Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Удосконалення техніки та технології відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах

Мрозек Роман Євгенійович

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

керн свердловина відбор

Актуальність теми. У відповідності з комплексною національною програмою “Нафта і газ України до 2010 року” у 2003 році досягнуто стабілізації рівня видобутку нафти і газу та передбачається поступове його збільшення. Вирішення цієї проблеми не можливе без збільшення обсягу бурових робіт, в тому числі буріння пошукових і розвідувальних свердловин. Однією з найважливіших проблем буріння при розвідці і експлуатації нафтових родовищ є високоякісний відбір керна в складних геологічних умовах. Крім того, одним із резервів стабілізації рівня видобування нафти і газу є відновлення старого і бездіючого фонду шляхом буріння похило спрямованих та горизонтальних свердловин. Це вимагає удосконалення технологічних заходів та розробки технічних засобів по відбору керна в свердловинах з великими зенітними кутами. Особливо це стосується родовищ, продуктивні горизонти яких складені слабозцементованими вапняками, піщано-глинистими відкладами, а також пухкими і слабозцементованими пісковиками.

Удосконаленню технології та технічних засобів відбору керна в складних геолого-технічних умовах присвячені розробки багатьох вітчизняних та зарубіжних дослідників: Алексєєва Ю.А., Барабашкіна І.І., Барановського Є.М., Боднарука Т.М., Берштейна О.Ю., Булнаєва І.Б., Гаврилова Я.С., Гельфгат М.Я., Дороднова І.П., Дубленича Ю.В., Князєва І.К., Кунцяка Я.В., Мандруса В.І., Марухняка М.Й., Мессера О.Г., Нікітіна С.В., Нинарокова А.М., Панова Б.Д., Сианка-Ібара Л., Стефурака Р.І., Сулакшина С.С., Філіпова В.М., Едельмана Я.А., Ясова В.Г. та ін.

Незважаючи на те, що питанню підвищення ефективності відбору керна присвячено багато теоретичних робіт і експериментальних досліджень, накопичено великий промисловий досвід, в даний час відсутній науково обґрунтований і перевірений в промислових умовах комплекс керновідбірної техніки і технології для ефективного відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах. Тому проблема розробки технологічних заходів і технічних засобів для відбору керна є актуальною і потребує подальшого розвитку.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з програмами науково-дослідних робіт за договорами по удосконаленню процесу відбору керна на нафтових і газових родовищах: № 5.23/96-97 з Державним Комітетом нафтової і газової промисловості України, № 01.98.А-9.1-79/98, № А-7.1-169-00 з Державним комітетом Республіки Татарстан по геології і використанню надр, № А1. 4/01 та №А6.1.-170./01 з Міністерством екології та природних ресурсів Республіки Татарстан, № 78/2000 з ЗАТ “Калининградская ГНДЭ”, № 08/2001 з ЗАТ “Сибирская сервисная компания”, №12/2000 з ЗАТ “Томскбурнефтегаз”, №80/2000 та № 7/2001 з ЗАТ “Нефтепром-бурсервис”, № 43.2000 та №97.2000 з “Чернігівнафтогаз”, № 131/2000/2481 з “Охтирканафтогаз”, №57/2001 з “Каштан Петролеум ЛТД”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності відбору керна в похило спрямованих і горизонтальних свердловинах шляхом удосконалення техніко-технологічного комплексу відбору керна.

Основні задачі дослідження:

1. Аналіз особливостей відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах.

2. Удосконалення технології відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах, в тому числі технології відбору орієнтованого керна.

3. Удосконалення методики розрахунку стабілізуючих компоновок для відбору керна в свердловинах з великими зенітними кутами.

4. Розробка ефективних технічних засобів для відбору керна в похило спрямованих і горизонтальних свердловинах, в тому числі малого діаметра.

5. Промислова перевірка ефективності розроблених технологічних заходів та технічних засобів відбору керна.

Об'єкт дослідження. 1. Керновий матеріал в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах, його властивості. 2. Технологічні заходи та технічні засоби для відбору керна.

Предмет дослідження. Чинники, що впливають на винос керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах в процесі його формування та підйому.

Методи дослідження. 1. Лабораторні експерименти з визначення параметрів технічних засобів для відбору керна в свердловинах з великими зенітними кутами. 2. Промислові дослідження по визначенню оптимальних технологічних регламентів при відборі керна. 3. Аналітична оцінка параметрів КНБК на траєкторію горизонтальних свердловин.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено нову методику та програмне забезпечення, що дозволяють розрахувати спеціальні компоновки з метою стабілізації та корегування зенітного кута при відборі керна в свердловинах з великими зенітними кутами. Визначена залежність місця розташування ковзаючого центратора на корпусі керноприймального пристрою у залежності від основних техніко-технологічних чинників проводки свердловин (кута нахилу, співвідношення між габаритними розмірами керноприймального пристрою, бурильної головки, ковзаючого центратора та вибійного двигуна, навантаження при бурінні з відбором керна).

Практичне значення одержаних результатів.

1. Вперше удосконалено технічні засоби та технологію процесу буріння з відбором керна в горизонтальних та похило спрямованих свердловинах, що забезпечують високий винос керна.

2. На основі теоретичних та експериментальних досліджень розроблені технологічні рекомендації по відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах.

3. Удосконалено конструкційні елементи керноприймальних пристроїв (керновідривачів, кулькових підвісок) із врахуванням умов роботи в свердловинах з великими зенітними кутами, що забезпечують їх надійність та довговічність в роботі.

4. Розроблено техніко-технологічний комплекс, що дозволяє з високою ефективністю проводити відбір орієнтованого керна в свердловинах з великими кутами, у тому числі малого діаметра.

5. Вперше в світовій практиці проведено суцільний відбір 100,0 м керна в горизонтальній ділянці свердловини № 1073 г Чегодаївська.

6. Проведене промислове впровадження техніко-технологічного комплексу при відборі керна в семи свердловинах у різноманітних геолого-технічних умовах підтвердило високу ефективність та скоротило загальний час будівництва свердловин. При загальному об'ємі буріння 282,9 м винос керна склав 98,8 %.

Особистий внесок здобувача. Проведені дослідження і аналіз впливу основних факторів, що впливають на ефективність відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах. Експериментально встановлено вплив окремих конструкційних елементів керноприймальних пристроїв на ефективність відбору керна. [2] Приведені роботи виконані здобувачем особисто.

У співпраці з іншими науковими дослідниками розроблено технічні засоби та їх конструкційні елементи для відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах у співавторстві [1-4,7], де особистий внесок здобувача складає 60 %; розроблено математичну модель та програмне забезпечення для розрахунку стабілізуючих та корегуючих компоновок [5] у співавторстві, де особистий внесок здобувача складає 50 %. Удосконалений спосіб відбору орієнтованого керна [6,11], де особистий внесок здобувача складає 60 %. Проведено промислове впровадження розробленого техніко-технологічного комплексу [8-10, 12], де особистий внесок здобувача складає 50 %.

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на науково-технічному семінарі “Проблеми горизонтального буріння”- м. Іжевськ (Росія) 1998 р., семінарі технологів бурових підприємств “Держкомнафтогазпрому” та АТ “Метса Спешелти Кемикалз”- м. Аанекоскі (Фінляндія) 1996 р., міжнародній науково-технічній конференції „Геопетрол”- м. Краків (Польща) 2002 р., технічних радах ВАТ „Татнафта” - м. Альметьєвськ (Росія) та Охтирського НГВУ 1997-2003 рр., засіданні секції буріння УНГА - м. Київ 2002р., міжнародній технічній конференції “10-ти річчя НДІКБ БІ”- м. Київ 2003р.

У повному об'ємі результати досліджень доповідались на науково-технічних радах ВАТ „УкрНГІ” по проблемах інтенсифікації видобутку шляхом зарізки бокових стволів свердловин, м. Київ 2002-2003 рр., засіданнях кафедри буріння нафтових і газових свердловин Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу в 2001-2004 рр.

Публікації. За результатами досліджень, які викладені в дисертації, опуб-ліковано 12 наукових праць, в тому числі 1 самостійна та 2 авторських свідоцтва.

Структура дисертаційної роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків і додатків. Загальний об'єм роботи 127 сторінок і включає 37 рисунків, 16 таблиць, список літератури із 105 найменувань та 7 додатків.

Автор щиро вдячний науковому керівникові к.т.н. Кунцяку Я.В. та всьому колективу ЗАТ “Науково дослідне та конструкторське бюро бурового інструменту” за постійну увагу і допомогу при роботі над дисертацією.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, яка досліджена автором, і дана її загальна характеристика.

Перший розділ присвячено аналізу сучасного стану техніки та технології відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах. Аналіз геолого-технічних умов відбору керна існуючими технічними засобами з використанням традиційної технології на прикладі родовищ республіки Татарстан та північно-західної частини ДДз свідчать про різноманітність та неоднорідність літологічного складу, що значно ускладнює процес відбору керна. В першу чергу це стосується продуктивних горизонтів, у складі яких наявні піщано-глинисті слабозцементовані і пухкі відклади. Існує цілий комплекс факторів, що впливають на ефективність відбору керна. Детальна та найґрунтовніша класифікація таких факторів приведена Я.А. Едельманом, де вони виділені в дві групи: постійні у певному інтервалі (геологічні) та підвладні удосконаленню (технічні, технологічні та організаційні). Однак вивченню особливостей цих факторів при відборі керна в свердловинах з великими зенітними кутами до теперішнього часу не було приділено значної уваги.

Аналіз існуючих технічних засобів, що використовуються в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах показав, що їх конструкції не в повній мірі враховують особливості відбору керна в таких умовах. Це підтверджується результатами відбору керна в трьох геологічних регіонах: Дніпровсько-Донецькій западині, республіці Татарстан та Забайкаллі. В залежності від типу колектора в свердловинах з зенітними кутами 15°...30° винос керна коливався в межах 75-50%, при зенітних кутах 30°...60° - склав 50-30%, в горизонтальних свердловинах винос керна знижувався до 13%. Зроблено висновок про залежність виносу керна від кута свердловини, причому така залежність особливо чітко спостерігається в породах ІІІ-ІV категорій по складності відбору.

Проаналізовані відомості про способи відбору орієнтованого керна. Одні з них (приладні) через складність механізмів та ненадійність їх роботи не в повній мірі задовільняють вимогам, що ставляться до них. Інші (безприладні) не забезпечують надійної орієнтації і проведення таких технологічних операцій та нерідко призводять до зменшення виносу керна.

Проведений аналіз теоретичних, експериментальних і промислових робіт, присвячених техніці та технології відбору керна, став основою для формування мети та задач дослідження.

Другий розділ присвячений удосконаленню режимно-технологічних пара-метрів відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах. Необ-хідно відзначити, що вихідною умовою для проведення цих досліджень є те, що в ВАТ „Укрнафта” та АТ „Татнафта” буріння з відбором керна в свердловинах з великими зенітними кутами проводиться з використанням вибійних двигунів.

Розроблений експрес-метод вибору оптимального навантаження при бурінні з відбором керна в горизонтальних та похило спрямованих свердловинах для будь-яких геолого-технічних умов. Така методика складається з наступних етапів:

1. Вибір бурильної головки оптимального типорозміру, розрахунок керно-приймального пристрою такої габаритної довжини і діаметра, що забезпечує вільне проходження в інтервалах набору кривизни разом з вибійним двигуном.

2. Проведення першого довбання при постійній частоті обертання та кілько-сті промивальної рідини. Починають буріння з навантаження 10 кН, поступово збільшуючи його на одну і ту ж величину (від 5 до 10 кН). Визначаючи механічну швидкість буріння при збільшенні навантаження, будують графік цієї залежності. Збільшення навантаження проводиться до тих пір, поки будуть відмічені постійні зупинки вибійного двигуна.

3. Визначення зони найвищої швидкості та межі оптимального навантаження на побудованому графіку залежності механічної швидкості буріння з відбором керна від навантаження.

4. Подальший відбір керна до повного запланованого об'єму проводиться при визначеному навантаженні. У випадку зміни однієї з геолого-технічних умов (типу гірської породи, типорозміру вибійного двигуна, керноприймального прист-рою або бурильної головки) рекомендується повторити операції описані в п. 2).

З використанням цього методу були проведені промислові дослідження в ряді свердловин, як малого, так і великого діаметрів. Для конкретних геолого-технічних умов оптимальним буде навантаження 70-90 кН при бурінні свердловин нормального діаметра та 30-40 кН для свердловин малого діаметра. При навантаженні менше цієї величини проходить падіння механічної швидкості буріння. При перевищенні - проходить падіння механічної швидкості до нуля, що свідчить про зупинку вибійного двигуна. Для його запуску необхідно зняти навантаження з бурильної головки, що приводить до відриву керна від вибою .

Проведений комплекс промислових досліджень по визначенню залежності виносу керна від кількості промивальної рідини при визначених граничних умовах. З однієї сторони ця величина обмежена мінімальною продуктивністю насосів, при якій забезпечується безперебійна робота вибійного гвинтового двигуна, а з другої - максимальною продуктивністю, яку можуть створити насоси.

Експериментальні дослідження проводилися у двох регіонах: в північно-західній частині Дніпровсько-Донецької западини та нафтогазовому регіоні Республіки Татарстан. Так, у свердловині №155 Качанівського родовища відбір керна проводився в слабозцементованих, пухких пісковиках. Для конкретних геолого-технічних умов визначено, що при продуктивності насосів 0,006-0,007 м3/с. винос керна складав 95-100%. При збільшенні продуктивності до 0,009-0,010 м3/с. відбувалось часткове розмивання новоутвореного зразка керна потоком промивальної рідини. Це призвело до того, що винос керна в цих двох довбаннях склав 80 і 75%. Коли подача промивальної рідини збільшувалася до 0,011-0,012 м3/с., розмивання гірської породи було настільки значним, що винос керна склав 50-60%.

При відборі керна в свердловині № 38238г Куакбашського родовища в міцних, кавернозних, тріщинуватих вапняках незалежно від підвищення кількості промивальної рідини, що подається на вибій, винос керна не змінився.

За результатами досліджень встановлено, що при відборі керна в пухких і слабозцементованих породах необхідно зменшувати продуктивність насосів до мінімальної, яка тільки дозволяє проводити процес буріння з використанням гвинтових вибійних двигунів. У щільних, зцементованих породах можливе підвищення кількості подачі промивальної рідини, яке не впливає на винос керна.

Наступним етапом роботи стала розробка компоновки, що дозволяє стабілізувати та корегувати зенітний кут свердловини. З цією метою в КНБК включають центруючі елементи, котрі встановлюють на корпусі керноприймального пристрою.

Розглянемо випадок, коли колона лягає на стінку свердловини гвинтовим вибійним двигуном (рис.1 а).

Рис. 1. Розрахункова схема.

Диференціальні рівняння пружної лінії колони на І, ІІ, ІІІ ділянках мають вид:

 ; (1)

; (2)

(3)

Розвязки цих рівнянь:

; (4)

(5)

(6)

де ЕІ1, ЕІ2 - відповідно жорсткість керноприймального пристрою і гвинтового вибійного двигуна; q1, q2 - поперечні складові від ваги одиниці довжини керноприймального пристрою і гвинтового вибійного двигуна; Р - осьове навантаження на бурильну головку; Q - поперечна реакція вибою; R1, R2 - реакції стінки свердловини в точці контакту центратора і гвинтового вибійного двигуна; l1 - відстань від долота до центратора; l2 - відстань від центратора до гвинтового вибійного двигуна; l3 - відстань від початку гвинтового вибійного двигуна до точки його дотику із стінкою свердловини.

 ; . (7)

Довільні сталі, довжина l3 і реакції Q, R1, визначаються з граничних умов.

Граничні умови на кінцях і в точках спряження ділянок мають вигляд:

; ; (8)

; ; (9)

; (10)

; ; (11)

; (12)

, (13)

де r1 - радіальний зазор між центратором і стінкою свердловини; r2 - радіальний зазор між гвинтовим вибійним двигуном і стінкою свердловини.

Провівши відповідні підстановки, одержимо алгебраїчну систему рівнянь по визначенню довільних сталих А1, А2, С1, С2, В1, В2, невідомих реакцій Q, R1 і довжини l3 . Одержана система є нелінійною системою 9-го порядку. Аналогічні системи розглядались Султановим Б.З., Ішемгужиним Н.Х., де для їх розвязку складалась окрема програма, яка є складною і настільки громіздкою, що не була приведена в монографії. На відміну від цього, запропоновано, попередньо задавшись величиною l3, розвязати алгебраїчну лінійну систему 8-го порядку за методом Гауса. На базі розробленої схеми створена комп'ютерна програма, за допомогою якої система розвязується за дуже короткий час.

Для випадку, коли компоновка торкається свердловини в точці В і лягає на стінку свердловини вже бурильними трубами, розташованими за гвинтовим вибійним двигуном, розрахункова схема показана на рис. 1 б і має 4 ділянки.

На основі розроблених залежностей побудовані номограми для типових техніко-технологічних умов відбору керна ВАТ „Укрнафта” та АТ „Татнафта”, що дають можливість у польових умовах визначити параметри КНБК, в залежності від технічного завдання (рис 2.)

Рис. 2. Залежність поперечної реакції вибою від місця установки центратора.

Третій розділ присвячений удосконаленню технічних засобів для відбору керна та їх конструкційних елементів.

При розробці та удосконаленні загальної схеми керноприймального пристрою для відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах, перш за все, необхідно було вирішити задачу надійного центрування керноприймальної труби, зменшення загальної довжини пристрою, надійності керновідриву та відбору орієнтованого керна.

Оскільки основними конструкційними елементами, які впливають на ефективність та довговічність роботи керноприймального пристрою, є керновідривач та кулькова підвіска, було проведено ряд експериментальних досліджень, спрямованих на їх удосконалення.

З метою підбору методу наплавки важільків керновідривача були проведені їх стендові випробування, що імітують роботу в абразивних породах. В результаті випробувань важільків на стенді встановлено матеріал їх виготовлення. Для визначення матеріалу виготовлення пружин та їх конструкцій були проведені експериментальні дослідження та зроблені розрахунки.

На основі проведених стендових випробувань та розрахунків була визначена конструкція керновідривача, що включає матеріал виготовлення важільків та пружин, спосіб наплавки важільків та конструкцію пружинок.

Розроблені нові конструкції керновідривачів:

1. Для роботи у в'язких піщано-глинистих породах, що дозволяє за рахунок додаткових схем промивки виключити залипання важільків та проводити ефективний процес відбору керна.

2. Керновідривача без обойми (захищений авторським свідоцтвом), що дозволяє за рахунок конструктивних удосконалень зміцнити важільки та проводити відбір керна в породах з високою міцністю на зріз.

З метою підвищення довговічності роботи кулькової підвіски була розроблена удосконалена конструкція кулькової підвіски з двома стандартними радіально-опорними підшипниками. Вона включає виконаний разом з муфтою вал, де встановлюється внутрішнє кільце підшипників, які притискаються через шайбу гайкою. Запобігає самовільному відкручуванню гайки стопорний гвинт. Підшипниковий вузол герметизується чотирма О-подібними ущільнюючими кільцями. Виконання валу разом з муфтою дозволило виключити з конструкції пристрою перехідник з кулькової підвіски на керноприймальну трубу та збільшити довжину керноприйому.

Із врахуванням характеру навантаження підшипників при роботі в горизонтальних свердловинах розроблено нову конструкцію кулькової підвіски, де в якості опори використані стандартні кулькові підшипники, що розташовані в отворі регулювального гвинта. Вал разом з внутрішньою поверхнею гвинта утворюють підшипники ковзання. Підвіска поєднує в собі два вузли - підвіску та регулювальний гвинт, що значно зменшує її габаритні розміри. Крім того, був проведений комплекс досліджень, спрямованих на подовження терміну дії кулькового підшипника.

В результаті промислових та експериментальних досліджень створено керноприймальні пристрої ПКГ 172/100 різної довжини від 2,0 м до 6,0 м. Це дає можливість проводити відбір керна в свердловинах з різними інтенсивностями набору кривизни.

Крім того, розроблені керноприймальні пристрої ПКГ 172/100 мають різні конструкції. Одні (з біметалічною керноприймальною трубою) дозволяють відбирати орієнтований керн. Інші (з ковзаючим центратором на корпусі) дають можливість керувати траєкторією свердловини. Для попередження руйнування кернового матеріалу в процесі надходження його в керноприймальну трубу передбачена наявність центруючих пристроїв. Останні дозволяють відцентрувати керноприймальну трубу в середині корпуса, а також забезпечити її нерухомість.

З поширенням практики відновлення бездіючого фонду шляхом забурювання похилих та горизонтальних стволів малого діаметра постала проблема відбору керна в свердловинах малого діаметра. Для її вирішення були розроблені керноприймальні пристрої ПКГ 127/67 та ПКГ 106/52.

Однією з задач роботи було створення керноприймального пристрою з максимальною довжиною керноприйому. Для кількісної оцінки такої величини скористаємося коефіцієнтом корисної довжини, що розраховується як відношення корисної довжини керноприйому до габаритних розмірів пристрою.

К кд = Lг / Lкд , (14)

де К кд - коефіцієнт корисної довжини;

Lг - габаритна довжина керноприймального пристрою, м;

Lкд - максимально можлива величина проходки за одне довбання, м.

Проведемо розрахунок К кд для керноприймальних пристроїв „Недра” та ПКГ - 172/100-4. Припустимо, що за умови вільного проходження в інтервалах набору кривизни, стандартну габаритну довжину пристрою „Недра” ( Lг ) скоротили до 6,0 м. У цьому випадку L кд буде складати 4,0м. Для керноприймального пристрою ПКГ 172/100-4 ці величини відповідно будуть складати Lг =6,0 м, а Lкд = 5,0 м.

Отже, К кд для керноприймальних пристроїв „Недра” та ПКГ 172/100 буде відповідно складати 0,66 та 0,83. Тобто, при запланованому об'ємі відбору керна 20,0 м при використанні ПКГ 172/100-4 необхідно зробити чотири довбання, а при використанні серійної техніки - п'ять.

Четвертий розділ присвячений удосконаленню технології відбору керна. Запропоновано удосконалений спосіб відбору орієнтованого керна, що реалізується за допомогою спеціальних технічних засобів та технології. У конструкцію керноприймального пристрою включається керноприймальна труба, що складається з двох напівтрубок, одна з яких має більшу масу і за рахунок гравітаційних зусиль при відборі керна в горизонтальних свердловинах займає строго орієнтоване положення відносно апсидальної площини. При відборі керна протягом 10-15 хви-лин проводиться буріння без подачі навантаження на бурильну головку і на відміну від існуючих способів подальше буріння проводиться без відриву КНБК від вибою. За цей час керноутворюючі зубці бурильної головки утворюють на керні концентричну канавку. Завдяки дії гравітаційних сил, які намагаються вивести компоновку з горизонтального положення, канавка буде мати різну глибину по зовнішній поверхні взірця керна. Після нанесення мітки продовжується відбір керна. Операція по нанесенню мітки на керн проводиться з визначеною періодичністю, в залежності від розбурюваної породи.

Запропонований спосіб використовувався в горизонтальних свердловинах ВАТ „Укрнафта” та АТ „Татнафта”. В свердловинах №1073г Чегодайського родо-вища, №38275г Куакбашського родовища та №155 Качанівського родовища при загальному об'ємі буріння з відбором керна 211,6 м проведена його часткова орієнтація. У свердловині №4583 г Бавлинського родовища проведені роботи по відбору 20,0 м орієнтованого керна малого діаметра.

Промислові експериментальні дослідження розробленого керноприймального пристрою з ковзаючим центратором на корпусі, відстань установки якого від бурильної головки була визначена за методикою описаною вище, проводились на родовищах АТ „Татнафта”. У свердловині № 38275г Куакбашського родовища використання стабілізуючої компоновки дозволило зберегти зенітний кут свердловини постійним протягом 87,0 м відбору керна. А в свердловині № 1073г Чегодаївського родовища використовування ковзаючого центратора діаметром 210,0 мм дозволило досягнути стабілізації кута протягом 60,0 м буріння з відбором керна. При подальшій заміні діаметра центратора до 209,0 -208,0 мм було досягнуто падіння зенітного кута на 3 °, що передбачалося технічним завданням (рис. 3).

Рис. 3. Траєкторія свердловини № 1073г Чегодаївського родовища.

Базуючись на експериментальних дослідженнях, розроблені основні методичні рекомендації по технологічних режимах відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах для геолого-технічних умов буріння свердловин ВАТ „Укрнафта” та АТ „Татнафта”( табл. 1).

Розроблено технологію відриву керна, що впливає на ефективність його відбору. При бурінні в зцементованих гірських породах вибійними двигунами запропонована наступна технологія відриву:

1. За 0,15 - 0,2 м до закінчення запланованої проходки за довбання припиняється подача навантаження на інструмент на 10-15хв, без зупинки насосів. Цей час є достатнім для утворення на бічній поверхні керна концентричної канавки.

Таблиця 1. Рекомендовані технологічні параметри режиму відбору керна

Режимно-технологічні параметри	Тверді, зцементовані породи	Пухкі, слабозцементовані породи
	Свердловини нормального діаметра	Свердловини малого діаметра	Свердловини нормального діаметра	Свердловини малого діаметра
Продуктивність насоса, м3/с.	Не регламентується	Не регламентується	0,008-0,01	0,006-0,01
Навантаження, кН	70-90	30-40	70-90	30-40
Частота обертання, об./хв	Регламентується техніко-технологічною характеристикою вибійного двигуна

2. Проводиться буріння з відбором керна до запланованого об'єму.

3. Припиняється подача навантаження на інструмент, без зупинки насосів на 5-10 хв.

4. Зупиняються бурові насоси та проводиться плавний відрив інструменту від вибою. В цей час важільки керновідривача попадають в утворену концентричну канавку, що дозволяє гарантовано уникнути проковзування важільків по керну.

Розроблена методика відриву керна використовувалася при бурінні в зцементованих гірських породах, де проводилися промислові випробування. У всіх випадках після підйому керна на поверхню було відмічено, що важільки керновідривача не проковзують по його поверхні.

В п'ятому розділі приведені результати промислових випробувань запропонованого техніко-технологічного комплексу та економічна ефективність від його використання.

Роботи по відбору керна з використанням розроблених технологічних заходів та технічних засобів пройшли перевірку в семи похило спрямованих та горизонтальних свердловинах бурових підприємств України та Росії (табл. 2).

Промислові дослідження були проведені в породах різної категорії складності по відбору керна. Особливий інтерес представляють собою роботи по відбору керна в пілотному стволі свердловини № 155 Качанівська, що дали змогу уточнити траєкторію горизонтальної частини свердловини. Подальший відбір керна в горизонтальній свердловині підтвердив правильність такого рішення.

Впровадження техніко-технологічного комплексу по відбору керна в промислових умовах дозволило провести корегування двох горизонтальних свердловин по результатах відбору керна.

Таблиця 2. Результати впровадження техніко-технологічного комплексу по відбору керна

№ свердловини	Діаметр, мм	Проход, м	Винос керна	Зенітний кут, град.
	свердловини	керна		м	%
Чегодаївська №1073г	215,9	100,0	100,0	99,0	99,0	90-91
Бавлинська № 4583г	139,7	52,0	20,0	20,0	100	89,5-90,5
Качанівська №155	120,6	52,0	24,6	22.55	91	44-91
Куакбашська №38275г	215,9	100,0	87,0	87,0	100	77,0
Куакбашська №38288г	144,6	67,0	7,0	7,0	100	90,0
Пд.- Панасівська №172	215,9	100,0	28,8	28,8	100	50,0
Бавлинська № 3201г	215,0	100,0	15,5	15,2	98,1	77,0 - 89,1
Всього	282,9	279,5	98,8

В результаті аналізу проведених робіт можна зробити висновок, що всі розроблені технологічні регламенти та конструктивні елементи (керновідривачі, кулькові підвіски) довели свою ефективність надійність, та довговічність в роботі. Розроблені керноприймальні пристрої серії ПКГ при комплексному використанні з запропонованою технологією дозволили вирішити задачу відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах з високою ефективністю.

Крім задачі виносу керна, запропоновані керноприймальні пристрої з ковзаючими центраторами на корпусі забезпечують управління зенітним кутом горизонтальних свердловин.

Загальний економічний ефект від впровадження техніко-технологічного комплексу за рахунок підвищення виносу керна складає 246,1 тис. грн. Особливо слід відмітити, що інформативність керна значно підвищується при його виносі понад 80 %.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-практичної задачі відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах із врахуванням умов роботи. Одержані наступні основні результати.

1. На основі статистичного аналізу зроблено висновок про залежність виносу керна від зенітного кута свердловин.

2. На основі теоретичних розрахунків розроблено нову методику розрахунку та програмне забезпечення спеціальних компоновок з метою стабілізації та керування зенітним кутом свердловини при довгих інтервалах відбору керна. З їх допомогою визначається залежність місця розташування ковзаючого центратора на корпусі керноприймального пристрою у залежності від основних техніко-технологічних чинників проводки похило спрямованих і горизонтальних свердловин (кута нахилу свердловини, співвідношення між габаритними розмірами керноприймального пристрою, бурильної головки, ковзаючого центратора та вибійного двигуна, навантаження при бурінні з відбором керна).

3. У результаті експериментальних досліджень визначено раціональні конструкції найвідповідальніших вузлів і деталей керноприймальних пристроїв для відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах. Визначено матеріал виготовлення важільків керновідривачів та методику їх наплавки, конструкцію пружинок керновідривачів та на цій основі розроблені нові конструкції керновідривачів. Розроблено технічні засоби різного діаметра, габаритних розмірів для відбору керна в свердловинах з великими зенітними кутами та в різноманітних геолого-технічних умовах, що забезпечують стабільно високий винос керна та скорочують час будівництва свердловин.

4. Завдяки удосконаленню технічних засобів та технологічних прийомів удосконалено техніко-технологічний комплекс по відбору орієнтованого в просторі керна в свердловинах з великими зенітними кутами.

5. У результаті промислових досліджень визначені оптимальні навантаження на породоруйнівний інструмент, кількість подачі промивальної рідини та на їх основі розроблено основні методичні рекомендації по відбору керна в похило спрямованих та горизонтальних свердловинах.

6. Розроблені в дисертаційній роботі технологічні заходи і керноприймальні пристрої пройшли промислову перевірку та впровадження в семи свердловинах у різноманітних геолого-технічних умовах буровими підприємствами України та Росії, довели високу ефективність відбору керна (98,8 %), при загальному об'ємі буріння з відбором керна 282,9 м та скоротили загальний час будівництва свердловин. Вперше в світовій практиці проведено суцільний відбір 187,0 м орієнтованого керна в горизонтальних ділянках свердловин № 1073 г Чегодаївська та № 38275г Куакбашська.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО РОБОТІ

Мартинюк Д.М., Мрозек Р.Є. Удосконалення важількових керновідривачів для відбору керну в похило-спрямованих та горизонтальних свердловинах // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2002.- №2. - C. 80-82.

Мрозек Р.Є. Експериментальні дослідження конструкції важількових керновідривачів // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2002. - №4. - С.92-94.

Керноприймальний пристрій. А.с. 49398А. Україна, Кл. Е21 В 25/00. Р.Н. Сейфи, Д.М. Мартинюк, Я.В. Кунцяк, Я.С. Гаврилов, Р.Є. Мрозек (UA) - 2001118173; Заявлено 29.11.01; Опубл. 16.09.02 Бюл. № 9.

Керновідривач. А.с. 51017А, Україна , Кл. Е 21В25/14 / Р.Н. Сейфи, Д.М. Мартинюк, Я.В. Кунцяк, Я.С. Гаврилов, Р.Є. Мрозек (UA) - 2001118172; Заявлено 29.11.01; Опубл. 16.09.02 Бюл. № 11.

Лев О.М., Мрозек Р.Є. Визначення місця встановлення центратора при бурінні горизонтальних свердловин з відбором керна// Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. - 2003. - №1. - С.18-21.

Дубленич Ю.В., Мрозек Р.Є. Пристрій для орієнтованого відбору керна в горизонтальних свердловинах // Розробка і розвідка нафтових і газових родовищ. Івано-Франківськ. - 1999. - № 36. - С.44-49.

Кунцяк Я.В., Гаврилов Я.С., Дубленич Ю.В., Мартынюк Д.М., Мрозек Р.Е., Зубарев В.И., Куринов А.И. Технические средства для отбора керна из горизонтальных скважин // Бурение и нефть. - 2003.- №3. - С. 40-42.

Кунцяк Я.В., Гаврилов Я.С., Мрозек Р.Є., Муслімов Р.Х., Назіпов А.К., Хісамов Р.С., Нафіков А.З. Буріння з відбором керна в горизонтальних стовбурах свердловин ВАТ „Татнефть” // Нафтова і газова промисловість. -2003.- №3. - С. 37-38.

Кунцяк Я.В., Мрозек Р.Є., Мартинюк Д.М. Особливості відбору керна в похило-спрямованих і горизонтальних свердловинах на родовищах ВАТ „Укрнафта” // Мінеральні ресурси України. -2002. - №3.- С.30-31.

Кунцяк Я.В., Мартинюк Д.М., Мрозек Р.Є. Промислові випробування технічних засобів для відбору керну в похило-спрямованих та горизонтальних свердловинах // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2001. - № 1. - С. 84-85.

Кунцяк Я.В., Мартинюк Д.М., Мрозек Р.Є. Відбір керна в горизонтальній свердловині малого діаметра // Нафтова і газова промисловість. - 2002.- №4. - С. 22-23.

Кунцяк Я.В., Мрозек Р.Є., Новіков В.Д. Корегування траєкторії свердловини за результатами відбору керна // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНГІ”. - 1999.- № 1. - С. 16-20.

Размещено на Allbest.ru

...