Розвиток наукових основ підвищення ефективності буріння глибоких похило-скерованих свердловин (для умов нафтогазових родовищ України)

Abstract

Дисертація присвячена розвитку наукових основ та розробці комплексу високоефективних технологій та пристроїв для підвищення швидкості та ефективності буріння глибоких похило-скерованих ділянок стовбура свердловини в складних геологічних умовах покладів гірських порід, притаманних родовищам України.За результатами аналітичних, експериментальних та промислових досліджень встановлено вплив коливних явищ на ефективність буріння глибоких похилоскерованих свердловин. Обґрунтовано та розроблено методологію конструювань та серію конструкцій генераторів гідроколивань дипольно-прецесійного типу залежно від необхідних частотно-амплітудних характеристик коливних процесів для буріння глибоких похило-скерованих свердловин, їх промислове впровадження засвідчило підвищення механічної швидкості буріння до 35%. Розроблено методику розрахунку додаткового розміщення генераторів гідроколивань по довжині бурильної колони для запобігання явищ прихоплення. Розроблено конструкцію породоруйнівного інструменту з генератором гідроколивань, що забезпечує ефективніше доведення осьового навантаження у вибій свердловини, а, заразом, підвищує швидкість буріння.Встановлено вплив полімерного покриття зовнішньої поверхні елементів бурильної колони на зменшення сил тертя між стінками стовбура свердловини та бурильною колоною, розроблено методику і технологію її полімерного покриття. Удосконалено теоретичні основи використання в КНБК ОБТ змінного моменту інерції для плавного переходу в жорсткості між елементами конструкції. Обґрунтовано серпоподібна геометрія концентратора генератора енергії спрямованої дії для зміцнення поверхні різьб ЗРЗ методом ультразвукової обробки. Розроблено високогерметичне муфтове з’єднання для обсадних і насоснокомпресорних труб за умов експлуатації в глибоких свердловинах за високих тисків та температур. Проведені стендові і промислові дослідження та впровадження розроблених технологій, пристроїв та методик.

The dissertation is devoted to the development of scientific principles and the development of a complex of high - efficiency technologies and devices for increasing the speed and efficiency of drilling deep inclined-directional sections of the wellbore in the complex geological conditions of reservoir rocks characteristic for oil and gas fields in Ukraine. According to the results of analytical, experimental and industrial studies, the influence of oscillation phenomena on the efficiency of drilling of inclined-directional sections of the wellbore has been established. The methodology of constructions and series of constructions of dipole precession type oscillation generators depending on the required frequency-amplitude characteristics of oscillatory processes for drilling deep inclineddirectional wells is substantiated and developed, their industrial implementation has show the increase of mechanical speed by 35%. A method for calculating the additional placement of the oscillation generators along the length of the drill string was developed to prevent trapping phenomena. The design of the rock-destructive tool with the vibration generator is developed, which provides more efficient bringing of axial load into the well bottom and, at the same time, increases the drilling speed. The influence of the polymer coating of the outer surface of the drill string elements on the reduction of friction forces between the walls of the wellbore and the drill string was established, and the method and technology of its polymer coating was developed. The theoretical basis is developed of the variable moment of inertia in the layout of the lower of the drill string for the smooth transition in stiffness between structural elements. The sickle-shaped geometry of the concentrator of the energy generator of directional action for strengthening of a thread surface of locking threaded connections by the method of ultrasonic treatment is grounded. High-tight coupling connection for casing and pump-compression tubing for deep wells at high pressures and temperatures has been developed. Bench and industrial research and implementation of developed technologies, devices and techniques were carried out.

В диссертационной работе, являющейся законченным научным исследованием, решена научно-техническая проблема создания и развития научных основ повышения эффективности бурения глубоких наклонно-направленных скважин. Использованы методы математического моделирования, проведены экспериментальные и промышленные исследования. Их результаты направлены на решение важной научной и народнохозяйственной проблемы, заключающейся в создании и совершенствовании новых отечественных технологий, технических приспособлений и средств, в бурении. Применение полученных результатов обеспечит: предотвращение явлений прихвата бурильной колонны; улучшение очистки забоя скважины; повышение эффективности доведения осевой нагрузки в забой скважины; повышение скорости бурения в горно-геологических условиях нефтегазовых месторождений Украины. Теоретические и экспериментальные исследования обосновали развитие технологии совершенствования герметичности резьбовых соединений обсадных и насосно-компрессорных труб для эксплуатации в высокотемпературных глубоких скважинах. Внедрение разработанных технических средств и технологий для бурения глубоких наклонно-направленных участков нефтегазовых скважин обеспечивает успешное строительство скважин в горно-геологических условиях месторождений Украины, а также восстановление ликвидированных и малодебитных скважин.