CC BY
23
УДК 622.243.272
ВЛИЯНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ИСКРИВЛЕНИЯ ПОИСКОВЫХ СКВАЖИН НА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ
1 2 3
Н.А. Буглов , А.В. Карпиков , П.С. Гриб
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермотова,83
Представлены результаты производственных исследований по определению влияния интенсивности естественного искривления стволов поисковых скважин на стоимость одного метра их строительства. Показано, что одним из путей повышения эффективности алмазного бурения в анизотропных геологических разрезах является широкое использование специальных компоновок нижней части бурильной колонны.
Библиогр. 14 назв. Ил. 4. Табл. 2.
Ключевые слова: скважина; искривление; анизотропия; алмазное бурение.
THE INFLUENCE OF INTENSITY OF SEARCHING BOREHOLE NATURAL CURVE ON THE TECHNICAL AND ECONOMIC INDICES OF DIAMOND DRILLING
N.A.Buglov, A.V. Karpikov, P.S. Grib
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St, Irkutsk, 664074
The results of productive research by determination of influence intensity natural curve of searching borehole on the value of one meter of their construction are represented. The extensive use special drilling tools of lower part drill pipe string is suggested as one of the way of diamond drilling effectiveness increase in the anisotropic geological sections.
14 sources. 4 figures. 2 tables.
Key words: borehole; curve; anisotropy; diamond drilling.
Анализ теоретических и производственных исследований показывает, что в настоящее время у специалистов, занимающихся повышением эффективности строительства поисковых скважин как на твердые полезные ископаемые, так и на нефть и газ в анизотропных геологических разрезах нет однозначного ответа на вопрос: как воздействует кривизна их стволов на технико-
экономические показатели буровых работ.
Если рассматривать влияние интенсивности естественного искривления на энергоёмкость бурильной колонны и передачу ею осевого усилия на забой, то большинство ученых едины во мнении - оно негативное [3-6, 8, 10, 12, 13].
Однако некоторые авторы [1, 2, 9,
:Буглов Николай Александрович, кандидат технических наук, проректор по учебной работе, тел.: (3952)405 090, e-mail: [email protected]
Buglov Nikolay Alexandrovich, a candidate of technical sciences, vice-rector at study work, tel.: (3952)405-653, e-mail: [email protected]
2Карпиков Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, тел.: (3952)405 090, e-mail: [email protected]
Karpikov Alexander Vladimirovich, a candidate of technical sciences, an associate professor of oil and gas chair, tel.: (3952)405-090, e-mail: [email protected]
3Гриб Петр Сергеевич, старший преподаватель кафедры нефтегазового дела, тел.: (3952)405-090, email: [email protected]
Grib Petr Sergeevich, a senior lecturer of oil and gas chair, tel.: (3952)405-090, e-mail: [email protected]
14] придерживаются совершенно противоположного взгляда на изучаемый вопрос. Так, М.М. Александров [1] считает, что снижение энергоёмкости работы бурового инструмента в скважинах с высокой кривизной стволов связано с особенностями вращения: при бурении вертикальных скважин роторным способом бурильные трубы движутся в режиме Ф1 (вращение вокруг оси скважины), а в искривлённых - в режиме Ф2 (вращение вокруг своей изогнутой оси), обеспечивающем меньшую силу их прижатия к стенкам выработки.
Специалисты из Московского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина [9, 14] считают, что с увеличением зенитного угла скважины уменьшается интервал её проводки в области, где возможно возникновение резонансных продольных колебаний системы «долото-бурильная колонна», вызывающих резкое снижение механической скорости бурения и ресурса породоразрушающе-го инструмента. Сужение границ работы бурильного вала, принятого на модели за тяжелый однородный стержень, лежащий на стенке скважины, в режиме данных колебаний они объясняют наличием существенных диссипативных сил по его длине, определяемых коэффициентом трения и конфигурацией ствола выработки.
Мнение авторов работ [1, 9, 14] о положительном влиянии интенсивности естественного искривления на показатели буровых работ поддерживают также и учёные Азербайджана [2, 11]. Анализ большого фактического материала по турбинному бурению кустов скважин на нефтяных промыслах Каспийского моря позволил им сделать вывод о зависимости величины механической скорости бурения от направления их проходки по отношению к структуре месторождений. Так, К.Б. Шах-базбеков [11], рассмотрев данные по строительству 52-х скважин на Апше-ронском полуострове, отмечает, что
практически во всех свитах оптимальным вариантом является ориентация стволов влево по простиранию относительно структуры месторождения, совпадающей с направлением их естественного искривления. При этом рост механической скорости он объясняет непрерывным приближением в процессе бурения осей скважин к линии наименьшего сопротивления разрушению анизотропных пород, слагающих геологический разрез данного района.
Аналогичного взгляда на влияние неоднородности физико-механических свойств горных пород на технико-экономические показатели турбинного бурения придерживаются Н.А. Григорян и В.С. Григорян [2]. Реализованные ими на площади Сангачалы-море эксперименты показали, что при проходке скважин по восстанию пластов относительно бурения по падению, расход долот в среднем сокращается на 16%. При этом ресурс породоразрушающего инструмента, механическая, рейсовая, техническая и коммерческая скорости увеличиваются соответственно на 10, 11, 16, 14 и 16%, а себестоимость 1м строительства скважин снижается на 10%.
Будет ли данный факт иметь место при вращательном бурении скважин, в т.ч. высокооборотном алмазном, в анизотропных геологических разрезах, в настоящее время ответить трудно по причине отсутствия информации по этому вопросу в открытой печати.
Неоднозначность приведенных выше сведений предопределила необходимость проведения нами исследований, суть которых заключалась в обработке и анализе первичных материалов по бурению и инклинометрической съемке скважин, имеющих неодинаковую интенсивность естественного искривления стволов на одном и том же небольшом участке месторождения.
Для чистоты эксперимента был выбран геологический объект, при изучении которого параметры режимов
бурения и компоновка всего бурильного инструмента оставались неизменными по длине ствола скважин в процессе их строительства.
По специально разработанной программе нами была проведена обработка наблюдательных листов по 10 поисковым скважинам (№№ 1447, 1448, 1449, 1450, 1451, 1452, 1453, 1454, 1455, 1456) средней глубиной 74,4 м (при разбросе от 72,2 до 79,4 м), пробуренным по разведочной сети 80Х80 м в Мамско-Чуйской ГРЭ на гольце Суровом станками СБА-500 с использованием алмазных коронок диаметром 76 мм и бурильных труб СБТМ-59/42.
Проходка скважин, имеющих одинаковые начальные угловые параметры, до конечной глубины осуществлялась при постоянной частоте вращения (около 97%) алмазных коронок 01А3 и 02И3, равной 700 мин-1, и осевом усилии 1500-1800 даН. При этом мероприятия по снижению или увеличению интенсивности естественного искривления и корректировке направления их стволов отклонителями не проводились. Длина эксплуатируемых стандартных колонковых наборов К-73 составляла 4,5-5,0 м.
Реализация форсированных режимов бурения стала возможной благодаря совместному применению эмульсионных промывочных жидкостей и смазки КАВС.
Все скважины были пройдены одной буровой бригадой под руководством технологической службы ОМПНТ ПГО «Иркутскгеология» с круглосуточными хронометражными наблюдениями в период внедрения в Мамско-Чуйской ГРЭ высокооборотного алмазного бурения. Ежесменно в наблюдательный лист с ленты кило-ваттметра Н-348 вносилась следующая информация по каждому рейсу: параметры режимов бурения; тип и длина колонкового набора; тип алмазной ко-
Усреднённые показатели поинтерваг
ронки; интервал бурения; длина рейса; средняя механическая скорость бурения интервала; время СПО; время на дополнительные операции, связанные с рейсом; замена коронки (если она имела место); выход керна; затраты мощности на бурение в конце интервала.
Инклинометрическая съемка скважин, шаг которой равнялся 10 м, выполнялась с двукратным повторением каротажным отрядом геофизической экспедиции ПГО "Иркутскгеология".
Геологический разрез гольца Суровый был представлен глубоко мета-морфизированными, часто перемежающимися, крутопадающими (от 45о до 75о к горизонту) породами VII-X категорий по буримости - кристаллическими сланцами, скарнами, известняками, гнейсами, кварцито-гнейсами, гранито-гнейсами, пегматитами различного состава, мраморами и др.
Анализ данных инклинометрии показал, что все скважины в процессе бурения имели тенденцию к выполажи-ванию с одновременным уходом влево. Интенсивность естественного искривления по полному углу переменна по длине ствола каждой из них. Причем её максимальное значение имело место в интервале 0-40 м. На отрезке глубин 4070 м девиация осей либо существенно снижалась, либо вообще отсутствовала.
С ежесменных наблюдательных листов вся необходимая информация переносилась в накопительную ведомость по каждой скважине. Туда же вписывались и результаты инклино-метрической съемки.
Наличие такого упорядоченно расположенного первичного материала позволяло рассчитывать средние значения основных показателей проходки скважин для любой их глубины: скорости бурения, длины рейса и интенсивности естественного искривления, удельного расхода алмазов (табл. 1, рис. 1-3).
Таблица 1 бурения скважин на гольце Суровый
Показатели проходки Номер скважины
1447 1448 144 9 1450 1451 1452 1453 1454 1455 1456
Затраты мощности на глубине 40/70 м, кВт 9,2 9,5 9,2 9,6 9,1 9,1 91 8,9 98 9,4 9,7 10,6 9,3 10,6 10,0 10,5 10,7 9,6 9,9
Среднее значение механической ско -рости, м/ч 8,3 7,6 9,7 8,3 82 8,7 10,1 9,7 7,9 7,0 5,9 4,3 И 7,5 6,4 6,0 5-3 72 5,8
Среднее значение длины рейса, м 3,7 3,7 2,6 3,4 31 3,3 2,7 2,9 33 3,2 36 3,7 31 3,8 3,4 3,7 3.4 3.4 3,6
Среднее значение интенсивности искривления по полному углу, град/м 0,038 0,025 0,004 0,007 0,024 0,020 0,00 0,00 0,043 0,030 0,057 0,049 0,044 0,034 0,050 0,028 0,043 0,040 0,021
Средний расход алмазов по скважине, кар/м 0,694 0,692 0,713 0,65 0,73 0,742 0,722 0,716 0,721 0,687
Примечание. В числителе приведены данные по интервалу бурения 0-40 м, в знаменателе - по интервалу бурения 0-70 м..
_ 10,0 -------- А
9,5
Л *
§ а
§ §
& §
§ о
а «
^ 3" о
а и >а
а а; а
и о
3 >
§
и
У
а
9,0 8,5
4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0
2,0 0,
В
000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,06' Интенсивность искривления по полному углу, град/м
Рис. 1. Зависимость показателей бурения от величины интенсивности естественного
искривления скважин в интервале 0-40 м
Б
§ а*
§ §
§ о
а а ^ ?
о
а
и
>а ^
а а
а
§
и о
О ч? о ^
у ^
^^
а
10,0 9,5 9,0 8,5
4,0 3,5 3,0 2,5
12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0
А
В
^ 0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060
Интенсивность искривления по полному углу, град/м
Рис. 2. Зависимость показателей бурения от величины интенсивности естественного
искривления скважин в интервале 0-70м
0,76 0,74
&
, 0,72 со
§ 0,7
^ 0,68 о
^ 0,66 Рн
0,64
0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050
Интенсивность искривления по полному углу, град/м
Рис. 3. Зависимость удельного расхода алмазов от величины средней интенсивности
естественного искривления скважин
Б
Из приведенных на рис. 1 -3 данных следует, что повышение кривизны стволов скважин приводит к:
• уменьшению механической скорости бурения;
• росту затрат мощности на бурение и длины рейса;
• снижению ресурса алмазных коронок.
Таким образом, проведённые исследования позволяют ответить на поставленный вопрос: при вращательном способе проходки скважин в отличие от турбинного [11,14], механи-
ческая скорость бурения и ресурс породоразрушающего инструмента имеют четко выраженную тенденцию к уменьшению по мере приближения осей их стволов к линии наименьшего сопротивления разрушению анизотропных пород, слагающих геологический разрез гольца Суровый.
При этом с увеличением длины бурильной колонны рост интенсивности естественного искривления оказывает более сильное негативное воздействие на основные технико-экономические показатели алмазного бурения.
Позитивное влияние на длину рейса роста интенсивности естественного искривления скважин (см. рис. 1,Б и рис. 2,Б) обусловлено прежде всего снижением числа подклинов керна в колонковой трубе при увеличении угла встречи осей их стволов с плоскостью падения контактов пород, совпадающей в свою очередь с плоскостью скалывания последних.
Для оценки тесноты связи рассматриваемых показателей бурения рассчитаны уравнения регрессии и коэффициенты корреляции (табл. 2).
Значения последних убедительно свидетельствуют о том, что между зависимыми факторами и кривизной выработок существует явно выраженная линейная связь.
Изложенный выше материал позволяет представить известное выражение для определения стоимости 1м бурения скважин [7] в следующем виде:
С,. =
С
(
Т
1
У0 -а^
\
10 +а 21,
+ Р(в + а 31),
где Ст - стоимость станко-смены работы бурового агрегата без учета истирающих, руб; T - продолжительность смены, ч; V - средняя механическая скорость бурения при нулевой интенсивности естественного искривления скважин, м/ч; ^ - средняя длина рейса при проходке прямолинейной выработки, м; g - удельный расход алмазов при нулевой интенсивности искривления скважин, карат/м; P - стоимость одного карата алмазов в коронке, руб/карат; \ - интенсивность естественного искривления скважины, град./м; ^ - время СПО и других операций, кратных рейсу, ч; а, а2, а3 - коэффициенты уравнений регрессий.
На графике зависимости стоимости одного метра бурения скважин глубиной 70 м (для условий гольца Суровый) от интенсивности их естественного искривления (рис. 4), из которого видно, что стоимость возрастает в 1,32 раза при увеличении интенсивности искривления от 0 до 0,049 град/м.
Таблица 2
Регрессии по показателям бурения
Интервал, м Показатели проходки Уравнение регрессии Коэффициент корреляции
0-40 Затраты мощности на глубине 40м, кВт W=9,0592+11,19i 0,700
Среднее значение механической скорости бурения, м/ч У=10,101-65,081 -0,880
Среднее значение длины рейса, м Lp=2,668+16,267i 0,860
0-70 Затраты мощности на глубине 70м, кВт W=8,966+35,283i 0,780
Среднее значение механической скорости бурения, м/ч у=9,446-94,Ш -0,840
Среднее значение длины рейса, м Lp=3,182+11,204i 0,590
Средний расход алмазов по скважине, кар/м g=0,667+1,558i 0,880
Рис. 4. Зависимость стоимости 1 м бурения скважин глубиной 70 м от интенсивности естественного искривления их стволов (цены 1975 г)
Приведённые результаты производственных исследований убедительно показывают, что:
- рост интенсивности естественного искривления скважин отрицательно влияет на технико-экономические показатели алмазного бурения;
- при вращательном способе проходки скважин, в отличие от турбинного, механическая скорость бурения и ресурс породоразрушающего инструмента имеют явно выраженную тенденцию к уменьшению по мере приближения осей их стволов к линии наименьшего сопротивления разрушению анизотропных пород, слагающих геологический разрез участка месторождения;
- с увеличением длины бурильной колонны рост интенсивности естественного искривления скважин оказывает наиболее сильное негативное воздействие на механическую скорость, по сравнению с другими технико-экономическими показателями алмазного бурения;
- одним из путей повышения эффективности бурения поисковых скважин в анизотропных геологических разрезах является применение высокорезультатных стабилизирующих технических средств.
Библиографический список
1. Александров М.М. Силы сопротивления при движении труб в скважине. - М.: Недра, 1978. - 208 с.
2. Григорян Н. А. , Григорян В. С. Экономика бурения наклонных скважин. - М.: Недра, 1977. - 238 с.
3. Зиненко В. П., Кирсанов А.М. Экспериментальные измерения мощности, затрачиваемой при колонковом бурении разведочных скважин. - М.: Госгеолтехиздат, 1961. - 52 с.
4. Калинин А. Г. Искривление скважин. - М.: Недра, 1974. - 303 с.
5. Калинин И.С. Исследование энергетических затрат на вращение и подъем бурильной колонны при проходке разведочных колонковых скважин малых диаметров: автореф. дис. канд. техн. Наук. - М.: МГРИ, 1970. - 18 с.
6. Кардыш В.Г., Мурзаков Б.В., Ок-мянский А.С. Энергоемкость бурения геологоразведочных скважин. - М.: Недра, 1984. - 189 с.
7. Козловский А.Е., Питерский В.М., Комаров М. А. Кибернетика в бурении. - М.: Недра, 1982. - 299 с.
8. Сароян А. Е. Теория и практика работы бурильной колонны. - М.: Недра, 1990. - 262 с.
9. Симонов В.В., Юнин Е.К. Влияние колебательных процессов на работу
бурильного инструмента. - М.: Недра, 1977. - 215 с.
10. Султанов Б.З. Управление устойчивостью и динамикой бурильной колонны. - М.: Недра, 1991. - 208 с.
11. Шахбазбеков К.Б. Некоторые вопросы бурения наклонных скважин. -Баку: Азнефтехиздат, 1956. - 83 с.
12. Шевченко И.Е. Новые данные о расходе мощности при колонковом
бурении скважин глубиной до 2000 м. Обзор. Серия: Техника и технология геологоразведочных работ; Организация производства. - ВИЭМС, 1971. - 36 с.
13. Эпштейн Е.Ф., Мацейчик Б.И., Ивахнин И. И., Асатурян А. Ш. Расчет бурильных труб в геологоразведочном бурении. - М.: Недра, 1979. - 158 с.
Рецензент ?
