Эффективность применения расширителей при строительстве подводных переходов методом наклонно направленного бурения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

определить, сколько буровых установок необходимо иметь подрядчику для выполнения планового объема бурения. Применение дополнительной буровой установки резко снижает технико-технологические показатели строительства перехода.

Общий уровень организации буровых, строительно-монтажных работ особенно четко проясняется при сравнении цикловой, коммерческой и технической скоростей бурения. Чем лучше организация строительно-монтажных работ, тем ближе иц и ок\ чем совершеннее технология бурения, меньше аварий и осложнений по вине бригады, инженерно-технического персонала, тем ок ближе к ит .

Так как при строительстве переходов методом наклонно направленного бурения применяются технологии одно- и многоэтапного расширения, то для нивелирования результатов их применения нами введена дополнительная величина, оценивающая эффективность работы бурового подрядчика — объемная скорость строительства перехода:

Oo-V/T^

(5)

где V — объем строящегося перехода, м3. Тц — календарное время от начала строительно-монтажных работ до полного окончания работ по протаскиванию трубопровода в построенную скважину, демонтажа буровой установки, ст-мес (м/ст-сут, м/ст-час).

Эффективность применяемых конструкций расширителей и технологий бурения, реализуемых ими

Анализ результатов строительства показывает, что в строительстве подводных переходов реализуются высокие скорости бурения 20-67 м/ч применительно к различным видам глинистых отложений, а также при прохождении отложений на основе песка (таб. 1).

Однако, сопоставление результатов, приведенных в таб. 1 и на рис. 8, показывает, что в строительстве подводных переходов методом наклонно направленного бурения высока доля непроизводительных затрат времени. Данные потери времени обусловлены различными видами подготовительных работ, борьбой с различными осложнениями в процессе бурения, ремонтом оборудования, а также ликвидацией аварийных инцидентов. Кроме того, резко падают технико-экономические показатели бурения с увеличением прочности разбуриваемых пород, при наличии в составе глинистых отложений различного вида твердых включений (гравий, галечник, щебенистые грунты, валуны).

Наиболее высокие технико-экономические показатели бурения в строительстве переходов реализуются при строительстве переходов с конструктивным параметром перехода ^й менее 500 мм (где ¿. — длина перехода, м; й — диаметр трубопровода, м). В основном это были переходы, которые строились для трубопровода диаметром 530 мм. Рост диаметра трубопровода более 530 мм, прокладываемого в подводном переходе, приводил к значительному росту затрат времени на строительство переходов.

Сопоставление результатов, приведенных в таб. 1 и на рис. 8, позволяет высказать мнение, что применяемые технологии бурения, а также используемый при этом породоразрушающий инструмент не в полной мере соответствуют условиям строительства переходов. Уровень соответствия определяется, в первую очередь, эффективностью работы вооружения на поро-доразрушающем инструменте в процессе разрушения грунта, реализуемыми нагрузками на инструмент, в процессе бурения, а во вторую очередь, — соответствием бурового раствора грунтовым условиям бурения, т.е. насколько он эффективно удаляется выбуренный грунт с забоя и породоразрушающего инструмента, закрепляет ли неустойчивый грунт.

Итоги

Таким образом, при неэффективном процессе разрушения грунта, отсутствии условий для очистки забоя и вооружения от выбуренного грунта, т.е. зашламовании инструмента, постоянном обваливании грунта со свода и стенок скважины увеличивается время, затрачиваемое на прохождение того или иного интервала бурения. В конечном итоге все это говорит о недостаточной эффективности реализуемой технологии бурения, в состав которой входят вопросы работы породоразруша-ющего инструмента, промывки скважины и управления технологическими параметрами бурового раствора.

Выводы

Особенности созданных осложнений и аварийных инцидентов, их сопоставление с величинами достигнутых показателей объёмной скорости выработки грунта (таб. 2) [2], а также величин механической скорости бурения (таб. 1), говорит о следующем:

1. Слом бурильного инструмента показывает не только на неудовлетворительную работоспособность бурильных труб, но говорит и о том, что породоразрушающий инструмент при прикладываемых силовых нагрузках не мог эффективно разрушать грунт. Это, в свою очередь, позволяет утверждать как о недостаточной вооружённости по отношению к проходимому грунту, так и о конструктивных недостатках.

2. Технологические осложнения и аварийные инциденты, обусловленные обрушением грунта в скважине, указывают не только на недостаточность крепящих свойствах бурового раствора, но и на то, что поро-доразрушающий инструмент не способен уплотнять с упрочнением несцементированный грунт за счет перераспределения нагрузок со стороны инструмента на забой скважины.

Рис. 7 — Шарошки, оснащенные

вставным зубом Fig. 7 — Insert-type rolling cutter

34

Рис. 8 — Цикловая скорость строительства переходов методом

наклонно направленного бурения Fig. 8 — Total speed of construction of passages by directional drilling

Экспозиция НЕфть газ октябрь 6 (59) 2017

Интервал Тяговое уси- Нагрузка на механиче- Площадь

лие, тс вращение, ская ско- забоя, м2

кНм рость, м/час

Глина полутвердая

20-90 2 37-60 30 1,13

130-326 1-4 40-75 25 1,13

326-356 1-3 35-45 36 1,13

356-436 1-3 45-65 32 1,13

534-564 1-2 30-35 28 1,13

210-430 12-20 25-30 30 1,13

480-590 12-20 30 43 1,13

210-430 10-34 25-30 21 2,01

480-590 10-14 30 31 2,01

Глина тугопластичная

700-730 10-20 25-32 35 1,13

700-730 10 25-30 30 2,01

Суглинок полутвердый

0-10 1 50 55 1,13

436-514 1-3 30-63 32 1,13

0-50 12-15 26-30 20 1,13

730-770 16-18 28-30 53 1,13

0-50 10-12 32-33 67 2,01

730-770 10 20-30 39 2,01

Суглинок тугопластичный

10-20 2 52 38 1,13

514-534 2-3 30-35 26 1,13

Суглинок мягкопластичный

564-574 1 30 38 1,13

Супесь пластичная

90-130 1-3 45-50 29 1,13

Песок гравелистый

70-210 10-14 25-28 38 1,13

590-690 10-14 22-30 40 1,13

70-210 10 24-26 32 2,01

590-690 10-13 21-35 37 2,01

Песок средней крупности

50-70 10 28 43 1,13

50-70 10 30 26 2,01

Песок мелкий

574-594 1 42 43 1,13

Песок пылеватый

594-603 2 25-35 36 1,13

690-700 10 25 43 1,13

690-700 10 25 43 2,01

Гипс

430-480 12-18 30 40 1,13

430-480 10-13 30 30 2,01

Доломиты малопрочные

0-45 20-25 - 9-18 0,04

45-50 20-25 - 18 0,04

450-460 20-28 До 25 6 0,04

35-55 10-15 35-38 2,2 1,44

Доломиты средней прочности и прочные

50-190 20-30 До 30 5-32 0,04

190-234 15-30 До 35 6-22 0,04

234-263 25-30 До 35 4-5 0,04

263-405 20-30 До 35 4-9 0,04

55-190 8-16 35-40 0,6-2,9 1,44

190-234 10-15 35-40 2,1-2,9 1,44

234-263 8-13 38-42 1,0-1,7 1,44

Доломиты прочные

428 45-60 34-37 До 2 м/сут 1,44

Октябрьский выпуск

^^ Available on the

Ш Арр Store

НЕФТЬ ГАЗ

ЭКСПОЗИЦИЯ

ГАЗПРОМ

Mil UTS RUS (IT

С октябрь

20:40 V ЗВКЙ !-

Щ а +

пн, 9 окт.

»«л день Эксплуатация - добыча нефти... ет, 10 окт.

та день | Эксплуатация - добыча нефти ... »«ь день Нефт ь и газ. Химия

ср,11окт.

день | Эксплуатация - добыча нефти.,.

| Нефть и газ. Химия чт, 12 окт,

т день Эксплуатация - добыча нефти...

ыкьдвнь Нефть и газ. Химия

1ТТ,13 01СТ.

■ю день Эксплуатация - добыча нефти...

Сегодня Календари Входящие

О

Таб. 1 — Показатели бурения скважины при строительстве переходов методом наклонно

направленного бурения

Tab. 1 — Drilling performance indicators during construction of passages

Категория сложности перехода при реализации метода ННБ*

1 (очень легкая)

Инженерно-геологические условия строительства*

2

1. Залегание торфа и растительного слоя;

2. Залегание пылеватого и мелкого песка;

3. Залегание супеси текучей, пластичной.

Скорость выра- Виды осложнений и

ботки грунта, м3/ст.мес (цикл строительства)

более 600

аварий, зафиксированные при строительстве подводных переходов (время ликвидации аварии)

4

2 (легкая)

400-600

Обрушение ствола

скважины

(до =5 сут.)

3 (средняя)

200-400

4 (сложная)

100-200

1. Слом бурильного инструмента (до =4 сут.);

2. Обрушение ствола скважины (строительство перехода в новом створе);

3. Прихват расширителя (до =13 сут.);

4. Образование сальников.

1. Слом бурильного инструмента (до =3 сут.);

2. Прихват расширителя, слом бурильного инструмента (до =10 сут.);

3. Слом бурильного инструмента (=6 сут.).

1. Залегание песка средней крупности, крупного;

2. Залегание супеси твердой;

3. Залегание суглинков, в т.ч. текучих, текучепластичных, мягкопластич-ных, тугопластичных, полутвердых, твердых.

1. Залегание гравелистого песка;

2. Залегание глины в т.ч. текучей, текучепластичной, мягкопластичной, тугопластичной, полутвердой, твердой;

3. Залегание песчаных и глинистых грунтов (глина, суглинок, супесь) с примесью гравия (дресвы), гальки (щебня) не более 25%;

4. Залегание гравийно-галечникового грунта с песчаным заполнителем более 40% или глинистым заполнителем более 30% и мощностью по стволу скважины не более 100 м;

5. Залегание полускальных грунтов, в т.ч. очень низкой прочности, низкой прочности, пониженной прочности (предел прочности на одноосное сжатие от 1 до 5 МПа).

1. Залегание песчаных и глинистых грунтов (глина, суглинок, супесь) с примесью гравия (дресвы), гальки (щебня) не более 50%;

2. Залегание гравийно-галечникового грунта с песчаным заполнителем более 40% или глинистым заполнителем более 30% и мощностью по стволу скважины более 100 м;

3. Включения валунов мелких (с размером частиц не более 400 мм) не более 5% от общей массы грунта;

4. Залегание малопрочных скальных грунтов (предел прочности на одноосное сжатие от 5 до 15 МПа);

5. Разновысотность точек входа и выхода бурового инструмента из скважины более 20 м;

6. Наличие карстовых полостей не более 2 м.

1. Залегание гравийно-галечникового грунта с песчаным заполнителем менее 40% или глинистым заполнителем менее 30%;

2. Включения валунов мелких (с размером частиц не более 400 мм) не более 20% от общей массы грунта;

3. Залегание скальных грунтов, средней прочности (предел прочности на одноосное сжатие от 15 до 50 МПа);

4. Чередование грунтов, отличающихся по категории технологической сложности строительства подводного перехода методом ННБ более чем на 2 категории;

5. Наличие карстовых полостей более 2 м.

* Выбор категории сложности строительства подводного перехода методом ННБ осуществляется по результатам сопоставления инженерно-геологических условий строительства проектируемого подводного перехода и инженерно-геологических условий, относящихся к каждой из категории (колонка 2). Категории распределены в следующей последовательности: очень легкие (1 категория), легкие (2 категория), средние (3 категория), сложные (4 категория), очень сложные (5 категория). Для определения категории сложности строительства подводного перехода достаточно совпадения по 1-му условию. При наличии совпадения условий строительства в разных категориях сложности, выбор осуществляется по наиболее сложной категории. Условия строительства считаются совпавшими при распространении по стволу скважины грунтов, определенных в инженерно-геологических условиях для каждой категории (колонка 2), не менее 15% от общей длины скважины подводного перехода. ** Классификация грунтов принята по ГОСТ 25100-2011

Таб. 2 — Категории технологической сложности строительства подводного перехода методом ННБ Tab. 2 — Categories of technological complexity of underwater crossing by the method of NN

5 (очень сложная)

менее 100

Обрушения ствола скважины, поглощение бурового раствора, разрушение бурильного инструмента (до =112 сут.)

3. Из сопоставления результатов, приведенных в таб. 1 и 2, в пользу критики применяемых расширителей действует и такой фактор. Во 2 и 3 группах переходов проходимые грунты близки по литологиче-скому составу, но скорости строительства в их условиях различаются до 2-3 раз. Эта проблема в значительной степени усугубляется с увеличением диаметра строящейся скважины. Поэтому можно констатировать, что в строительстве переходов методом наклонно направленного бурения не решена проблема создания эффективных расширителей с диаметром 1000 мм и более для работы в условиях

залегания пород средней и высокой группы сложности, а также пород малой прочности, но характеризующихся присутствием высокоабразивных включений. 4. Наличие породоразрушающего инструмента с высокоэффективным воздействием позволит увеличить технико-экономические показатели строительства переходов и эффективность реализации метода наклонно направленного бурения. В связи с этим, считаем необходимым в дальнейшем более детально рассмотреть существующие представления по выбору вооружения и конструкции породоразруша-ющего инструмента в виде расширителей.

36

Список литературы

1. Попов А.Н., Спивак А.И., Акбулатов Т.О. и др. Технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учеб. для вузов.

М.: Недра-Бизнесцентр, 2003. 509 с.

2. Вафин Д.Р., Сапсай А.Н.,

Шаталов Д.А. Технико-экономические границы применения метода наклонно направленного бурения при строительстве подводных переходов магистральных трубопроводов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2017. №7( 3). С. 66-73.

Экспозиция НЕФТЬ ГАЗ ОКТЯБРЬ 6 (59) 2017

1

3

ENGLISH

DRILLING

Efficiency of reamers in the course of underwater passage construction by directional drilling

UDC 622.24

Authors:

Yuri V. Lisin — Sc.D., general director1 Aleksey N. Sapsay — vice president2

Zarif Z. Sharafutdinov — Sc.D.,chief researcher of Center for construction methods, inspection of duildings1; [email protected]

СЕМИНАР-КОНФЕРЕНЦИЯ

1Transneft R&D, LLC, Moscow, Russian Federation 2PJSC Transneft, Moscow, Russian Federation

04-08 июня 2018

Abstract

This paper addresses the issue of selecting a rock cutting tool to ream a pilot bore of an underwater passage as applicable to soil physics and mechanics and reaming techniques. Engineering challenges arising from the use of various cutting tools for reaming are also highlighted.

Materials and methods

Comparative method of correlation of geotechnical construction conditions as applicable to directional drilling.

Results

Thus, ineffective soil drilling, poor cleaning of the bottomhole and the drill string, i.e. settling of cuttings in the hole, and well caving in slow down the rate of penetration on certain drilling intervals. Eventually, all this points to the fact that the drilling technique applied is not efficient. This includes issues related to operation of rock cutting tools, hole cleaning and drilling mud parameters.

Conclusions

Evaluation of geological and drilling conditions, drilling problems and failures, as well as their correlation with achieved volumetric soil cutting rate (Tab. 2) [2] and rate of penetration (Tab. 1) suggest the following: 1. Failure of drilling equipment flags poor performance of drill pipes and shows that the rock cutting tool was unable to efficiently cut the soil under applied load. Further this allows us to speak of drilling equipment being inadequate towards the soil drilled as well as of design flaws.

2. Operating problems and failures resulting from wells caving in are not only indicative of poor stabilizing properties of the drilling fluid but they also show that the rock cutting tool is not capable of compacting and stabilizing uncemented rock by transferring loads from the drill string onto the bottomhole.

3. Comparison of results, given in Tab. 1 and 2, reveals another factor that supports criticism of applied reamers. Soils found in the 2nd and 3rd groups of passages are lithologically similar. However rates of hole construction in given conditions vary by 2-3 times. This problem gets significantly worse with the enlargement of a drilled wellbore. We may therefore assert that construction

of passages through directional drilling is still associated with lack of efficient 1000+ mm reamers to be used in medium and high complexity rocks as well as in soft formations with highly abrasive inclusions.

4. A high efficiency rock cutting tool helps to improve performance indicators for passage construction and effectiveness of directional drilling method.

That said, we deem it necessary to further review current views on selection of drilling equipment and design of rock cutting tools in the form of reamers.

Keywords

rock cutting tools, drilling, directional drilling, crossing construction

References bureniya pristroitel'stve

1. Popov A.N., Spivak A.I., Akbulatov podvodnykh perekhodov

T.O. i dr. Tekhnologiya bureniya magistral'nykh truboprovodov

neftyanykh i gazovykh skvazhin: [Technical and economic limits to

Ucheb. dlya vuzov [Drilling the application of the horizontal

technology of oil and gas wells: direction drilling method in

Textbook]. Moscow: the construction of underwater

Nedra-Biznestsentr, 2003, 509 p. transitions of main pipelines].

2. Vafin D.R., Sapsay A.N., Shatalov Science & Technologies: Oil

D.A. Tekhniko-ekonomicheskie and Oil Products Pipeline

granitsy primeneniya metoda Transportation, 2017, issue 7 (3),

naklonno-napravlennogo pp. 66-73.

«Инновационные решения в области КРС, ПНП, ГНКТ, внутрисквэжинные работы исупервайзинг в горизонтальных и разветвленных скважинах»

-

■

F s-г «¡Jrtr*

- V J

V

Ш

(И 11 le J Ш

XlLZИМ®

i t л

+7 (34521 534 009 togcf3bk.ru, in_techObk.ru

WWW.T0GC.INF0

vr*-«

,Кч ш

я 1Г

<НЕФТЕМАШ»-САПКОН

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

Проектирует, производит, поставляет и осуществляет сервисное обслуживание технологического оборудования для объектов нефтехимии, топливно-энергетического комплекса, черной и цветной металлургии, коммунального хозяйства:

Агрегаты, установки, блоки и системы напорного дозирования жидких компонентов;

Комплекс технологического оборудования для оснащения резервуаров низкого давления для складирования нефти и нефтепродуктов;

Комплектующие для нефтегазовых сепараторов и установок электро-обессолевания нефти;

Технологическое оборудование для сварочных участков и мукомольных производств;

Отдел испытаний и сервисного обслуживания осуществляет:

Проверку дыхательных и предохранительных клапанов резервуаров на пропускную способность, давление и вакуум срабатывания, А также их капитальный ремонт (восстановление рабочих параметров);

Проверку огнепреградителей (атмосферных и коммуникационных) на огнестойкость и пропускную способность;

Ремонт и восстановление работоспособности резервуарного оборудования.

Мы владеем большим рядом разработанных нами проектов к выпускаем резервуарное, насосное, спецтехнопогическое оборудова ние, а также по вашим чертежам можем изготовить изделия, детали, заготовки любой сложности.

г. Саратов, ул. Б. Казачья, 113 +7 (8452) 26-16-59, 50-59-82 +7 (8452) 50-60-30, 524-888

[email protected] WWW.SAPCON.RU

спецтехника

Экономичные и эффективные каротажные подъемники производства ОАО «ТЗГОИА»

ОАО «ТЗГОИА» уже более 55 лет снабжает нефтегазовую отрасль современным оборудованием. Сегодня это один из крупнейших в России производителей техники для проведения работ в поисковых, разведочных и эксплуатационных скважинах. Завод изготавливает каротажные подъемники (самоходные и несамоходные), лаборатории, станции взрывного пункта и различное геофизическое оборудование. Предприятие активно осваивает и внедряет в производство новые конструкторские разработки. В этом году выпущены новые модели подъемников с улучшенными энергоэффективными характеристиками и расширенным набором применений.

Подъемники с двумя раздельными барабанами на базе двухосных шасси Урал или КАмАЗ предназначены для проведения спускоподъемных операций при решении промысловых задач, в числе которых: свабирование, гидродинамические исследования скважин (КВД, ПП и других), работа в колонне по оценке технического состояния и ФЕС пластов.

Особенность конструкции подъемника заключается в двух раздельных барабанах. Первый рассчитан на кабель диаметром 6,312,3 мм и длиной от 2,5 до 5 км, второй — на проволоку длиной до 10 км или кабель диаметром 3,6-5,4 мм и длиной от 3,5 до 7 км. Выполнение канатных работ на проволоке и тросе обеспечено скоростями 30-35 км/час.

Данная модель позволяет сократить затраты на содержание дополнительных технических средств, так как способна заменить два подъемника, оборудованные одним барабаном.

Цена изделия с шасси составляет 3 892 794 руб. (с учетом НДС). При покупке партии автомобилей (более трех штук) на каждую последующую единицу техники действует скидка 1,5%.

Линейка подъемников на базе ГАЗ

Новая линейка специальных автомобилей, изготавливаемых как на старом шасси ГАЗ-3308(-9), так и на новом ГАЗон Next, позволяет, в зависимости от задачи, наматывать на барабан кабель диаметром 3,6-5,4 мм или проволоку. Для привода барабана используется гидравлика, при этом крутящий момент на гидронасос передается с КОМ через редуктор. Использование гидравлического привода позволяет без инерции изменять направление вращения барабана, что важно при установке и снятии клапанов и позволяет с особой точностью выполнять внутрискважины сложные ударные канатные работы. Максимальная скорость движения кабеля или проволоки — до 35 км/час.

Для повышения устойчивости подъемника его кузов выполнен с минимальными высотой (1,8 метра) и подъемом над шасси, для этого в кузове сделаны вырезы для арок колес. Снижение центра тяжести позволяет минимизировать вероятность опрокидывания, а уменьшение высоты кузова снижает

ветровое сопротивление, как лобовое, так и боковое.

В результате всех усовершенствований обслуживание подъемника на шасси ГАЗ-3308 обходится дешевле, чем обслуживание аналогичного подъемника, изготовленного на базе шасси КАМАЗ или Урал. Затраты на ремонт и ГСМ снижаются.

Стоимость подъемника на базе ГАЗ-3308 с двигателем Д-245 составляет 2 897 964 руб., а с двигателем ЯМЗ-53442 - 3 272 186 руб. (с учетом НДС). При заказе более двух единиц техники на каждую последующую предоставляется скидка в размере 1%.

Основные комплектующие подъемников такие, как утепленный кузов, редукторы КОМ, редукторы СПА, спускоподъемный агрегат, кабелеукладчики, системы измерения, подвесные системы, изготавливаются заводом самостоятельно, а модельный ряд каротажных подъемников ТЗГОиА насчитывает несколько десятков комплектаций и разработан для освоения месторождений нефти и газа, зачастую находящихся в удаленных регионах и сложных климатических условиях. Наши заказчики, среди которых «Татне-фтегеофизика», «ТНГ-Групп», Газпромнефть, «Сургутнефетегаз», «Ноябрьскнефтегеофи-зика», «Нижневартовскнефтегеофизика», «Коминефтегеофизика», «Якутгазпром», «ГЕОТЕК-Холдинг», отмечают надежность, качество, многофункциональность и удобство эксплуатации поставляемой спецтехники.

Вся выпускаемая ОАО «ТЗГОИА» продукция имеет сертификаты соответствия Техническим Регламентам Таможенного Союза, а на предприятии действует сертифицированная СМК.

ОАО «Туймазинский завод геофизического оборудования и аппаратуры» 452754, Республика Башкортостан,

г. Туймазы, ул. Горького, д. 35. +7 (3532) 39-93-07 / (34782)5-54-00 [email protected] www.tzgoa.ru