Розробка та впровадження комплексу технічних засобів і технологій буріння похило-скерованих і горизонтальних свердловин (для умов нафтогазових родовищ України)

Abstract

Дисертація присвячена розробці та впровадженню комплексу високоефективних технічних пристроїв і технологій для буріння похило-скерованих і горизонтальних свердловин в складних геологічних умовах покладів гірських порід, схильних до осипання, обвалювання і звуження стовбура свердловини. В результаті аналітичних, експериментальних і промислових досліджень встановлено вплив зенітного кута і інтенсивності викривлення стовбура свердловини на стійкість стінок похило-скерованих свердловин при бурінні в нестійких породах нафтогазових родовищ ДДз і шельфу Чорного моря, визначено діапазон їх граничних значень в даних породах. Удосконалено методику проектування траєкторії похило-скерованих і горизонтальних свердловин, яка базується на обліку наявності критичних значень зенітного кута (64+67°) і інтенсивності викривлення з умов стійкості стінок їх стовбурів. Розроблено нові конструкції КНБК з ексцентричними протиприхоплюючими перехідниками, які запобігають прилипанню бурильних труб до нижньої стінки свердловини і забезпечують доведення осьового навантаження на долото. Удосконалено математичну модель конструкції бурильної колони і отримано математичну залежність для визначення ефективної осьової сили, яка передається долотом на вибій похило-скерованої свердловини і створена комп'ютерна програма для визначення її оптимальних значень і допустимої інтенсивності викривлення свердловини. Удосконалено рецептуру безглинистої біополімерної промивальної рідини «БІОКАР», до складу якої введено композитні кольматанти, отримані на основі оптимального поєднання жорстких і пружних реагентів-наповнювачів. Композитні кольматанти дозволяють покращити ізолюючі властивості безглинистої промивальної рідини в умовах розкриття багатопластових покладів з різними ємнісно-фільтраційними характеристиками. Розроблено математичну модель для визначення енергетичних параметрів роботи бурових доліт з полікристалічними алмазними різцями. На підставі результатів теоретичних, експериментальних і промислових досліджень розроблено серію породоруйнівних інструментів зі зниженою енергоємністю роботи, високоефективних керноприймальних пристроїв і керновідривачів, які впроваджені при бурінні похило-скерованих і горизонтальних свердловин на родовищах ПАТ «Укрнафта» і ОАО «Татнефть». Удосконалена, випробувана і впроваджена технологія буріння похило-скерованих і горизонтальних свердловин, в якій враховано наявність і поведінку нестійких порід під впливом величини зенітного кута, інтенсивності викривлення свердловини, реологічні властивості промивальної рідини, календарного часу буріння та умов доведення до долота оптимального осьового навантаження. Запропонована технологія і розроблений техніко-технологічний комплекс використані при спорудженні більше 40-а свердловин на 12 родовищах ДЦз і шельфу Чорного моря.

Диссертация посвящена разработке и внедрению комплекса высокоэффективных технических устройств и технологий для бурения наклоннонаправленных и горизонтальных скважин в сложных геологических условиях залежей горных пород, склонных к осыпанию, обваливанию и сужению ствола скважины. На основании анализа результатов литературных и патентных исследований приведено горно-геологическую характеристику нефтегазоносных регионов Украины. Установлено, что на месторождениях ДДв и Черноморского шельфа основные продуктивные горизонты расположены на больших глубинах и сопровождаются горизонтами неустойчивых горных пород, вследствие чего при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин происходят осложнения и аварии. В результате аналитических, экспериментальных и промысловых исследований установлено влияние зенитного угла и интенсивности искривления ствола скважины на устойчивость стенок наклонно-направленных скважин при бурении в неустойчивых породах нефтегазовых месторождений ДДв и шельфа Черного моря, определен диапазон их предельных значений в данных породах. Получены аналитические зависимости для определения величины радиальных и круговых напряжений в горной породе на стенках наклонного ствола скважины, на основании которых установлено что максимальные напряжения возникают при значениях зенитного угла 64°- 67°, достоверность которых подтверждена результатами экспериментальных и промысловых исследований. Усовершенствована методика проектирования траектории наклонно-направленных и горизонтальных скважин, базирующаяся на учете наличия критических значений зенитного угла (64-67°) и интенсивности искривления (1 град на 10 м) из условий устойчивости стенок их стволов. Разработаны новые конструкции КНБК с эксцентрическими противоприхватными переводниками, которые предотвращают прилипание бурильных труб к нижней стенке скважины и обеспечивают доведение осевой нагрузки на долото. Усовершенствована математическая модель конструкции бурильной колонны и получена математическая зависимость для определения эффективной осевой силы, которая передается долотом на забой наклонно-направленной скважины, а также создана компьютерная программа для определения оптимальных значений эффективной осевой силы и допустимой интенсивности искривления скважины. На основании результатов теоретических, экспериментальных и промысловых исследований усовершенствована рецептура безглинистой биополимерной промывочной жидкости «БИОКАР», в состав которой введены композитные кольматанты, полученные на основе оптимального сочетания жестких и упругих реагентов-наполнителей. Композитные кольматанты позволяют улучшить изолирующие свойства безглинистой промывочной жидкости в условиях вскрытия многопластовых залежей с различными емкостно-фильтрационными характеристиками. Разработана математическая модель для определения энергетических параметров работы буровых долот с поликристаллическими алмазными резцами. По результатам теоретических, экспериментальных и промысловых исследований разработана серия породоразрушающих инструментов с пониженной энергоемкостью работы. На основании анализа промысловых данных и существующих конструкций керноприемных устройств, установлено что они не соответствуют требованиям при отборе керна в наклонно-направленных и горизонтальных участках скважины. Для повышения эффективности бурения с отбором керна, разработано высокоэффективные керноприемные устройства и кернорватели. Разработанные конструкции породоразрушающих инструментов с пониженной энергоемкостью, керноприемные устройства и кернорватели внедрены при бурении наклоннонаправленных и горизонтальных скважин на месторождениях ПАТ «Укрнафта» и ОАО «Татнефть». Усовершенствована, испытана и внедрена технология бурения наклоннонаправленных и горизонтальных скважин, в которой учтены наличие и поведение неустойчивых пород в зависимости от величины зенитного угла, интенсивности искривления скважины, реологических свойств промывочной жидкости, календарного времени бурения и условий доведения к долоту оптимальной осевой нагрузки. Предложенная технология и разработанный технико-технологический комплекс использованы при сооружении более 40-ка скважин на 12 месторождениях ДДв и шельфа Черного моря.

Dissertation is designed on development and introduction of the set of highly efficient tools and technologies for drilling of inclined directional and horizontal wells in complex geological conditions of rocks’ bedding subject to sloughing, collapsing and narrowing of the well bore. As a result of theoretic, experimental and field researches die effect patterns were established between well inclination and dog-leg severity of well bore, type of drilling fluid and drilling time for intervals consisted of unconsolidated rocks onto stability of well walls within the oil and gas fields of Dnepr-Donetsk Depression and shelf of Black sea as well as the range of its critical values for specified rocks was calculated. The method of designing the trajectory of inclined directional and horizontal wells was improved based on accounting the presence of critical values of inclination (64-67°) and dog-leg severity under conditions of well bore stability. The new BHA with excentrical anti-stuck crossovers were designed that prevent drill pipes sticking to the lower wall of the well bore and provide the better weight on bit. Using composite colmatants, which were obtained by optimal combining rigid and elastic bridge agents, provides improved formulation of clayless biopolymer mud "BIOCAR". The composite colmatants improve the blocking properties of clayless biopolymer mud at die drilling in of multilayer deposits with different filtration characteristics. The math model was developed to identify the energy parameters of PDC drill bits and quantity characteristics. The variety of energy efficient rock cutting tools, highly effective core barrels and cutters were developed based on results of theoretical, lab and field researches that were successfully introduced for drilling inclined directional and horizontal wells on fields of pJSC Ukrnafta and oJSC Tatneft. The technology of drilling the inclined directional and horizontal wells was improved, tested and introduced where die presence and behavior unstable rocks was considered under influence well inclination, dog-leg severity, rheology of drilling fluid, calendar time of drilling and providing effective axial weight to bit. The proposed technology and technical-technological complex were introduced for drilling more than 40 wells on 12 fields of Dnieper Donetsk Basin and the Black Sea shelf.