Разработка многосекционных компоновок низа бурильной колонны для проводки наклонных интервалов скважины

• Автор: Шатровский, Антон Георгиевич
• Шифр специальности: 25.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
РАЗДЕЛ 1. Анализ современного состояния проектирования и управления траекторией бурения, разработка метода расчёта разножесткостных КНБК
1.1. Анализ современного состояния проектирования профиля скважины
1.1.1. Наклонные скважины
1.1.2. Горизонтальные скважины
1.1.3. Скважины с большим смещением забоя и субгоризонтальные скважины
1.2. Технология проводки наклонных и горизонтальных интервалов профиля направленных скважин
1.2.1. Технология направленной проводки КНБК с опорно-центрирующими элементами
1.2.2. Комбинированная технология направленного бурения гидравлическим забойным двигателем
1.2.3. Системы управляемого бурения роторньм способом
1.3. Особенности формирования профиля наклонного ствола скважины
1.4. Влияние формы ствола скважины на осложнения в процессе бурения
1.5. Анализ методов расчета и оптимизации размеров КНБК
1.6. Методика расчёта оптимальных размеров разножесткостной КНБК
РАЗДЕЛ 2. Определение показателя класса субгоризонтальиых скважин
РАЗДЕЛ 3. Аналитические исследования разножесткостных КНБК с оптимальными размерами
3.1. Обоснование конструкции и расчёт параметров КНБК с оптимальными размерами для условий бурения субгоризонтальиых скважин
3.2. Определение надёжности.работы разножесткостных КНБК в условиях действия доминирующих дестабилизирующих факторов
3.2.1. Абразивное изнашивание опорных элементов КНБК
3.2.2. Увеличение диаметра ствола скважины
3.2.3. Влияние слоя шлама в стволе скважины на работу КНБК
3.3. Определение надёжности работы разножесткостных КНБК в условиях комплексного действия дестабилизирующих факторов
РАЗДЕЛ 4. Разработка технико-технологических решений для проводки наклонно направленного ствола в сложных горно-геологических условиях

4.1. Проектирование КНБК в зависимости от доминирующих факторов проводки скважины
4.2. Применение результатов исследований для проектирования КНБК с оптимальными размерами на основе гидравлического забойного двигателя
4.2.1 Рекомендации по конструкции скважины 1-бис Грущаная
4.2.2 Проектный профиль наклонно направленной скважины
Основные выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Освоение нефтяных и газовых месторождений, расположенных на морском шельфе, на природоохранных и в труднодоступных для обустройства буровых площадок территориях осуществляется с применением направленных скважин, профиль которых включает наклонно прямолинейный интервал большой протяжённости.
Существующая технология проводки наклонных интервалов профиля скважины основана на использовании отклоняющей силы на долоте и реализуется с помощью различных компоновок низа бурильной колонны (КНБК). В процессе бурения наклонно прямолинейного интервала профиля на границах литологических зон, в неустойчивых горных породах ствол скважины отклоняется от проектной траектории бурения, что приводит к необходимости периодического или постоянного корректирования профиля скважины. В интервалах корректирования формируются локальные искривления ствола, кривизна которых может быть значительно выше допустимых значений. Локальные искривления ствола приводят к образованию в стенке скважины желобных выработок, которые увеличивают риски в процессе бурения и при спуске обсадных колонн большого диаметра.
При использовании КНБК с параметрами, при которых отклоняющая сила на долоте равна нулю, а ось совпадает с проектной траекторией бурения, горная порода разрушается в направлении оси долота, что создаёт оптимальные условия для работы породоразрушающего инструмента и повышает точность выполнения проектного профиля.
В процессе бурения баланс сил, действующих на КНБК, может измениться, что приведёт к нарушению заданных условий работы долота. При этом для устойчивых КНБК характерны малые следствия, не приводящие к значительным изменениям траектории бурения, а для неустойчивых - большие следствия при небольших величинах дестабилизирующих факторов. Повышение устойчивости КНБК на проектной траектории позволит свести к минимуму интервалы корректирования профиля, что особенно важно при проводке субгоризонгальных скважин в связи с высокими требованиями к качеству ствола наклонно прямолинейного интервала профиля таких скважин.
Создание научно-обоснованной методики проектирования КНБК, предназначенных для бурения прямолинейных интервалов с большими углами наклона в сложных горногеологических условиях, приобретает особую актуальность в связи с освоение нефтегазовых месторождений на шельфе морей с помощью наклонно направленных скважин с большим и сверхбольшим смещением забоя.
Радиус кривизны профиля скважины, м
Рис. 1.16. Зависимость силы давления элементов бурильной колонны диаметром 127 мм и 140 мм на стенку скважины
Из графиков, приведенных на рис. 1.16, следует, что давление бурильного замка на стенку скважины для всех радиусов кривизны ствола в 4-5 раз выше по сравнению с бурильной трубой, а прижимающая сила в значительной степени зависит от радиуса кривизны ствола При величине радиуса кривизны ствола менее 300 м (кривизна 1.9710м) бурильный замок давит на стенку ствола с силой свыше 350 кг.
Если учесть, что кривизна локальных искривлений может быть на порядок больше общей кривизны ствола скважины, то сила давления замка бурильной колонны на стенку в соответствии с (1.7) при этом достигает величины, значительно превышающей предел прочности горной породы.
В интервалах желобов изменяется напряженное состояние горной породы, слагающей стенку ствола скважины. Из задачи устойчивости кругового кольца (арочного свода), находящегося под действием равномерно распределённой нагрузки, известно выражение для определения её критического значения [4]:
Ркр =Т (1-8)
где К - коэффициент, учитывающий модуль упругости материала кольца, распределение нагрузки, Н м;
Ркр - критическое давление, Н/м2;
Я - радиус кривизны кольца, м.
Считая, что в желобной выработке сечение ствола имеет форму эллипса, радиус кривизны вершин которого равен номинальному радиусу долота, можно определить величину относительного критического давления по формуле (1.8).