптимизации размеров КНБК и забойного двигателя-отклонителя должен осуществляться с учетом способа бурения, конструкции опорно-центрирующих элементов

Проектирование КНБК заключается в определении параметров, удовлетворяющих поставленным условиям на долоте, которые принято называть критерием оптимизации.

Правильный выбор критерия оптимизации во многом определяет точность результатов расчета, эффективность разработанных рекомендаций и, в конечном итоге, надежность проектирования КНБК.

В практике наклонно направленного бурения при оптимизации геометрических размеров КНБК применяется критерий, в соответствии с которым отклоняющая сила на долоте равна нулю. При равенстве нулю отклоняющей силы долото не фрезерует своей боковой поверхностью стенку ствола скважины. В процессе бурения горная порода разрушается только в направлении оси долота, которое в общем случае может не совпадать с направлением проектной оси прямолинейного интервала скважины или касательной к оси искривленного ствола скважины.

При сохранении радиального зазора на центраторах критерий равенство нулю отклоняющей силы на долоте может обеспечить достаточно надежную стабилизацию зенитного угла или заданную интенсивность его изменения при бурении КНБК без надцолотного калибратора. Однако при перекосе долота возникает перерезывающая сила, действующая на опоры шарошек долота, что снижает ресурс его работы. Кроме того, для формирования качественного ствола скважины непосредственно над долотом необходимо устанавливать калибратор. Смещение оси направляющей секции КНБК в точке, расположенной от торца долота на расстоянии, равном длине надцолотного калибратора, может быть значительно больше величины радиального зазора между рабочей поверхностью калибрующих элементов и стенкой скважины. При этом надцолотный калибратор, являющийся дополнительной опорой, не предусмотренной расчетной схемой, способствует появлению отклоняющей силы на долоте.

Из уравнения (1) при х = О получено следующее соотношение в безразмерном виде:

У"' = -/-У'-Р (7)

где:

í - отклоняющая сила ;

у' - угол перекоса долота;

р - продольная нагрузка;

у'" - перерезывающая сила.

Анализ уравнения (7) показывает, что для выполнения на долоте условий Г=0 и у"'= 0 необходимо, чтобы и угол перекоса долота был равен нулю (у - 0).

При равенстве нулю не только отклоняющей силы, но и угла перекоса долота горная порода будет разрушаться только в направлении оси прямолинейного ствола скважины или касательной к оси искривленного интервала скважины. При этом наддолотный калибратор уже не является дополнительной опорой и, таким образом, расчеты КНБК будут отличаться большей точностью и достоверностью.

Таким образом, критерий оптимизации параметров КНБК, основанный на равенстве нулю отклоняющей силы на долоте и угла его перекоса, имеет существенные преимущества и может быть использован при расчете и проектировании КНБК для решения различных технологических задач.

Длина направляющей секции и диаметр нижнего центратора, при которых угол перекоса долота равен нулю, связаны соотношением:

Оц=й--(8)

Ц \2-EJ

где:

Оц - диаметр центратора, м;

О - диаметр долота (буровой коронки) м;

Ь - длина направляющей секции, м;

g - вес 1 м направляющей секции, кН;

Е.1 - жесткость на изгиб направляющей секции, кН-м2

Для одноцентраторной КНБК при заданном значении зенитного угла и кривизны ствола скважины существует единственная пара оптимальных значений диаметра центратора и длины направляющей секции. Например, в КНБК с одним центратором для стабилизации зенитного угла 20° при

роторном способа бурения (УБТ диаметром 203 мм и долото диаметром 295,3 мм) для выполнения двух условий критерия оптимизации центратор диаметром 284 мм следует установить на расстоянии 8 м от долота. При этом указанная длина направляющей секции КНБК является максимальной, а величина диаметра центратора - минимальной для поставленных условий расчета. У многоцентраторных КНБК с оптимальными размерами длина направляющей секции значительно короче, а величина диаметра центратора будет близка к номинальному диаметру долота. Например, если длина направляющей секции КНБК с двумя центраторами на основе УБТ-203 с долотом диаметром 295.3 мм равна 4 м, то диаметр нижнего центратора для выполнения принятых условий оптимизации должен быть равен 295 мм.

Критерий оптимизации размеров КНБК с двумя условиями жестко устанавливает длину направляющей секции КНБК с одним центратором, что не всегда выполнимо в случае использования забойного двигателя (ГВЗД или турбобура). Особенности конструирования КНБК на основе забойного двигателя заключаются в том, что во многих случаях единственно возможным местом установки центратора является нижняя часть шпинделя и разъемы секций. В многоцентраторной КНБК При размещении центраторов в соответствии с конструкцией забойного двигателя величина диаметра нижнего центратора будет близка к номинальному диаметру долота, что не удовлетворяет требованиям технологии бурения забойным двигателем ввиду возможного «зависания» бурильной колонны в скважине.

При применении критерия, в соответствии с которым равна нулю только отклоняющая сила на долоте, нет необходимости в столь жестких условиях, что позволяет подвергать оптимизации одноцентраторную КНБК с различной длиной направляющей секции и выбирать из ряда вариантов такую длину, которая удовлетворяет как конструктивным характеристикам забойного двигателя, так и условиям бурения.

Таким образом, при оптимизации размеров КНБК на базе забойного двигателя целесообразно использовать критерий, при котором отклоняющая сила на долоте равна нулю.

При роторном способе бурения не накладываются жесткие ограничения на диаметр центраторов, а также на длину секций КНБК.

Поэтому при оптимизации размеров КНБК для роторного способа бурения может быть реализован критерий с двумя условиями - равенство нулю отклоняющей силы на долоте и угла перекоса долота в скважине.

Критерий оптимизации с двумя условиями на долоте целесообразно применять при проектировании КНБК для колонкового бурения, так как при этом улучшается качество формируемого керна и его сохранность.

Третье защищаемое положение

КНБК для искривления ствола скважины с постоянной интенсивностью увеличения зенитного угла, оптимизированная по критерию равенство нулю отклоняющей силы на долоте и угла перекоса долота, должна включать не менее двух опорно-центрирующих элементов

Расчетные размеры КНБК с одним центратором являются функцией зенитного угла, поэтому в процессе бурения два условия критерия оптимизации будут выполняться только в том случае, если при проводке восходящего интервала скважины длину направляющей секции уменьшать, а диаметр центратора увеличивать. Реализовать данное условие с помощью обычной КНБК, включающей стационарные центраторы, невозможно.

При увеличении количества центраторов появляется возможность получить множество вариантов оптимальных размеров КНБК для заданных значений зенитного угла и радиуса кривизны ствола скважины. Анализ вариантов оптимальных размеров искривляющей КНБК с двумя центраторами позволил выявить такие соотношения размеров её верхней и нижней секции, которые не зависят от зенитного угла.

На рис. 2 представлены графики зависимости диаметра верхнего центратора от длины верхней секции искривляющей КНБК с двумя центраторами, полученные при различных значениях зенитного угла. Длина направляющей секции КНБК равна 2,5 м, а диаметр нижнего центратора -214,7 м (при величине зенитного угла - 20°). Расчетный радиус восходящего участка скважины равен 5730 м.

Кривые линии на рис. 2 пересекаются в точке с координатами «длина верхней секции 7,5 м; диаметр верхнего центратора - 199, 5 мм», что

говорит о возможности конструирования КНБК для искривления ствола с постоянной интенсивностью увеличения зенитного угла.

Длина верхней секции, м

Рис. 2 Зависимость диаметра верхнего центратора от длины верхней секции КНБК с двумя центраторами. Длина нижней секции КНБК равна 2.5 м, диаметр нижнего центратора равен 214.7 мм. КНБК выполнена на основе УБТ-178 с долотом диаметром 215.9 мм и предназначена для увеличения зенитного угла с интенсивностью 1°/100м

В общем случае величина диаметра нижнего центратора зависит от зенитного угла, однако из-за значительной жесткости направляющего участка КНБК расчетное изменение диаметра центратора не превышает величину допуска на его изготовление. Например, для рассматриваемой КНБК расчетный диаметр нижнего центратора при увеличении зенитного угла с 20° до 40° уменьшается на 0,7 мм (с 213, 2 мм до 212, 5 мм). Причем каждой возможной длине направляющей секции КНБК будет соответствовать единственная пара расчетных значений диаметра верхнего центратора и длины верхней секции.

Таким образом, если поместить КНБК с указанными размерами в искривленный по радиусу 5730 м ствол скважины, то при бурении с увеличением зенитного угла поставленные условия оптимизации будут выполняться. В таблице 1 приведены размеры КНБК для искривления ствола скважины с интенсивностью увеличения зенитного угла 1°/100м. КНБК включает долото диметром 215.9 мм, УБТ-178, два центратора.

Таблица 1

Оптимальные размеры КНБК для искривления ствола скважины по радиусу 5730 м

Длина Диаметр Длина Диаметр

направляющей нижнего верхней верхнего

секции, м центратора, секции, центратора,

мм м мм

1,5 215,5 5'7 205,1

2,0 215,1 6,3 202,3

2,5 214,7 7,3 199,0

3,0 214,0 8,5 195,7

3,5 213,2 9,6 192,0

Значения длины верхней секции и диаметра верхнего центратора оптимальной искривляющей КНБК являются координатами точки пересечения кривых, являющихся зависимостями <<длина верхней секции — диаметр верхнего центратора». Совокупность таких точек пересечения образует кривую А-Б, которая разделяет область оптимальных параметров верхней секции КНБК, ограниченную координатными осями на два поля (рис. 2). Поле, расположенное выше линии А-Б, определяет длину верхней секции КНБК, при которой искривляющая КНБК будет увеличивать зенитный угол ствола скважины с увеличивающейся интенсивностью. Ниже линии А-Б - это область существования искривляющих КНБК, при использовании которых зенитный угол будет увеличиваться с уменьшающейся интенсивностью.

Данное защищаемое положение является основой для разработки технических средств и технологии оптимального управления проводкой наклонных и горизонтальных скважин с помощью КНБК с изменяемыми в процессе бурения геометрическими параметрами.

Четвертое защищаемое положение

Выбор варианта расчетных размеров КНБК необходимо осуществлять на основе анализа показателей надежности и устойчивости КНБК на проектной траектории бурения, учитывающих влияние на формирование ствола скважины основных технико-технологических и геологических факторов.

В реальной скважине условия работы КНБК могут существенно отличаться от заданных расчетной схемой. Например, диаметр ствола скважины может увеличиваться сразу же за долотом вследствие гидроэрозии стенки скважины, опорные элементы центраторов изнашиваются и внедряются в стенку ствола, а вал забойного двигателя может быть установлен с радиальным люфтом. Кроме того, в некоторых случаях при сборке КНБК не всегда могут быть выдержаны расчетные размеры.

Поэтому необходимо принять показатели, которые позволят выбрать для проектирования КНБК из множества расчетных размеров вариант, обеспечивающий устойчивость КНБК на проектной траектории бурения при воздействии основных дестабилизирующих факторов, надежность стабилизации зенитного угла или его изменение с запланированной интенсивностью при сохранении азимутального направления ствола скважины.

Нарушение условий оптимизации КНБК, заданных расчетной схемой, приводит к появлению отклоняющей силы на долоте, зависимость которой от рассматриваемых дестабилизирующих факторов имеет линейный характер.

В качестве показателя устойчивости КНБК на проектной траектории бурения принимается изменение отклоняющей силы на единицу

дестабилизирующего фактора:

_ Ж

' УСТ

(9)

ЛФ

где:

ПУСТ-показатель устойчивости, кН/мм;

ДР0т - изменение величины отклоняющей силы, кН;

ДФ - гидроэрозия стенки скважины (изнашивание центратора, внедрение рабочих элементов центратора в стенку скважины), мм.

На долоте стабилизирующей КНБК, расположенной в прямолинейном стволе скважины с зенитным углом, величина которого отличается от расчетного значения, будет действовать отклоняющая сила, которая может быть направлена как в сторону восстановления проектного значения зенитного угла, так и его дальнейшего изменения.

При этом в первом случае за счет отклоняющей силы в процессе углубления скважины будет восстановлен зенитный угол, величина которого является показателем назначения стабилизирующей КНБК.

Таким образом, для оценки надежности работы стабилизирующей КНБК принимается показатель надежности стабилизации зенитного угла, который может быть выражен в виде следующей зависимости:

_Ж

НАД

(10)

Л а где:

Пнад - показатель надежности, кН/°; ДРот - изменение величины отклоняющей силы, кН. Да - величина отклонения зенитного угла от расчетного значения, Положительной считается отклоняющая сила, которая направлена в сторону восстановления расчетного угла стабилизации зенитного угла.

В процессе проектирования анализ показателей надежности стабилизации зенитного угла и устойчивости КНБК на проектной траектории производится в диапазоне изменения зенитного угла и дестабилизирующих

факторов, при котором расчетная схема взаимодействия КНБК со стволом скважины не изменяется.

Для оценки устойчивости КНБК на проектной траектории бурения при изменении расчетной кривизны ствола скважины принимается показатель жесткости КНБК:

Пжст-—1- (П)

АI

где:

ПЖст- показатель жесткости, кН-м/°;

Д1 - величина отклонения кривизны от расчетного значения, °/м;

ДР0т - изменение величины отклоняющей силы, кН.

На рис. 3 представлена зависимость показателя надежности стабилизации зенитного угла, равного 20°, для одноцентраторной КНБК на базе турбобура ЗТСШ-195 с долотом диаметром 215.9 мм от длины её направляющей секции.

Из графика, приведенного на рис. 3, следует, что длина направляющей секции типовой КНБК, равная 1.4+1.8 м, находится вне диапазона надежной работы по стабилизации зенитного угла ствола скважины. Поэтому при увеличении или уменьшении зенитного угла относительно расчетного для типовой КНБК значения в процессе дальнейшего углубления ствол скважины будет искривляться. Причем направление искривления определяется величиной фактического зенитного угла ствола скважины. В случае если зенитный угол меньше 20° ствол скважины будет искривляться в направлении уменьшения зенитного угла и наоборот.

Рис. 3 Зависимость показателя надежности стабилизации зенитного угла ствола скважины от длины направляющей секции КНБК с одним центратором на основе турбобура диаметром 195 мм с долотом диаметром 215.9 мм

На рис. 4 приведены зависимости показателей устойчивости анализируемой типовой КНБК на проектной траектории бурения. Устойчивость КНБК, как это следует из графиков (рис. 4), существенно улучшается при длине направляющей секции свыше 2,5 м.

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Рис. 4 Зависимость показателей устойчивости от длины направляющей секции стабилизирующей КНБК с одним центратором на основе турбобура диаметром 195 мм с долотом диаметром 215.9 мм

Таким образом, из анализа показателей устойчивости КНБК на проектной траектории и надежности стабилизации зенитного угла следует, что центратор в типовой КНБК следует располагать на корпусе турбобура на расстоянии от 2.5 м до 3.5 м относительно долота. Использовать для стабилизации зенитного угла ствола скважины турбинные КНБК с длиной направляющей секции свыше 3.5 м нецелесообразно, поскольку устойчивость к воздействию анализируемых дестабилизирующих факторов увеличивается незначительно. Кроме того, при указанной длине направляющей секции в состав КНБК необходимо включать центратор, диаметр которого превышает 214 мм, что нежелательно по причинам, связанным с прохождением КНБК по стволу скважины и возможным «зависанием» бурильной колонны в процессе бурения.

Пятое защищаемое положение

Выбор метода проектирования отклоняющей, стабилизирующей или искривляющей КНБК должен производиться на основе анализа упругих свойств ее отдельных секций.

КНБК для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин состоят из отдельных, соединенных резьбовыми соединениями секций, находящихся в условиях упругого взаимодействия между собой, а с нижней частью бурильной колонны КНБК может быть связана посредством гибкого звена или шарнира. Указанные элементы частично или полностью отсекают изгибающий момент, действующий на КНБК со стороны бурильной колонны.

В процессе проектирования КНБК необходимо определиться с методом её расчета, а также найти параметры гибкого звена, при которых в процессе бурения будет обеспечиваться показатель назначения КНБК.

Упругие свойства секции КНБК оцениваются на основе анализа ее упругого взаимодействия с нижней частью бурильной колонны, расположенной непосредственно над опорно-центрирующим элементом.

Рис. 5 Зависимость угла поворота сечения бурильной колонны в месте расположения опорно-центрирующего элемента от длины направляющей секции КНБК

На рис. 5 представлена кривая линия, характеризующая вид зависимости угла (0) поворота сечения бурильной колонны в месте расположения опорно-цеНтрирующего элемента от длины направляющей секции (Ь). График получен для КНБК включающей долото, секцию УБТ и опорно-центрирующий элемент. Точки пересечения кривой с осью «длина секции» и точка максимума определяют области существования различных типов секций КНБК:

- жесткие §{Ь{ЬХ

- упругие ЬХ{Ь< Ь2;

- гибкие Ь)Ь2.

где:

¿,=2.828.^-^

О - диаметр долота и центратора, м;

с! - диаметр секции УБТ, м;

Е1 - жесткость на изгиб секции УБТ, кН*м2;

q - вес 1 м секции УБТ, кН/м.

Выбор метода расчета КНБК определяется упругими свойствами её отдельных секций. Если КНБК состоит из жёстких секций и связана с бурильной колонной шарниром или гибким звеном, то расчет может быть проведен по упрощенной методике без учета деформации. При наличии упругой или гибкой секции КНБК должна рассматриваться как деформируемая система.

В целях уменьшения длины интервала сопряжения участков профиля скважины, снижения интенсивности локальных искривлений ствола, уменьшения знакопеременных изгибающих нагрузок, действующих на КНБК со стороны бурильной колонны, непосредственно над забойным двигателем-отклонителем или верхним центратором КНБК устанавливают гибкое звено, выполненное в виде бурильной трубы. При этом бурильная труба должна иметь такую длину и жесткость, которые обеспечивают выполнение проектного показателя назначения забойного двигателя-отклонителя или КНБК.

16.5

Масштаб длины, м

Рис. б Зависимость минимальной длины упругой секции от масштаба длины для КНБК: долото диаметром 215.9 мм; бурильная труба (гибкое звено); центратор диаметром 215 мм; УБТ-178

На рис. 6 приведена зависимость минимальной длины упругой секции

бурильной трубы, используемой в составе КНБК в качестве гибкого звена.

Для минимизации влияния изгибающего момента, действующего со стороны бурильной колонны на забойный двигатель-отклонитель, масштаб длины гибкого звена должен быть меньше 16.5 м, а его длина - больше длины упругой секции. В случае установки над забойным двигателем-отклонителем гибкого звена с масштабом длины меньше 16.5 м интенсивность искривления ствола скважины практически не зависит от зенитного угла.

Масштаб длины гибкого звена в целях сохранения показателя назначения стабилизирующей или искривляющей КНБК должен быть равен или превышать 16.5 м, а его длина - меньше длины упругой секции. Включение в состав КНБК гибкого звена с указанными параметрами снижает её жесткость, что снижает силы трения при прохождении КНБК через искривленные интервалы ствола скважины.

от масштаба . её длины т = , которая определяет параметры

Защищаемое положение должно использоваться для разработки требований к жесткости и размерам керноотборных снарядов, забойных двигателей, телесистем при их конструировании, так как указанные технологические элементы бурильной колонны определяют функциональные возможности КНБК.

Шестое защищаемое положение

Траектория начального интервала бокового ствола, равного длине направляющей секции забойного двигателя-отклонителя, определяется величиной завеса долота, его высотой или длиной калибратора, а также диаметром и длиной направляющей секции.

При фрезеровании без углубления долото внедряется в горную породу на величину равную завесу шарошек долота (рис. 7). В процессе бурения стенка скважины будет ограничивать поперечное смещение долота в направлении искривления ствола, являясь копиром для корпуса долота. При этом центр долота будет описывать кривую, которая определяется геометрическими размерами направляющей секции винтового забойного двигателя-отклонителя (ВЗДО) и соотношением диаметров долота его корпуса или калибратора, если он установлен.

Рис. 7 Схема формирования направляющей поверхности цементного моста

Координаты траектории движения центра долота при условии, если центр координат расположен на оси ствола скважины в точке забуривания бокового ствола (БС), определяются из математических выражений:

(12)

(13)

где:

о =-

И - проходка (величина перемещения ВЗДО в осевом направлении), м;

Ь - длина направляющей секции ВЗДО, м;

с! - диаметр шпинделя ВЗДО, м;

Э - диаметр долота, м.

На интервале бурения, равном длине ограничивающего поперечное смещение долота элемента КНБК (корпус самого долота, калибратор), центр долота перемещается по параболической траектории. Таким образом, через равные интервалы бурения, совпадающие с длиной ограничивающей поперечное смещение долота поверхности (корпус долота, калибратор), долото будет фрезеровать горную породу в сторону увеличения зенитного угла. При этом за точкой фрезерования ствол скважины будет искривляться по дуге параболы, причем угол наклона дуги будет с каждым шагом увеличиваться. Направляющая поверхность зарезного цементного моста на интервале, равном длине шпинделя ВЗДО будет формироваться ступенчатой,

а координаты точек фрезерования долотом горной породы при условии п{— могут быть определены из приближенных выражений:

rn=Y„_]+l.L-^l + A.(n-1) (15)

где:

Д - величина завеса долота, м;

L - длина направляющей секции ВЗДО, м;

1 - высота долота или длина калибратора, м.

После углубления БС на величину, превышающую длину шпинделя, кривизна ствола будет определяться преимущественно жесткостью и геометрическими параметрами отклоняющей КНБК.

В таблице 2 приведены расчетные значения радиуса кривизны ствола скважины при бурении отклоняющей КНБК с различными геометрическими размерами. Отклоняющая КНБК включает ВЗДО диаметром 95 мм с долотом диаметром 120.6 мм. Длина направляющей секции ВЗДО равна 0.8 м. Над ВЗДО расположены бурильные трубы диаметром 73 мм или утолщенные бурильные трубы диаметром 95 мм. Расчет производился с использованием программы для ЭВМ «Отклонитель».

Таблица 2

Расчетный радиус искривления ствола скважины

Длина верхней секции, м Угол перекоса секций ВЗДО, град

2,0 2,5 3.0

ВЗД О + БТ-73

2.0 97 71 55

2.5 100 75 ■ 55

3.0 106 78 54

3.5 111 82 53

4.0 116 85 52

ВЗДО + УБТ-95

2.5 87 65 43

Как следует из таблицы 2, радиус кривизны ствола скважины определяется преимущественно углом перекоса секций ВЗДО и жесткостью бурильных труб, расположенных над ним. При увеличении длины направляющей секции ВЗДО с углом перекоса секций 2.5° и длиной верхней секции 2.5 м, например, в два раза (до 1.6 м) расчетный радиус искривления БС увеличивается не более чем на 3^-4 м. Причем расчетный радиус кривизны, полученный для ВЗДО с углом перекоса секций 2.5°, не превышает минимально необходимую величину (90 м) радиуса забуривания БС, при котором долото выходит за пределы ствола в вырезанном интервале обсадной колонны.

Заключение

В диссертационной работе содержатся теоретические основы управления проводкой наклонных и горизонтальных скважин, разработанные с учетом выявленных закономерностей формирования ствола при бурении в сложных горно-геологических условиях роторным способом и гидравлическими забойными двигателями. Теоретические положения диссертационной работы реализованы в виде технологических и технических решений, а также в виде методико-математического и программного обеспечения направленного бурения геологоразведочных и эксплуатационных скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые.

Основные выводы и рекомендации диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана обобщенная аналитическая модель стабилизирующих, искривляющих и отклоняющих КНБК, учитывающая конструктивные особенности гидравлических забойных двигателей, а также основные технико-технологические и геологические факторы, определяющие траекторию бурения.

2. Разработаны и обоснованы показатели надежности и устойчивости КНБК на проектной траектории, позволяющие проектировать КНБК с учетом доминирующих геологических факторов разреза бурения.

3. Разработанные методико-математические решения являются основой программного комплекса «Наклонно направленное бурение - ННБ», предназначенного для проектирования, контроля и управления траекторией бурения наклонных скважин.

4. Разработаны конструктивные схемы КНБК с оптимальными размерами для бурения направленных скважин с отбором керна в

неустойчивых горных породах турбинным способом и гидравлическими винтовыми забойными двигателями.

5. Впервые установлено, что при бурении жесткими стабилизирующими КНБК из искривленного стартового интервала ствол скважины формируется с образованием локальных искривлений.

6. Разработаны технологические решения по проводке скважины с многоинтервальным профилем на основе КНБК с оптимальными размерами, позволяющие осуществлять строительство наклонных и горизонтальных скважин по гладкой траектории.

7. Разработана технология выведения ствола скважины в точку с заданными координатами и заданными зенитным углом и азимутом по профилю с минимальным углом охвата.

8. Разработана конструкция и теоретическое обоснование устройств для проводки искривленных интервалов ствола скважины роторным способом.

9. Разработаны и запатентованы конструкции технических средств, позволяющие стабилизировать положение забойного двигателя-отклонителя в процессе бурения и улучшающие условия управления траекторией бурения.

10. Определен профиль участка забуривания бокового ствола в цементном мосту в зависимости от конструкции породоразрушающего инструмента, диаметра и длины направляющей секции забойного двигателя-отклолнителя.

11. Разработана и запатентована принципиально новая технология строительства скважин, предусматривающая бурение разведочных и дренажных стволов, проводка которых производится в радиальном направлении за контуром питания одиночной скважины или куста скважин.

12. Результаты диссертационной работы являются научно-методической основой управления проводкой наклонных и горизонтальных скважин по многоинтервальному профилю забойным двигателем и роторным способом в сложных горно-геологических условиях.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

- монографии:

1. Калинин А.Г., Повалихин A.C., Солодкий K.M., Никитин Б.А. «Профили направленных скважин и компоновки низа бурильных колонн», Недра, М„ 1995 г., 306 с.

2. «Буровые комплексы. Современные технологии», (сборник под редакцией А.М. Гусмана и К.П. Порожского), раздел - «Направленное бурение», Екатеринбург, 2002 г., 575 с.

- брошюра:

3. Солодкий K.M., Фёдоров А.Ф., Повалихин A.C., Оганов A.C., Семак Г.Г. «Пути совершенствования профиля добывающих скважин», обзорная информация ВНИИОЭНГ «Строительство скважин», вып. 10, М., 1989 г., 65 с.

- инструкции, регламенты:

4. «Инструкция по забуриванию дополнительного ствола из обсаженной эксплуатационной скважины», РД 39-0148052-550-88, М., ВНИИБТ, 1986 г., 83 с.

5. «Инструкция по предупреждению искривления вертикальных скважин», РД 39-0148052-514-86, ВНИИБТ, М„ 1986 г., 84 с.

6. «Рекомендации по выбору резьбовых соединений обсадных, бурильных и насосно-компрессорных труб, используемых при строительстве наклонно направленных, горизонтальных и многозабойных скважин», «ВНИИТнефть», Ассоциация буровых подрядчиков, ВНИИБТ, 1999 г., 80 с.

7. «Типовые технико-технологические решения на бурение боковых стволов из эксплуатационных скважин на основе использования современных технических средств и технологий», НПО «Буровая техника», НК «ЛУКОЙЛ», 2005 г., 208 с.

- статьи в научно-технических журналах:

8. Фёдоров А.Ф., Солодкий K.M., Повалихин A.C., Калинин А.Г. «Метод оптимизации параметров компоновок для стабилизации зенитного угла наклонных скважин», журнал «Нефтяное хозяйство», № 11, 1982 г., 3 с.

9. Повалихин A.C., Калинин А.Г., Солодкий K.M. «Исследование работы отклонителей на базе забойных двигателей с коротким нижним плечом», «Технология и техника геолого-разведочных работ», труды МГРИ, вып. 9, 1986 г., 5 с.

10. Солодкий K.M., Фёдоров А.Ф., Повалихин A.C., Калинин А.Г., Шагалов В.Л. «Принцип выбора стабилизирующих компоновок с заданными оптимальными размерами», журнал «Нефтяное хозяйство», № 9, 1984 г., 2 с.

11. Оганов A.C., Повалихин A.C., Солодкий K.M., Безумов B.B. «Пути повышения качества проводки кустовых наклонно направленных скважин в Западной Сибири», «Вопросы совершенствования технологии буровых работ на нефть и газ», труды ВНИИБТ, вып. 66,1988 г., 3 с.

12. Повалихин A.C., Солодкий K.M., Фёдоров А.Ф., Калинин А.Г., Коростелева Г.В. «Оптимизация параметров КНБК в целях проводки ствола скважины с постоянной кривизной», экспресс-информация (отечественный опыт), ВНИИОЭНГ «Техника и технология бурения скважин», вып. 10, М., 1989 г., 6 с.

13. Оганов A.C., Повалихин A.C., Глебов В.А., Фёдоров А.Ф. «Проблемы проводки наклонных скважин по оптимальному профилю», труды ВНИИБТ «Достижения и проблемы развития советской буровой техники и технологии буровых работ», вып. 67, М., 1989 г, 3 с.

14. Калинин А.Г., Солодкий K.M., Фёдоров А.Ф. Повалихин A.C. «Стабилизирующие компоновки низа бурильной колонны», информационный сборник ВНИИОЭНГ «Научно-технические достижения и передовой опыт, рекомендуемые для внедрения в нефтяной промышленности», вып. 7, М., 1991 г., 7 с.

15. Повалихин A.C., Калинин А.Г., Солодкий K.M. «Выбор оптимальных КНБК для бурения в абразивных горных породах», экспресс-информация ВНИИОЭНГ, «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», вып. 8, 1991 г., 4 с.

16. Повалихин A.C., Калинин А.Г., Коростелева Г.В. «Повышение надежности работы многосекционных турбинных отклонителей», журнал известия ВУЗ, «Геология и разведка», МГРИ, № 9,1991 г., 4 с.

17. Повалихин A.C., Суханов В.Б., Барабашкин И.И., Сорокин А.Н. «Результаты промышленных испытаний КНБК с передвижным центратором», журнал «Нефтяное хозяйство», № 4, 1990 г., 3 с.

18. Оганов A.C., Повалихин A.C., Беляев В.М., Ахметов A.A., Москвичев В.Н «Проводка дополнительного горизонтального ствола из эксплуатационной колонны бездействующей скважины», журнал «Нефтяное хозяйство», № 9, 1993 г., 3 с.

19. Повалихин A.C., Солодкий K.M., Фёдоров А.Ф., Коростелева Г.В «Выбор критерия и метод расчета компоновок низа бурильной колонны для колонкового бурения», журнал «Записки Санкт-Петербургского государственного горного института», том 136,1993 г., 6 с.

20. Повалихин A.C., Оганов A.C. «Забойный двигатель-отклонитель с двойным изгибом корпуса для управляемого бурения», экспресс-информация ВНИИОЭНГ, «Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений», вып. 6+7, 1993 г., 5 с.

21. Рогачев В.О., Беляев В.М., Оганов A.C., Повалихин A.C., Ахметов A.A., Москвичев В.Н. «Технические средства для проводки дополнительного горизонтального ствола скважины», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 3, 1994 г., 4 с.

22. Повалихин A.C., Оганов A.C. «Программное обеспечение технологического процесса строительства горизонтальных и наклонных скважин», журнал, «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 3,1994 г., с. 2.

23. Повалихин A.C., Оганов A.C., Солодкий K.M. «Оптимизация профиля наклонной скважины», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 6-7, 1994 г., 3 с.

24. Повалихин A.C. «Устойчивость стабилизирующих КНБК с оптимальными размерами на проектной траектории», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 4.5, 1995 г., 5 с.

25 Мнацаканов A.B., Оганов A.C., Повалихин A.C., Рогачев O.K., Прохоренко В.В., Нгуен Зао, Данг Куа, Кхуе Х..Н., Хой Ч.В., Лыонг В.Т., Тронов Ю.А. «Бурение горизонтальной скважины на месторождении Белый Тигр шельфа Вьетнама», журнал «Нефтяное хозяйство», № 2, 1997 г., 3 с.

26. Повалихин A.C., Калинин А.Г., Солодкий K.M. «Энергетические параметры турбобура для направленного бурения», журнал известия ВУЗ «Геология и разведка», № 2, март-апрель, 1997 г., 4 с.

27. Повалихин A.C., Оганов A.C., Солодкий K.M. «Искривляющие оптимальные КНБК для горизонтального бурения», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 1,1997 г., 5 с.

28. Оганов A.C., Повалихин A.C., Рогачев O.K., Федорычев В.А., Лыонг В.Т., НьякЛ.К., «Забуривание нового ствола их эксплуатационной колонны скважины 74 МСП-6 на шельфе Вьетнама», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 6+7,1997 г., 3 с.

29. Повалихин A.C., Оганов A.C., Бадреев З.Ш. «Новые решения в проектировании компоновок низа бурильной колонны», журнал «Нефтегазовые технологии», № 3,1999 г., 3 с.

30. Мессер А.Г., Повалихин A.C., Райхерт С.Л., Рогачев O.K., Ильницкий Н.К., Козлов A.B., Глушич В.Г., Витрик В.Г. «Бурение горизонтального ствола из эксплуатационной колонны на шельфе Черного моря», журнал «Нефтяное хозяйство», № 2, 1997 г., 3 с.

31. Повалихин A.C., Мессер А.Г. «Многофункциональный технологический комплекс для бурения боковых стволов», журнал «Нефтегазовые технологии», № 6, ноябрь-декабрь, 1999 г., 4 с.

32. Повалихин A.C. «Бурение горизонтальных стволов малого диаметра», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 11-12, 1999 г., 4 с.

33. Повалихин A.C., Камский П.Э., Козлов A.B., Глушич В.Г. «Вскрытие наклонно залегающих продуктивных пластов горизонтальным боковым стволом», журнал «Нефтегазовые технологии», № 1, январь-февраль, 2Ó00 г., 3 с.

34. Повалихин A.C., Мессер А.Г., Калинин А.Г. «Перспективы совершенствования технологии строительства наклонных и горизонтальных скважин», журнал «Вестник ассоциации буровых подрядчиков», № 1, июль, 2000 г., 3 с.

35. Повалихин A.C., Райхерт СЛ., Козлов A.B., Махмудов P.P. «Проектирование и оперативное управление бурением бокового ствола», журнал «Бурение», № 9, 2000 г., 5 с.

36. Повалихин A.C., Барский И.Л., Козлов A.B., Глушич В.Г., «Продольный изгиб бурильной колонны и выбор траектории бурения горизонтального ствола», журнал «Бурение», № 6, 2001 г., 4 с.

37. Повалихин A.C., Рогачев O.K. «Применение телеметрических систем при бурении горизонтальных скважин», журнал «Бурение и нефть», октябрь, 2002 г, 2 с..

38. Повалихин A.C., Барский И.Л., Глушич В.Г., Гусман A.M. «Устойчивость бурильной колонны при бурении горизонтальных скважин и оперативное управление траекторией ствола», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 4,2003 г., 4 с.

39. Повалихин A.C., Калинин А.Г. «Направленное бурение - основа совершенствования технологии строительства скважин и нефтедобычи», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 5, 2003 г., 5 с.

40. Повалихин A.C. «Отклонитель для роторного способа бурения», журнал «Нефтегазопромысловый инжиниринг», № 2,2003 г., 4 с.

41. Повалихин A.C., Рогачев O.K., Прохоренко B.B. «Инженерное обеспечение строительства высокотехнологичных скважин», журнал «Вестник ассоциации буровых подрядчиков», № 2,2003 г., 4 с.

42. Повалихин A.C., Рогачев O.K., Прохоренко В.В, Семенюк Д.М «Бурение куста горизонтальных скважин на газовом месторождении в Азовском море», журнал «Нефтегазопромысловый инжиниринг», № 1,2004 г., 4 с.

43. Повалихин A.C., Рогачев O.K. «Буровые навигационные комплексы», журнал «Нефтегазопромысловый инжиниринг», № 1,2004 г., 4 с.

44. Повалихин A.C., Байтеряков М.Ш «Программное обеспечение расчета и проектирования КНБК», журнал «Нефтегазопромысловый инжиниринг», № 3, 2004 г., 2 с.

45. Повалихин A.C., Ахмадишин Ф.Ф. «Вопросы проводки тангенциального интервала субгоризонтальной скважины», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 2, 2005 г., 3 с.

46. Повалихин A.C., Калинин А.Г. «Система дренажных стволов как способ увеличения дебита скважины и нефтеотдачи пласта», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 6, 2005 г, 5 с.

47. Повалихин A.C. «Выбор КНБК для проводки наклонно прямолинейных интервалов профиля скважины в сложных горногеологических условиях», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 12, 2005 г., 3 с.

. 48. Повалихин A.C. «Управление забойным двигателем-отклонителем», журнал «Нефтегазопромысловый инжиниринг», № 2,2004 г., 3 с.

49. Повалихин A.C., Рогачев O.K. «Управление двигателем-отклонителем и телеметрическое сопровождение направленного бурения», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 3, 2006 г, 4 с.

50. Повалихин A.C., Калинин А.Г., Костин Ю.С., Зырянов Ю.А. «Отклонитель для бурения горизонтальных скважин роторным способом», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 11, 2006 г., 5 с.

- патенты, авторские свидетельства на изобретения:

51. Солодкий K.M., Фёдоров А.Ф., Повалихин A.C., Калинин А.Г., Николаев И.Г., СемакГ.Г. «Компоновка низа бурильной колонны», а. с. № 802507, Кл. Е21 В 17/00, 1979 г.

52. Солодкий K.M., Фёдоров А.Ф., Повалихин A.C., Капустин В.Д., Коростелева Г.В «Устройство для стабилизации направления ствола скважины», а. с. № 1384703, Кл. Е21 В 7/08, 1986 г.

53. Повалихин A.C., Оганов A.C., Солодкий K.M., Фёдоров А.Ф. «Устройство для направленного бурения», а. с. № 1606672, Кл. Е21 В 7/08, 1988 г.

54. Повалихин A.C., Солодкий K.M., Оганов A.C., Фёдоров А.Ф., Коростелева Г.В. «Устройство для проводки наклонного ствола скважин забойным двигателем», а. с. № 1656114, Кл. Е 21 В 7/08, 1989 г.

55. Балденко Д.Ф., Глебов В.А., Оганов A.C., Повалихин A.C., Чернова Т.Н. «Забойная компоновка для набора кривизны и проводки горизонтальных скважин», а. с. №2103473, Кл. Е 21 В 7/08, 1995 г.

56. Повалихин A.C.. Солодкий K.M. «Компоновка низа бурильной колонны (КНБК)», свидетельство РФ об официальной регистрации программы для ЭВМ, № 990304, 1999 г.

57. Повалихин A.C. «Отклонитель», свидетельство РФ об официальной регистрации программы для ЭВМ № 990305,1999 г.

58. Повалихин A.C.. Солодкий K.M. «Оптимальная компоновка низа бурильной колонны (КНБК)», свидетельство РФ об официальной регистрации программы для ЭВМ № 990306, 1999 г.

59. Повалихин A.C., Райхерт С.Л. «Устройство для стабилизации отклонителя», патент РФ № 2167256, Кл. Е 21 В 7/08, 1999 г.

60. Ворожбитов М.И., Деркач Н.Д., Повалихин A.C., Калинин А.Г., Лукьянов Э.Е. «Забойная компоновка для регулирования искривления ствола скважины», патент РФ № 2151258, Кл. Е 21 В 7/08, 1999 г.

61. Балденко Д.Ф., Власов A.B., Мутовкин Н.Ф., Повалихин A.C., Стрельцов H.A. «Шарнирный переводник», патент РФ № 2192535, Кл. Е 21 В 7/08, 2001 г.

62. Балденко Д.Ф., Мутовкин Н.Ф., Повалихин A.C. «Ориентатор забойной компоновки», патент РФ № 2245434, Кл. Е 21 В 7/08, 7/04, 2003 г.

63. Повалихин A.C., Прохоренко В.В., Поляков В.Н., Райхерт С.Л. «Отклонитель для наклонно направленного бурения скважин роторным способом», патент РФ № 2236539, Кл. Е 21 В 7/08, 2002 г.

64. Повалихин A.C. «Способ строительства скважины для эксплуатации продуктивного пласта нефтяного или газового месторождения», патент РФ № 2245439, Кл. Е21 В 43/00, 7/06, 2003 г.

65. Козлов A.B., Глушич В.Г., Витрик В.Г., Мессер А.Г., Повалихин A.C., Лопатин Ю.С., Горобец М.Г., Ильницкий Н.К. «Способ рациональной эксплуатации нефтяного или газового месторождения и комплексная дренажная система для его реализации», патент Украины № 44016, Кл. Е 21 В 7/04, 7/06, 2001 г.

-тезисы докладов:

66. Калинин А.Г., Повалихин A.C., Солодкий K.M. «Бурение горизонтальных скважин как метод повышения газонефтеводоотдачи пласта», «2-ой международный симпозиум по бурению разведочных скважин в осложненных условиях», Горный институт, Санк-Пегербург, 2-^7 июня 1995 г.

67. Мессер А.Г., Балденко Д.Ф., Повалихин A.C., «Винтовые забойные двигатели: 30 лет в Российской нефтегазовой промышленности и перспективы применения в горизонтальном и наклонно направленном бурении при освоении шельфа морей России», четвертая международная конференция «Освоение шельфа арктических морей России», Санк-Петербург, июль 6^9, 1999 г.

68. Повалихин A.C., Мессер А.Г. «Новые направления развития технологии и технических средств строительства и восстановления нефтяных и газовых скважин», конференция ассоциации буровых подрядчиков РФ, Москва, 6-7 октября 1999 г.

69. Повалихин A.C., Райхерт С.Л., Козлов А.В «Перспективы роторного способа в горизонтальном бурении», 3-ий международный семинар «Горизонтальные скважины», Москва, 29-30 ноября, 2000 г.

70. Повалихин A.C. «Техника и технология бурения горизонтальных скважин», конференция «Буровое оборудование и технологии для восточной Европы», «Объединенные машиностроительные заводы - группа УРАЛМАШ-ИЖОРА», Бухарест, Румыния, 6-7 февраля, 2001, г.

71. Повалихин A.C., Махмудов P.P., Солодкий K.M. «Проектирование пространственного профиля и контроль траектории бурения многоствольной скважины», 6-я международная конференция по горизонтальному бурению, г. Ижевск, 23-25 октября, 2001 г.

72. Повалихин A.C. «Инжиниринг новых буровых технологий», научно-техническая конференция «Инновационные технологии бурения», Москва, 28 января, 2003 г.

73. Повалихин A.C. «Новые технологии нефтедобычи и совершенствование бурового оборудования и инструмента», международный Евро-Азиатский машиностроительный форум, г. Екатеринбург, 3-6 июня 2003 г.

74. Повалихин A.C., Прохоренко В.В., Рогачев O.K. «Нетрадиционное применение технологии горизонтального бурения при строительстве морских скважин», первая научно-практическая конференция «Бурение 2003», Москва, 26-28 ноября 2003 г.

75. Повалихин A.C. «Проектирование технико-технологических комплексов для бурения высокотехнологичных скважин», научно-практическая конференция «Новые технико-технологические решения в области строительства наклонных и горизонтальных скважин», Москва, 16 июня, 2004 г.

76. Повалихин A.C. «Буровые комплексы для строительства высокотехнологичных скважин», научно-техническая конференция ОАО «УРАЛМАШЗАВОД», г. Екатеринбург, 15 июля, 2004 г.

77. Повалихин A.C. «Формирование и предупреждение локальных искривлений ствола субгоризонтальной скважины», IV международный семинар «Горизонтальные скважины», РГУ нефти и газа, г. Москва, 23-24 ноября 2004 г.

78. Оганов Г.С., Повалихин A.C. «Вопросы проектирования скважин с горизонтальными и пологими стволами», научно-практическая конференция «Передовые технологии строительства и ремонта скважин», г. Полазна, ноябрь, 2004 г.

Отпечатано в типографии «Технофакт» Москва, ул. Годовикова, 9 Тираж 100 экз., 3 п.л.

Содержание диссертации, доктора технических наук, Повалихин, Александр Степанович

Введение.

1. Анализ современного состояния технологии бурения направленных скважин.

1.1 История разработки и внедрения технологии бурения наклонно-направленных скважин.

1.2 Технико-технологический комплекс для строительства кустовых наклонно направленныхскважин.

1.3. Результаты применения технологии наклонно направленного бурения при строительстве кустовых скважин.

2. Разработка технико-технологических решений для проводки направленных скважин гидравлическими забойными двигателями и роторным способом.

2.1 Анализ влияния доминирующих геологических, технических и технологических факторов на траекторию бурения.

2.1.1 Технологические аспекты проводки наклонного ствола скважины.

2.1.2. Закономерности азимутального и зенитного искривления ствола скважины при бурении КНБК.

2.1.3. Влияние радиального люфта вала шпинделя турбобура на траекторию бурения.

2.2. Упругие свойства секций КНБК для направленного бурения.

2.3. Обоснование и разработка аналитической модели КНБК.

2.4. Выбор и обоснование критерия оптимизации размеров КНБК.

2.5. Разработка КНБК с оптимальными размерами для бурения гидравлическими двигателями и роторным способом.

2.6. Обоснование показателей надежности работы и устойчивости

КНБК на проектной траектории.

2.7 Аналитические исследования работы КНБК для бурения гидравлическими забойными двигателями в неустойчивых горных породах.

2.7.1. Выбор критерия оптимизации размеров КНБК.

2.7.2. Исследование работы КНБК на основе турбобура ЗТСШ-195.

2.7.2.1. КНБК с одним центратором.

2.7.2.2. КНБК с двумя центраторами.

2.7.3. Исследование работы КНБК на основе турбобура малого диаметра.

2.7.4. Исследование стабилизирующих КНБК комбинированного турбобура.

2.7.5. Исследование стабилизирующих КНБК с центратором на валу турбобура.

2.7.6. Исследование стабилизирующих КНБК с двумя центраторами на основе турбобура диаметром 172 мм.

2.7.7. Исследование работы КНБК с наддолотным калибратором.

2.7.8. Определение величины возмущающих сил на долоте.

2.7.9. Исследование влияния шлама в скважине на работу КНБК.

3. Опытно-промысловые работы при проводке интервалов профиля наклонных скважин турбинным способом.

3.1. Опытно-промысловые работы при проводке интервалов профиля наклонных скважин турбинным способом.

3.1.1. Испытание КНБК с одним и двумя центраторами.

3.1.2. Испытание КНБК с центраторами на валу турбобура.

3.2. Исследование работы КНБК при проводке наклонной скважины роторным способом.

3.2.1. Средства измерения зенитного угла и азимута ствола скважины.

3.2.2. Проведение и результаты опытных работ.

3.3. Опытно-промысловые работы при бурении горизонтальной скважины роторным способом и винтовыми забойными двигателями.

3.3.1. Результаты применения технологии бурения роторным способом сопряженных интервалов профиля скважины.

3.3.2. Технология бурения горизонтального ствола скважины

КНБК на основе винтового забойного двигателя.

4. Технико-технологические решения для направленного искривления ствола скважины.

4.1. Расчет отлоняющей КНБК.

4.1.1. Разработка методики расчета забойного двигателяотклонителя.

4.1.2. Выбор гибкого звена отклоняющей КНБК.

4.1.3. Расчет забойного двигателя-отклонителя жесткого типа.

4.2. Разработка технологии направленного искривления ствола скважины забойным двигателем-отклонителем.

4.2.1. Технология ориентирования забойного двигателя-отклонителя.

4.2.2. Управление забойным двигателем-отклонителем в процессе бурения.

4.2.3. Обоснование критической длины бурильной колонны при направленном бурении забойным двигателем-отклонителем.

4.2.4. Формирование профиля ствола скважины при бурении забойным двигателем-отклонителем.

4.2.5 Закономерности формирования интервала сопряжения участков проектного профиля скважины.

4.2.5.1. Механизм взаимодействия КНБК и забойного двигателя-отклонителя со стволом скважины.

4.2.5.2. Работа забойного двигателя-отклонителя и КНБК с гибким звеном.

4.2.6 Разработка технологии выведения ствола скважины в точку пласта с заданными координатами, зенитным углом и азимутом.

4.3. Разработка технических средств для направленной проводки ствола скважины.

4.3.1. Устройство для направленного бурения с автоматическим ориентированием отклоняющего узла.

4.3.2. Отклонитель для направленного бурения роторным способом.

4.3.3. Устройства для повышения устойчивости ориентации забойного двигателя.

4.4. Разработка технических решений для забуривания и бурения бокового ствола забойным двигателем-отклонителем.

4.4.1. Технологические этапы забуривания бокового ствола.

4.4.2. Обоснование требований к забойному двигателю-отклонителю.

4.4.3 Определение условий забуривания бокового ствола.

4.4.4. Исследование взаимодействия забойного двигателя-отклонителя со стволом скважины.

4.4.5. Исследование процесса формирования направляющего интервала.

4.4.6 Расчет сил трения при перемещении отклоняющей КНБК в обсадной колонне.

5. Разработка технологии строительства скважин с системой горизонтальных дренажных стволов.

6. Внедрение технико-технологических решений при проводке наклонно направленных и горизонтальных скважин.

6.1. Бурение горизонтального бокового ствола из обсадной колонны газовой скважины № 12130 на Ен-Яхинской площади Уренгойского ГКМ.

6.2. Бурение наклонного бокового ствола скважины № 74 на нефтяном месторождении "Белый Тигр".

6.3. Бурение горизонтального бокового ствола из обсадной колонны скважин № 21 и № 22 ГКМ Штормовое.

6.4. Бурение горизонтального ствола разведочной скважины № 28 ГКМ Штормовое.

6.5. Бурение дополнительного ствола из горизонтальной разведочной скважины 28 Штормовая.

6.6. Бурение наклонного бокового ствола из обсадной колонны скважины № 42 Мало-Девица.

6.7. Проектирование кустовых горизонтальных скважин для газовых месторождений Азовского моря.

7. Экономическая эффективность результатов исследований.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Управление проводкой наклонных и горизонтальных скважин в сложных горно-геологических условиях бурения"

Начало XXI века было ознаменовано исключительно высоким темпом роста мирового потребления нефти и газа, что потребовало существенного увеличения добычи углеводородной продукции всеми без исключения странами экспортерами нефти.

В России, несмотря на высокие цены на нефть на мировом рынке, рост добычи нефти в 2005 году упал до 3%, что составляет одну треть от годового прироста за последние 5 лет. Вследствие сокращения геолого-разведочных работ прирост запасов нефти за последние годы не покрывает добычу и списание запасов, не подтвержденных при эксплуатационном бурении. Новые, перспективные нефтегазовые месторождения расположены на шельфе северных морей и на территории Восточной Сибири, Дальнего Востока, преимущественно в районах, где слабо развита или отсутствует вообще система дорожного и трубопроводного транспорта. Освоение таких месторождений потребует значительных инвестиций, материальных затрат и привлечения большого количества квалифицированной рабочей силы. Сроки создания крупных нефтегазодобывающих центров в Восточной Сибири и Дальнего Востока уже сейчас существенно задержались.

В нефтегазовой отрасли России подержание высокого уровня добычи углеводородов в настоящее время и в обозримом будущем будет достигаться за счет эксплуатации наиболее крупных месторождений Западной Сибири и Урало-Поволжья, в которых сосредоточена основная часть текущих запасов нефти и газа. Уменьшение пластового давления, снижение дебита и высокая обводненность скважин в указанных регионах являются неизбежным следствием интенсивной эксплуатации месторождений нефти и газа. К настоящему времени высокопродуктивные запасы в значительной мере выработаны.

Бурение геологоразведочных скважин в сложившихся условиях стало единственным надёжным способом разведки новых и уточнения текущих запасов старых нефтегазовых месторождений.

К массовому строительству высокотехнологичных геологоразведочных скважин нефтяные компании приступили в конце 90-х годов. Сейчас бурение пилотного разведочного ствола при строительстве горизонтальных скважин стало обычной практикой. Внедряется технология бурения многозабойных геологоразведочных скважин с горизонтальными стволами, длина которых может превышать 1000 м.

Опыт бурения наклонных и горизонтальных скважин выявил недостаточную для целей геологоразведочных работ точность реализации проектного профиля, а также низкое качество ствола скважины, снижающие эффективность геофизических исследований.

Указанные проблемы направленного бурения обусловлены устаревшей научно-методической основой такой технологии. Применяемая технология проводки направленных скважин основана на решениях, которые были разработаны еще в 7(К80-х годах прошлого столетия. Поэтому существенное улучшение качества строительства геологоразведочных, эксплуатационных наклонных и горизонтальных скважин, внедрение технологии строительства многозабойных скважин невозможно без разработки и испытания новых технико-технологических решений.

Идея работы: Направленное бурение наклонных и горизонтальных скважин основано на отдельных этапах, которые не сопряжены между собой по своим технологическим параметрам и характеристикам применяемых специальных технических средств, что приводит при строительстве скважин к существенным отклонениям траектории бурения от проектного профиля и дефектов в стенке ствола скважины в виде локальных искривлений, уступов и желобов. На основе изучения формирования отдельных интервалов и в целом профиля скважины разработать научно-методические, технологические и технические решения, позволяющие осуществлять точную проводку наклонных и горизонтальных скважин по проектному профилю с обеспечением высокого качества формируемого ствола скважины в сложных горно-геологических условиях.

Основные задачи работы:

-анализ качества и точности проводки наклонно направленных скважин в нефтегазодобывающих регионах массового применение кустового способа строительства скважин;

-изучение влияния геологических, технологических и технических факторов на параметры формируемого фактического профиля скважин при бурении роторным и турбинным способом, а также винтовыми забойными двигателями;

-определение закономерностей азимутального и зенитного искривления ствола наклонно направленной скважины при турбинном бурении КНБК с опорно-центрирующими элементами в интервале первого долбления ниже кондуктора диаметром 245 мм в горно-геологических условиях нефтяных месторождений Западной Сибири;

-определение закономерности искривления ствола скважины при бурении турбобуром диаметром 195 мм с фиксированным радиальным люфтом вала шпинделя в геологическом разрезе, содержащем перемежающиеся по прочности и твердости пласты горной породы;

-разработка математической модели для проведения аналитических исследований стабилизирующих и искривляющих КНБК в условиях влияния на их работу доминирующих технико-технологических и геологических факторов;

-разработка и обоснование показателей надежности работы и устойчивости КНБК с оптимальными размерами на проектной траектории при роторном способе бурения и с применением гидравлических забойных двигателей;

-исследование процесса проводки ствола скважины при неориентируемом бурении

КНБК;

-исследование формирования многоинтервального профиля ствола скважины; -исследование процесса бурения с помощью гидравлического забойного двигателя-отклонителя;

-разработка метода проектирования КНБК, обладающих устойчивостью на проектной траектории при бурении в сложных горно-геологических условиях;

-исследование процесса забуривания бокового ствола с цементного моста в интервале вырезанной обсадной колонны;

-разработка метода расчета основных параметров забойного двигателя-отклонителя для забуривания и бурения наклонных и горизонтальных скважин и боковых стволов;

-разработка метода выбора и расчета траектории бурения забойным двигателем-отклонителем с целью выведения ствола скважины в точку с заданными координатами и заданными значениями зенитного угла и азимута;

-разработка и обоснование технических решений для управляемой проводки искривленных интервалов профиля, обеспечивающих формирование гладкой траектории бурения;

-промысловая апробация технико-технологических решений при проводке наклонно направленных, горизонтальных скважин и боковых стволов;

-разработка методико-математического и программного обеспечения проводки ствола наклонной и горизонтальной скважины.

Научная новизна работы заключается в следующем:

-установлены закономерности влияния доминирующих технико-технологических и геологических факторов на интенсивность искривления ствола при бурении наклонных и горизонтальных скважин с помощью КНБК с центраторами в неустойчивых горных породах;

-установлены закономерности искривления ствола скважины при направленном бурении с использованием отклоняющей КНБК на основе гидравлического винтового забойного двигателя-отклонителя от основных его размеров и режима бурения;

-найдена зависимость расчетных параметров искривляющей КНБК от величины зенитного угла и кривизны ствола скважины, в соответствии с которой для увеличения зенитного угла ствола скважины с постоянной интенсивностью КНБК должна включать не менее двух центраторов, причем величина диаметра верхнего центратора и длина верхней секции являются границей области существования соответствующих параметров КНБК для увеличения зенитного угла с монотонно увеличивающейся и уменьшающейся кривизной ствола скважины;

-установлены закономерности искривления ствола скважины при бурении отклоняющей и стабилизирующей КНБК в зависимости от длины и жесткости гибкого звена, связывающего КНБК с бурильной колонной;

-впервые разработана система показателей стабильности КНБК на проектной траектории в зависимости от гидроэрозии стенки ствола скважины, внедрения опорных элементов в стенку скважины, их абразивного изнашивания, радиального люфта вала забойного двигателя, а также образования шламовой подушки в скважине;

-найдены закономерности параметров траектории бурения с использованием КНБК с оптимальными размерами от режима бурения, кривизны стартового участка ствола скважины, вида и количества опорно-центрирующих элементов;

-определена зависимость параметров траектории участка забуривания бокового ствола в цементном мосте от величины завеса породоразрушающей части долота, высоты его корпуса или длиной калибратора, а также диаметра и длины направляющей секции забойного двигателя-отклонителя. Защищаемые положения:

1. Аналитическая модель для исследования работы КНБК должна включать конструктивные параметры выполнения отдельных секций забойного двигателя, опорно-центрирующих элементов, а также доминирующие геологические факторы, определяющие траекторию бурения.

3. КНБК для искривления ствола скважины с постоянной интенсивностью увеличения зенитного угла, оптимизированная по критерию равенства нулю отклоняющей силы и угла перекоса долота, должна включать не менее двух опорно-центрирующих элементов.

7. Траектория начального интервала забуривания бокового ствола с цементного моста, равного длине направляющей секции забойного двигателя-отклонителя, определяется величиной завеса долота, его высотой или длиной калибратора, а также диаметром и длиной направляющей секции.

Практическое значение и промысловое применение результатов работы:

-разработанные положения используются при создании отраслевых и корпоративных документов, регламентирующих проводку наклонных, горизонтальных скважин и боковых стволов;

-результаты работы являются основой методико-математического обеспечения программного комплекса «Наклонно-направленное бурение - ННБ», который используется при проектировании направленных скважин и при управлении траекторией их бурения;

-метод проектирования КНБК и двигателя-отклонителя с упругими и гибкими звеньями был использован при разработке новых типов забойных двигателей для направленного бурения и элементов технологической оснастки КНБК;

-методика расчета КНБК с оптимальными размерами применяется при разработке рабочей документации на строительство наклонных и горизонтальных скважин;

-разработанная технология проводки скважин по многоинтервальному профилю использовалась при строительстве первых высокотехнологичных скважин на нефтяных и газоконденсатных месторождениях Западной Сибири, Украины, на шельфе Черного, Южно-Китайского морей и на Азовском море.

За разработку технико-технологических решений для бурения горизонтальных боковых стволов из эксплуатационных колонн и внедрение технологии восстановления старых скважин методом строительства бокового ствола на морских и сухопутных месторождениях нефти и газа автору присвоено звание лауреата премии имени академика И.М.Губкина.

Ворожбитов М.И., Григорян A.M., Григорян Н.А., Григулецкий В.Д., Гулизаде М.П., Гусман М.Т., Бастриков С.Н., Закиев Р.Б., Зиненко В.П., Иоаннесян Р.А., Костин Ю.С., Кульчицкий В.В, Кагарманов Н.Ф., Калинин А.Г., Крылов В.И., Кукушкин И.В., Лиманов E.JI., Левицкий А.З, Марков О.А., Лукьянов В.Г., Мамедбеков O.K., Морозов Ю.Т., Нескоромных В.В., Оганов С.А., Оганов А.С., Прохоренко В.В., Поташников В.Д., Страбыкин И.Н., Рогачев O.K., Семак Г.Г., Середа Н.Г., Солодкий К.М., Соломенников С.В., Соловов Ю.Г., Сулакшин С.С., Султанов Б.З., Сушон Л.Я., Федоров А.Ф. и др.

Теоретические основы диссертационной работы были созданы в процессе научного сотрудничества с учеными лаборатории наклонно-направленного бурения ВНИИБТ К.М.Солодким и А.Ф.Федоровым.

Диссертационная работа является итогом 25-летних исследований автора, выполненные в период работы в НПО «Буровая техника-ВНИИБТ», и логическим продолжением кандидатской диссертационной работы на тему «Разработка метода проектирования отклонителей и компоновок низа бурильной колонны для наклонного и горизонтального бурения».

Автор благодарит главного метролога ВНИИБТ, к.т.н. О.К.Рогачева, руководителей ГАО «Черноморнефтегаз» к.т.н. Козлова А.В. и к.т.н. Глушича В.Г., оказавших неоценимую помощь при промысловой апробации и внедрении научных разработок.

За проявленное внимание к работе и сотрудничество при обсуждении многих вопросов автор благодарит д.т.н. Г.С.Оганова.

Автор благодарит сотрудников отдела инженерного сопровождения, отдела метрологии и телеметрии и лаборатории конструирования винтовых забойных двигателей ВНИИБТ как бывших, так и работающих в настоящее время за оказанную помощь в работе над диссертацией.

Заключение Диссертация по теме "Технология и техника геологоразведочных работ", Повалихин, Александр Степанович

Основные выводы и рекомендации диссертационной работы заключаются в следующем:

2. Разработаны и обоснованы показатели надежности и устойчивости КНБК на проектной траектории, позволяющие проектировать КНБК с учетом доминирующих геолог ических факторов разреза бурения.

3. Разработанные мето дико-математические решения являются основой программного комплекса «Наклонно направленное бурение - ННБ», предназначенного для проектирования, контроля и управления траекторией бурения наклонных скважин.

4. Разработаны конструктивные схемы КНБК с оптимальными размерами для проводки тангенциальных интервалов ствола скважины в неустойчивых горных породах турбинным способом и гидравлическими винтовыми забойными двигателями.

5. Впервые установлено, что при бурении жесткими стабилизирующими КНБК из искривленного стартового интервала ствол скважины формируется с образованием ритмических локальных искривлений.

6. Разработаны технологические решения проводки скважины по многоинтервальному профилю на основе КНБК с оптимальными размерами, позволяющие осуществлять строительство наклонных и горизонтальных скважин по гладкой траектории.

7. Разработана технология выведения ствола скважины в точку с заданными координатами и заданными зенитным углом и азимутом но профилю с минимальным углом охвата.

9. Обоснована предельная глубина применения технологии ориентированного бурения двигателем-отклонителем горизонтальных скважин и боковых стволов.

10. Разработаны и запатентованы конструкции технических средств, позволяющие стабилизировать положение двигателя-отклонителя в процессе бурения и улучшающие условия управления траекторией бурения.

11. Впервые определена форма участка забуривания бокового ствола в цементном мосту в зависимости от конструкции породоразрушающего инструмента, диаметра и длины направляющей секции двигателя-отклолнителя.

12. Разработана и запатентована принципиально новая технология строительства эксплуатационных скважин, предусматривающая формирование в контуре питания скважины дренажной системы горизонтальных стволов.

13. Разработанные технико-технологические решения являются составной частью документов, регламентирующих проектирование скважин, выбор оборудования и технологию бурение наклонных, вертикальных, горизонтальных скважин и боковых стволов.

14. С использованием разработанных решений осуществлялась разработка специальных винтовых забойных двигателей для горизонтального бурения скважин и боковых стволов серии ДГ.

Заключение, основные выводы

Основные положения диссертационной работы вошли в отраслевые и корпоративные документы, регламентирующие проектирование и проводку наклонных и горизонтальных скважин на месторождениях нефти и газа.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Повалихин, Александр Степанович, Москва

1. Асаи-Нури А.О., Аронов Ю.А., Васильев Ю.С., Калинин А.Г., Гельфгат Я.А. «О кустовом освоении месторождений нефти и газа в Западной Сибири», журнал «Нефтяное хозяйство», № 2, 1967 г.

2. Аронов Ю.А., Калинин А.Г., Фёдоров А.Ф. «Определение траектории ствола наклонно направленной скважины и угла установки отклонителя с помощью телеметрических систем», НТС № 8, серия «Бурение», ВНИИОЭНГ, М., 1972 г.

3. Архипов И.Г., Аронов Ю.А., Калинин А.Г. «О стабилизации угла наклона при бурении наклонно направленных скважин», сборник научных трудов ВНИИБТ, вып. № 28, М., 1971 г.

4. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. «Винтовые забойные двигатели», издательство «Недра», М., 1999 г.

5. Бронзов А.С., Васильев Ю.С., Шетлер Г.А. «Турбинное бурение наклонных скважин», издательство «Недра», М., 1965 г.

6. Башкатов Д.Н. «Начальное отклонение скважин», труды МГРИ им. С. Орджоникидзе, том XXX, издательство «Госгеолтехиздат», М., 1956 г.

7. Бикчурин Т.Н., Козлов Ф.А., Гусман М.Т., Кузнецова И.И. «Интенсивность искривления скважин при использовании турбинных отклонителей», журнал «Нефтяное хозяйство», № 8,1977 г.

8. Бронзов А.С., Васильев Ю.С., Шетлер Г.А. «Турбинное бурение наклонных скважин», издательство «Недра», М., 1965 г.

9. Валлиуллин Р.А., Шарафутдинов Р.Ф., Яррулин Р.К., Федотов В.Я., Медведев Н.Я., Глебочаева Н.К. «Исследование многофазных потоков в горизонтальных скважинах», журнал «Нефтяное хозяйство», № 12, 2002 г.

10. Васильев Ю.С., Калинин А.Г., Попов В.М. «Исследование точности установки отклонителя в требуемое положение при повороте его в стволе скважины», груды ВНИИБТ «Направленное бурение», вып. XXVI, издательство «Недра», М., 1971 г.

11. Васильев Ю.С., Калинин А.Г., Попов В.М. «О форме поперечного сечения ствола скважины», сборник трудов ВНИИБТ, вып. 19, М., 1968 г

12. Вудс Г., Лубинский А. «Искривление скважин при бурении», издательство «Гостоптехиздат», М., 1960 г.

13. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Никитин Б.А. «Инженерные расчёты при бурении глубоких скважин», издательство «Недра», М., 2000 г.

14. Грачев Ю.В., Варламов В.П. «Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации», издательство «Недра», М., 1968 г.

15. Григорян Н.А. «Бурение наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров», издательство «Недра», М., 1974 г.

16. Григорян A.M. «Вскрытие пластов многозабойными и горизонтальными скважинами», издательство «Недра», М., 1969 г.

17. Григулецкий В.Г., Лукьянов В.Т. «Проектирование компоновок нижней части бурильной колонны», издательство «Недра», М., 1990 г.

18. Губанова И.И."Вращение криволинейного упругого стержня в недеформированной криволинейной оболочке", известия АН Латвийской ССР, №10, 1956 г.

19. Гулизаде М.П., Кауфман Л.Я., Сушон Л.Я, «Методика расчета интенсивности искривления ствола наклонной скважины», Тюмень, 1974 г.

20. Гулизаде М.П., Сушон Л.Я., Емельянов П.В., Кауфман Л.Я. «К расчету компоновки низа бурильной колонны, применяемой для безориентированного управления зенитным углом», журнал «Нефтяное хозяйство», № 1, 1976 г.

21. Исаченко В.Х. «Инклинометрия скважин», издательство «Недра», М, 1987 г.

22. Ишемгужин Е.И. «Определение места установки центратора для предупреждения искривления скважины с учетом жесткости турбобура и утяжеленных бурильных труб», журнал, «Нефтяное хозяйство», № 7, 1971 г.

23. Ишемгужин Е.И., Султанов Б.З. «Об устранении отклоняющей силы на долоте при продольном изгибе бурильной колонны», труды ВНИИБТ «Вопросы бурения в заданном направлении», выпуск № 29, М., 1971 г.

24. Калинин А.Г. «Искривление скважин», издательство «Недра», М., 1974 г.

25. Калинин А.Г., Повалихин А.С., Коростелева Г.В. «Повышение надёжности работы многосекционных турбинных отклонителей», известия ВУЗ, серия «Геология и разведка», № 9, 1991 г.

26. Калинин А.Г., Никитин Б.А., Солодкий К.М., Повалихин А.С. «Профили направленных скважин и компоновки низа бурильных колонн», издательство «Недра», М, 1995 г.

27. Калинин А.Г., Повалихин А.С., Солодкий К.М. «Выбор оптимальных КНБК для бурения в абразивных горных породах», экспресс-информация ВНИИОЭНГ, серия «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», № 8, 1991 г.

28. Кульчицкий В.В. «Геонавигационные технологии проводки наклонно направленных и горизонтальных скважин», НПО «Горизонт-сервис», ОАО «ВНИИОЭНГ», М. 2000 г.

29. Козлов А.В. «Разработка технологии управления траекторией горизонтального ствола при строительстве скважин в акватории Черного моря», автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, МГГА, М., 2001 г.

30. Медведев Н.Я., Малышев А.Г., Сонич В.П. «Анализ применения боковых стволов на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз», журнал «Нефтяное хозяйство», № 9, 2001 г.

31. Мессер А.Г., Повалихин А.С., Райхерт СЛ., Рогачев O.K., Ильницкий Н.К., Козлов А.В., Глушич В.Г., Витрик В.Г. «Бурение горизонтального ствола изэксплуатационной колонны на шельфе Черного моря», журнал «Нефтяное хозяйство», № 2, 1997 г.

32. Муллагалиев Р.Т., Шенбергер В.М. «Некоторые вопросы совершенствования технологии проводки наклонных скважин в Западной Сибири», труды ВНИИБТ, вып. 29, «Вопросы бурения в заданном направлении», М., 1971 г.

33. Научно-технический отчет № 12 от 12.01.1967 по договору между «Гипротюменнефтегазом», ВНИИБТ и «Главтюменнефтегазом» по теме «Отработка техники и технологии бурения наклонных скважин на месторождениях Тюменской области»

34. Научно-технический отчет по теме № 2 «Разработка техники и технологии бурения наклонных кустовых скважин для Усть-Балыкского месторождения», М., 1966 г.

35. Научно-технический отчет № 51 от 15.04.67 по теме «Совершенствование техники и технологии бурения наклонных кустовых скважин в условиях Усть-Балыкского месторождения», М., 1967 г.

36. Научно-технический отчет по договору № 12 от 22 января 1969 г. между ВНИИБТ и Главтюменнефтегазом «Отработка техники и технологии бурения наклонных кустовых скважин для условий Западной Сибири», ВНИИБТ, 25.12.1669 г.

37. Научно-технический отчет по теме № 2 «Совершенствование техники и технологии бурения вертикальных и наклонных скважин в Восточных районах», ВНИИБТ, М, 1966 г

38. Научно-технический отчет по теме № 2 «Совершенствование техники и технологии бурения наклонно направленных скважин с большими смещениями забоев иотработка методов предупреждения искривления вертикальных скважин», ВНИИБТ, М., 1971 г.

39. Научно-технический отчет по теме № 2 «Совершенствование техники и технологии бурения наклонно направленных скважин с большими смещениями забоев и отработка методов предупреждения искривления вертикальных скважин», ВНИИБТ, М., 1973 г.

40. Научно-технический отчет по теме № 2 «Совершенствование техники и технологии бурения наклонно-направленных скважин и отработка методов предупреждения искривления вертикальных скважин», ВНИИБТ, М., 1974 г.

41. Научно-технический отчет по теме № 2 «Разработка комплекса технических средств и технологических мероприятий для проводки скважин в заданном направлении», ВНИИБТ, М., 1977 г.

42. Оганов А.С., Повалихин А.С., Солодкий К.М., Безумов В.В. «Пути повышения качества проводки кустовых наклонно направленных скважин в Западной Сибири», «Вопросы совершенствования технологии буровых работ на нефть и газ», труды ВНИИБТ, вып. 66, 1988 г.

43. Оганов А.С., Повалихин А.С., Глебов В.А., Фёдоров А.Ф. «Проблемы проводки наклонных скважин по оптимальному профилю», труды ВНИИБТ «Достижения и проблемы развития советской буровой техники и технологии буровых работ», вып. 67, М„ 1989 г.

44. Оганов А.С., Повалихин А.С., Беляев В.М., Ахметов А.А., Москвичев В.Н «Проводка дополнительного горизонтального ствола из эксплуатационной колонны бездействующей скважины», журнал «Нефтяное хозяйство», № 9, 1993 г.

45. Отчет по научно-исследовательской работе № 43/81 «Исследование и разработка новых методов и средств направленного бурения скважин», Ивано-Франковский институ т нефти и газа, г. Ивано-Франковск, 1981 г.

46. Повалихин А.С. «Способ строительства скважины для эксплуатации продуктивного пласта нефтяного или газового месторождения», патент РФ № 2245439, 2003 г., кл. Е21В 43/00, Е21В 7/06.

47. Повалихин А.С. «Отклонитель», свидетельство РФ № 990305, программа для ЭВМ, 1999 г.

48. Повалихин А.С., Оганов Г.С. «Программное обеспечение технологического процесса строительства горизонтальных и наклонных скважин», журнал «Строительство нефтяных и тазовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, №3, 1994 г.

49. Повалихин А.С., Солодкий К.М. «Компоновка низа бурильной колонны (КНБК)», свидетельство РФ № 990304, программа для ЭВМ, 1999 г.

50. Повалихин А.С., Солодкий К.М. «Оптимальная компоновка низа бурильной колонны (КНБК)», свидетельство РФ № 990306, программа для ЭВМ, 1999 г.

51. Повалихин А.С., Ахмадишин Ф.Ф. «Вопросы проводки тангенциального интервала субгоризонтальной скважины», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 2, 2005 г.

52. Повалихин А.С., Козлов А.В., Мессер А.Г., Лопатин Ю.С. «Бурение горизонтальных дренажных стволов для повышения эффективности эксплуатации месторождений нефти и газа», журнал «Бурение» (приложение «Нефть и капитал»), № 2, 2001 г.

53. Повалихин А.С., Оганов А.С., Бадреев З.Ш. «Новые решения в проектировании компоновок низа бурильной колонны», журнал «Нефтегазовые технологии», № 3, 1999 г.

54. Повалихин А.С., Рогачев O.K. «Управление двигателем-отклонителем и телеметрическое сопровождение направленного бурения», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», № 3, 2006 г.

55. Повалихин А.С., Суханов В.Б., Барабашкин И.И., Сорокин А.Н. «Результаты промышленных испытаний КНБК с передвижным центратором», «Нефтяное хозяйство», № 4, 1990 г.

56. Повалихин А.С., Солодкий К.М., Фёдоров А.Ф., Коростелева Г.В «Выбор критерия и метод расчета компоновок низа бурильной колонны для колонкового бурения», «Записки Санкт-Петербургского государственного института», том 136, 1993 г.

57. Повалихин А.С., Оганов А.С. «Забойный двигатель-отклонитель с двойным изгибом корпуса для управляемого бурения», экспресс-информация ВНИИОЭНГ, «Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений», вып. 6-^7, 1993 г.

58. Повалихин А.С., Оганов А.С., Солодкий К.М. «Оптимизация профиля наклонной скважины», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 6-7, 1994 г.

59. Повалихин А.С. «Устойчивость стабилизирующих КНБК с оптимальными размерами на проектной траектории», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 4-5, 1995 г.

60. Повалихин А.С., Калинин А.Г., Солодкий К.М. «Энергетические параметры турбобура для направленного бурения», журнал известия ВУЗ «Геология и разведка», № 2, март-апрель, 1997 г.

61. Повалихин А.С., Оганов А.С., Солодкий К.М. «Искривляющие оптимальные КНБК для горизонтального бурения», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 1,1997 г.

62. Повалихин А.С., Мессер А.Г. «Многофункциональный технологический комплекс для бурения боковых стволов», журнал «Нефтегазовые технологии», № 6, ноябрь-декабрь, 1999 г.

63. Повалихин А.С. «Бурение горизонтальных стволов малого диаметра», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 11-12, 1999 г.

64. Повалихин А.С., Камский П.Э., Козлов А.В., Глушич В.Г. «Вскрытие наклонно залегающих продуктивных пластов горизонтальным боковым стволом», журнал «Нефтегазовые технологии», № 1, январь-февраль, 2000 г.

65. Повалихин А.С., Мессер А.Г., Калинин А.Г «Перспективы совершенствования технологии строительства наклонных и горизонтальных скважин», журнал «Вестник ассоциации буровых подрядчиков», № 1, июль, 2000 г.

66. Повалихин А.С., Райхерт СЛ., Козлов А.В., Махмудов P.P. «Проектирование и оперативное управление бурением бокового ствола», журнал «Бурение», № 9, 2000 г.

67. Повалихин А.С., Барский И.Л., Козлов А.В., Глушич В.Г., «Продольный изгиб бурильной колонны и выбор траектории бурения горизонтального ствола», журнал «Бурение», № 6, 2001 г.

68. Повалихин А.С., Рогачев O.K. «Применение телеметрических систем при бурении горизонтальных скважин», журнал «Бурение и нефть», октябрь, 2002 г.

69. Повалихин А.С., Калинин А.Г. «Направленное бурение основа совершенствования технологии строительства скважин и нефтедобычи», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 5, 2003 г.

70. Повалихин А.С. «Отклонитель для роторного способа бурения», журнал «Нефтегазопромысловый инжиниринг», № 2, 2003 г.

71. Повалихин А.С., Рогачев O.K., Прохоренко В.В. «Инженерное обеспечение строительства высокотехнологичных скважин», журнал «Вестник ассоциации буровых подрядчиков», № 2, 2003 г.

72. Повалихин А.С., Рогачев O.K., Прохоренко В.В, Семенюк Д.М «Бурение куста горизонтальных скважин на газовом месторождении в Азовском море», журнал «Нефтегазопромысловый инжиниринг», № 1, 2004 г.

73. Повалихин А.С., Рогачев O.K. «Буровые навигационные комплексы», журнал «Нефтегазопромысловый инжиниринг», № 1, 2004 г.

74. Повалихин А.С., Байтеряков М.Ш «Программное обеспечение расчета и проектирования КНБК», журнал «Нефтегазопромысловый инжиниринг», № 3, 2004 г.

75. Повалихин А.С., Калинин А.Г. «Система дренажных стволов как способ увеличения дебита скважины и нефтеотдачи пласта», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 6, 2005 г.

76. Повалихин А.С. «Выбор КНБК для проводки наклонно прямолинейных интервалов профиля скважины в сложных горно-геологических условиях», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 12,2005 г.

77. Повалихин А.С. «Управление забойным двигателем-отклонителем», журнал «Нефтегазопромысловый инжиниринг», № 2, 2004 г.

78. Повалихин А.С., Рогачев O.K. «Управление двигателем-отклонителем и телеметрическое сопровождение направленного бурения», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 3, 2006 г.

79. Повалихин А.С., Калинин А.Г., Костин Ю.С., Зырянов Ю.А. «Отклонитель для бурения горизонтальных скважин роторным способом», журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, № 11, 2006 г.

80. Ризванов Н.М., Гайнуллин К.Х., Юмашев Р.Х., Кагарманов Н.Ф., Тимашев Э.М., Самигуллин В.Х. «Бурение и эксплуатация горизонтальных скважин», журнал «Нефтяное хозяйство», 1996 г.

81. Самоходов Ю.И. «О влиянии радиального люфта вала турбобура на стабилизацию зенитного угла скважины», межвузовский тематический сборник № 2 «Технология бурения нефтяных и газовых скважин», Уфимский нефтяной институт, Уфа, 1975 г.

82. Семак Г.Г. «Исследование формы ствола и пространственного профиля скважины и разработка рекомендаций по их улучшению», диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, ВНИИБТ, М., 1977 г.

83. Сесюнин Н.А. «Пространственный изгиб КНБК с центраторами и отклонение скважины по азимуту», известия ВУЗ, серия «Нефть и газ», М., 1986 г.

84. Солодкий К.М. «Исследование работы жестких компоновок для предупреждения искривления скважин с учетом взаимодействия с вышерасположенной бурильной колонной», диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, ВНИИБТ, М., 1975 г.

85. Солодкий К.М., Федоров А.Ф., Повалихин А.С., Оганов А.С., Семак Г.Г. «Пути совершенствования профиля добывающих скважин», обзорная информация ВНИИОЭНГ, Серия «Бурение», Выпуск 10, М. 1989 г.

86. Сулакшин С.С. «Направленное бурение», издательство «Недра», М., 1987 г.

87. Тимошенко С.П., Лессельс Дж. «Прикладная теория упругости», издательство «Гостехиздат», Ленинград, 1930 г.

88. Фёдоров А.Ф., Солодкий К.М., Повалихин А.С., Калинин А.Г. «Метод оптимизации параметров компоновок для стабилизации зенитного угла наклонных скважин», Нефтяное хозяйство, № 11, 1982 г.

89. Яремийчук Р.С., Семак Г.Г. "Обеспечение надежности и качества стволов глубоких скважин", М., Недра, 1982 г.

90. Callas N.P., Callas R.L. "Boundary value problem is solved", The Oil and Gas j., 1980, v. 78, №50, p. 63-65

91. Tom M. Gaynor, David C-K Chen, Darren Stuart, and Blaine Comeaux, Sperry-Sun Drilling Services, a Halliburton "Tortuosity versus Micro- Tortuosity-Why Little Thigs Mean a Lot", SPE/IADS-67616.

92. Цель проведенных работ отработка и выявление эффективности технологии бурения оптимальными компоновками бурильной колонны (КБК) наклонно-направленных скважин с вертикальным участком под кондуктор в условиях МуравленкоЕСкого месторождения.

93. При -бурении опытных скважин были осуществлены следующие .основанные на разработках БШИБГ работы.i.Ориентирование отклонителя в вертикальном стволе скгажины с помощью устройства "Зенит".

94. Применение при бурение скв. £ 552 в интервале 1260-х832м низко/Штражного турбобура( с расходом промьшочной жидкости 28л/сек), в качестве которого использовалась компановка .включающая четыре секиии турбобура ЗТСШ 195.

95. Бурение интервала 1250-1803м ске.# 552 и интервалов 12ЬО-Х5Ь0,2000-2120м скв.524 оптимальными КМ с опорно-центри-рующими элементами для малоинтенсивного увеличения зенитногоугла с те о jt о скважины ^интенсивность 1°на ЮОм проходки).

96. Использование ' оптимальной лБК с опорно- центрирующими элементами для стабилизации зенитного угла и азимута ствола с квашни е интервале 2215-2 337 м- скб 524, причем размеры КБК определялись в соответствия с приложением к программе работ.

97. Результаты проведенных работ:

98. Применение устройства "Зенит" позволило в вертикальном стволе скЕашны на глубине 500-600моориентироЕать в требуемое положение КБК и за 120-Г70м проходки получить проектные параметры стеолз скважины.

99. Средняя интенсивность искривления стеолз скважины пробуренного отклонигелем Т02-240,составила по скважине 5521° на Юм,по скЕа&ине 524-1°30" на Юм проходки.

100. Результаты применения оптимальных КБК для малоинтеноив но:'о увеличения зенитного угла ствола сквакины и для его стабилизации приведены в таолицэ I.

101. По результатам проведенной работы можно сделать следую щие выводы:1 .Бее работы, предусмотренных программой от 02.03.65 выполнены в полном объеме.

102. Применение оптимальных КБК для малоинтенсигного увеличения зенитного угла и .для его стабилизация е заданном азимуте при бурении скважин № 552.524 показало их работоспособность в условиях ^уравленковского месторождения.

103. При;, бурении опытных окважин выявлено,что применение .СЪК, включающей долото 0 295,3мм; калибратор & 295,3мм, две секции турбобура ЗТСШ-240,бурильные трубы, е интервале бурения под техническую колонну приводит к Цомекениа азимута ствола сквашны до 10°.

104. В целом результаты проведенных работ при бурении опытных■ скважин следует оценить как положительные.1. Главные инженер йуравленкоеского1. Б.Б.Попов .

Информация о работе

Повалихин, Александр Степанович
доктора технических наук
Москва, 2007
ВАК 25.00.14

Диссертация

Управление проводкой наклонных и горизонтальных скважин в сложных горно-геологических условиях бурения - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы