Розробка теоретичних основ і технічних засобів для підвищення точності проведення спрямованих свердловин

Abstract

Вдосконалено методику розрахунку конструктивних параметрів неорієнтованих компоновок бурильної колони, яка уточнює реальні відстані між її точками опори, а також враховує геометричні, вагові та жорсткісні параметри опорно-центрувальних пристроїв. Розроблено двоцентраторні пасивні компоновки з різними величинами відхиляючої сили на долоті, які не реагують на зміну зенітного кута свердловини в діапазоні від 10 до 40°, а також уточнено розміри п’яти типів неорієнтованих компоновок. На основі пристроїв із змінною геометрією робочого профілю розроблено 8 типів активних компоновок з розширеними технологічними можливостями. Уточнено вплив відхиляючого фактору анізотропії гірських порід па процес викривлення свердловини та удосконалено аналітичну модель просторового викривлення стовбура свердловини в складних геологічних умовах неорієнтованими компоновками із урахуванням специфіки роторного і турбінного способів буріння. Для підвищення точності проведення похило-спрямованих свердловин розроблено методику розрахунку та прогнозування їх викривлення, а також науково-методичні основи контролю за траєкторією стовбура свердловини та коригування її параметрів викривлення. Основні результати роботи, які стосуються розробки різних типів компоновок і методики розрахунку та прогнозування викривлення свердловин пройшли промислову апробацію, яка засвідчила достовірність результатів досліджень.

На основании проведённого анализа процесса искривления наклонно-направленных скважин и эффективности использования существующих методов и технических средств для борьбы с их искривлением сделаны выводы, раскрывающие суть проблемы бурении направленных скважин. Доказано, что наиболее перспективными техническими средствами для управления траекторией скважины при бурении в геологических условиях различной степени сложности следует считать неориентированные КНБК, однако их расчёт проводился с использованием упрощённых схем. Сформулированы основные направления исследований в области разработки и усовершенствования технических средств, а также теоретических и методических решений для повышения точности проводки нефтегазовых скважин в заданном направлении. На основании расчётной схемы реального размещения КНБК в стволе скважины усовершенствована существующая методика расчёта неориентированных компоновок, оперирующая уточнёнными расстояниями между точками опоры, а также геометрическими, весовыми и жёсткостными параметрами центраторов. Доказано, что рациональным критерием расчёта КНБК следует считать условие, когда угол перекоса долота минимальный, а основной функциональный показатель компоновки - отклоняющая сила на долоте. Разработано семь типов одно-, двух- и трехцентраторных неориентированных КНБК с уточнёнными значениями отклоняющей силы па долоте в диапазоне от -2 до 8,5 кН для выполнения различных задач направленного бурения. Произведен анализ стойкости различных типов КНБК на проектной траектории и разработаны правила их привязки к конкретным геолого-технологическим условиям бурения. Разработаны конструкции устройств со сменным рабочим профилем -децентраторов бурильной колонны и проведено исследование механизма их работы, а также разработана методика расчёта КНБК на базе такого типа устройств. Проведены расчёты одно- и двухопорных активных забойных компоновок для набора зенитного угла скважины и эффективной борьбы с их искривлением позволяющие увеличить отклоняющую силу на долоте в 1,2 - 5,5 раза. Для увеличения стойкости жёстких компоновок разработана конструкция долота с повышенной стабилизирующей способностью, использование которого в составе КНБК приводит к уменьшению скорости бокового фрезерования стенки скважины в 2,2-2,8 раза. Уточнено влияние отклоняющего фактора анизотропии горных пород на процесс искривления скважины. Рассчитаны базовые графические зависимости для количественной и качественной оценки тенденции скважины к изменению её траектории при различном соотношении геометрических параметров пласта и скважины. Усовершенствована аналитическая модель пространственного искривления скважин в сложных геологических условиях неориентированными компоновками с учётом специфики роторного и турбинного способов бурения. Предложены и обоснованы критерии оценки оптимальности конструкций опорно-центрирующего инструмента в шарошечном и лопастном исполнении, исходя из понятия работоспособности такого типа инструмента. Разработана и оптимизирована рациональная схема армирования лопастных центраторов, а также усовершенствованы математические модели формообразования опорных поверхностей шарошечных опорно-центрирующих устройств и обеспечения их равностойкости по длине. Для повышения точности реализации проектных профилей скважин разработана методика расчёта и прогнозирования искривления скважин и научно-методические основы контроля за траекторией ствола скважины и корректирования её параметров искривления. Основные результаты работы, относящиеся к разработке различных типов компоновок и методики расчёта и прогнозирования искривления скважин прошли промысловую апробацию, которая подтвердила работоспособность технических средств и достоверность результатов исследований.

The methodic of calculation constructive properties of non-approximate drilling string assemblies has been improved. This methodic specifies real distances between its points of support and also takes into consideration geometrical, weight properties and the rock bend hardness of support-centration devices. Double-centralizing passive assemblies with different sizes of deflecting force on bit, which don’t react upon the change of zenith angle of well in range from 0 to 40° have been worked out. The sizes of 5 types of non-appoximate assemblies have been specified. On the base of devices with variable geometry of working profile 8 types of active assemblies with extended technological possibilities have been worked out. The influence of deflecting factor of rock anisotropy on the process of well inclination has been specified. The analytic model of spatial well inclination in complicated geological conditions with a help of non-approximate drilling string assemblies during rotary drilling and turbo drilling has been specified. The methodic of calculation and forecast of well inclination for increasing accuracy of carrying out inclined wells has been worked out. Scientific-methodical principles of control for trajectory of well hole and correction of its inclination properties have been worked out. The main results of work referring to working-out different types of assemblies and methodic of calculation and forecast well inclination have passed through the industrial test, which proved the authenticity of received research results.