Применение колтюбинговой технологии при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«Методы ориентирования и  технология бурения наклонно-направленных скважин»

на тему:

«Применение колтюбинговой технологии при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин»

 

 

 

 

                                                                                                                  Выполнил:

                                                                                                     ст-т гр. БС – 501

                                                                                            Васильев А.А.                                                                                                                                                                               

                                                                                                     Проверил:

                                                                                             Данилов А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Астрахань 2012

Содержание

 

Введение                                                                                                            3

1. Теоретическая часть                                                                   4

1. Особенности проведения буровых работ                                      4

         1.2 Оборудование, применяемое для бурения      7

         1.3 Особенности работы колонны гибких труб             10

         1.4 Общая схема колтюбинговых установок              11      1.5 Комплекс мероприятий выполняемых колтюбинговыми установками      12

 

2.Расчетно-техническая часть                                                                   14

Заключение                                                  17

3. Список литературы                        19

 

Введение

 

Развитие колтюбинговых технологий находит все большее применение в промышленности. Уже более 35 лет в практике нефте- и газодобычи эти технологии применяются для выполнения различных операций в процессе разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, в том числе для бурения.

При разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений колтюбинговые технологии позволяют производить ремонт нефтяных и газовых скважин под давлением без нарушения (остановки) их режима эксплуатации (проводить ремонтные и технологические операции без глушения скважин и подъема колонны насосно-компрессорных труб). Помимо этого, применяются колтюбинговые технологические операции в нагнетательных скважинах, при бурильных работах (от бурения гибкими трубами дополнительных горизонтальных стволов из колонны старой скважины до полного технологического цикла построения скважин), при освоении скважин, геофизических в сильно искривленных и горизонтальных участках ствола скважины и других работах.

При этом, время на проведение работ  колтюбинговыми установками по сравнению с традиционным подходом КРС при помощи А-50М в 2-3 раза меньше, вследствие чего уменьшаются общие затраты на ремонт, сокращаются простои скважин, даётся возможность проводить многие технологические операции, недоступные традиционными методами и, в конечном итоге, увеличивают добычу нефти и газа.

Средняя продолжительность ремонта  скважины

Нагнетательные скважины -39 часов

Нефтяные скважины -27,9 часа

Газовая скважина - 38,2 часа

Средняя продолжительность ремонта  КРС традиционным методом (КР-12)-141,2часа

Кроме того, применение Колтюбинговых установок значительно снижается риск загрязнения окружающей среды в связи с использованием длинномерных безмуфтовых труб.

1. Теоретическая часть
1. Особенности проведения буровых работ

 

Колонны гибких труб при  бурении применяют для:

1. бурения новых неглубоких скважин до 1800 м с диаметром ствола до 216 мм;
2. забуривания второго или нескольких стволов, которые могут быть вертикальными. Однако наибольший эффект достигается при бурении наклонно-направленных и горизонтальных отводов от основного ствола. Колонна гибких труб обеспечивает набор кривизны до 10°/10 м. Проходимость с помощью КГТ горизонтальных участков в 1993 – 1995 гг. превышала 300 м при диаметре колонны 50,8 мм, а к настоящему времени она увеличена до 500 – 600 м при диаметрах 60,3 и 73 мм и в перспективе будет доведена до 1000 м;
3. повторного вскрытия пластов при углублении скважины;
4. бурения части ствола скважины с обеспечением режима депрессии на забое.

Все указанные операции можно  выполнять без глушения скважины, через ствол которой ведутся  работы, даже в режиме депрессии  на забое. Достигается это при  минимальном ухудшении коллекторских свойств продуктивного пласта. Причем вскрытие последнего и бурение в нем скважины совместимы с процессом добычи. Это позволяет исключать проведение каких-либо работ по вызову притока и освоение скважины. Отсутствие необходимости в выполнении этих операций  бурения пластов с высокой проницаемостью и низким пластовым давлением уменьшается количество случаев поглощения промывочной жидкости, потерь циркуляции и проявления других особенностей, поскольку процесс бурения с использованием КГТ ведется при минимально возможном давлении.

Промышленное применение гибких труб в бурении началось в 90-е годы. Если в 1991 г. в США было пробурено всего 3 скважины, то к 1994 – уже 150, а к настоящему времени их общее число приблизилось к 200. В Канаде за этот же период было пробурено 39 скважин.

Буровое оборудование, использующее КГТ, достаточно компактно, буровая вышка в большинстве случаев отсутствует. По существу, агрегаты, входящие в комплекс оборудования для бурения, представляют собой масштабно увеличенные агрегаты, применяемые для подземного ремонта. Кроме того, в комплекс входят передвижные установки, обеспечивающие подготовку и очистку бурового раствора. В качестве промывочной можно использовать жидкость на углеводородной основе, в простейшем случае отфильтрованную и отсепарированную нефть. В связи с этим снижаются расходы на приготовление и очистку бурового раствора. Кроме того, отпадают проблемы, связанные с утилизацией отработанного раствора. Для размещения комплекса достаточно иметь площадь в 800 м², вместо 1500 м² для малогабаритных буровых установок традиционной конструкции.

Помимо этого, при применении КГТ экономится время за счет ускорения  процесса спуска и подъема колонны  для смены долота.

Аварийные ситуации при наращивании  труб во время проходки скважины не возникают, поскольку эти операции отсутствуют. Снижению опасности проведения всех буровых работ способствует непрерывный контроль за процессом  бурения как на поверхности, так и непосредственно на забое с помощью специального оборудования.

Так же как и  при проведении подземного ремонта  скважин, применение КГТ сокращает  случаи травматизма и обеспечивает выполнение жестких требований по охране окружающей среды.

Для специализированных буровых  работ используют гибкие трубы с  наружным диаметром не менее 60,3 мм. Хотя достаточно широко применяют и трубы с наружным диаметром 38,1, 44,5, 50,8 мм. Оптимальными диаметрами труб являются 89 и 114 мм.

Вращение породоразрушающего инструмента обеспечивается забойным двигателем, который установлен на гибкой трубе и имеет свои особенности, обусловленные малой жесткостью КГТ при работе на кручение, изгиб и сжатие. Кроме того, при использовании колонны гибких труб отсутствует возможность применения утяжеленных бурильных труб. Это накладывает ограничения и на выбор оборудования, и на режимы бурения из-за:

1. малой нагрузки на породоразрушающий инструмент;
2. незначительного крутящего момента, который должен развивать двигатель;
3. высоких оборотов двигателя, так как в противном случае мощность, подводимая к породоразрушающему инструменту, будет низкой.

Сказанное выше указывает  на недостатки при использовании  КГТ в бурении. К ним относятся  более низкая скорость проводки, необходимость  уменьшения диаметров скважин, незначительные сроки службы и долот, и забойных двигателей малого диаметра. Однако эти отрицательные моменты при проведении дополнительных работ можно либо полностью, либо в достаточной степени устранить.

Важно иметь в виду, что  экономический эффект от использования  КГТ в бурении весьма высок. Например, стоимость бурения одной горизонтальной скважины на Аляске при бурении обычными установками составляет 2200 тыс. дол., а при использовании в аналогичных условиях установки с КГТ – 500 тыс. дол.

Перечисленные ограничения  обусловливают и выбор режимов  работы, например, использование забойного  двигателя большой мощности  может привести к скручиванию колонны гибких труб, при этом ее угловые деформации могут достигать 6 – 7 полных оборотов нижнего сечения относительно верхнего на каждые 1000 м длины. При уменьшении нагрузки на долото, например, при подъеме труб, бывают случаи самопроизвольного раскручивания колонны в противоположную сторону, что вызывает самоотворот резьбового соединения забойного двигателя.

В зависимости от применяемого диаметра КГТ и класса буровой  установки забойное оборудование может  быть достаточно простым и содержать  соединительную муфту, стабилизатор, забойный двигатель и породоразрушающий инструмент. Подобный комплект инструментов используют при трубах диаметром 33 – 55 мм. При применении труб с диаметром 60,3 мм и выше в компоновку входят соединительная муфта, обеспечивающая переход от КГТ к забойной установке, направляющий инструмент (в виде одной трубы с увеличенной толщиной стенки), предохранительный разъединитель, немагнитный переводник, измерительный прибор с источником гамма-излучения, немагнитная утяжеленная бурильная труба (УБТ), буровой забойный двигатель объемного типа с регулируемым отклонителем и долото.

При работе с КГТ обязательным элементом внутрискважинной компоновки является  стабилизатор. Он воспринимает часть радиальных усилий, возникающих  в процессе работы, позволяет уменьшать  амплитуду колебаний и в итоге  снижает величины циклических напряжений, действующих на участке гибкой трубы, расположенной непосредственно  над двигателем.

Для исключения аварийного усталостного разрушения трубы периодически следует отрезать ее участок в  нижней части, так как здесь материал устает в наибольшей степени.

 

2. Оборудование, применяемое для бурения

 

Выбор долота при бурении  с использованием гибких труб обусловлен режимом работы забойного двигателя  – малая осевая нагрузка и большая  частота вращения. В этом случае шарошечные долота малоэффективны и  поэтому не применяются, тем более что срок их службы в подобном режиме работы чрезвычайно низок.

Для разбуривания цемента и породы лучше всего подходят долота истирающего типа, армированные алмазами или вставками из карбида вольфрама. К основным характеристикам долота относятся его марка, диаметр, перепад давления на нем.

При выполнении буровых работ  и удалении пробок применяют забойные двигатели двух типов – объемного  и динамического действия. К первым относятся винтовые и аксиально-поршневые  двигатели, ко вторым – турбобуры. Наиболее целесообразно использовать забойные двигатели объемного действия, а из них предпочтительнее винтовые, поскольку последние обладают более приемлемой характеристикой для условий работы с КГТ. Кроме того, для их привода необходим меньший расход технологической жидкости, что важно, как будет показано ниже, для обеспечения прочности колонны.

Характеристики наиболее типичных забойных двигателей приведены  ниже:

В настоящее время применяют  два типа буровых установок –  снабженные вышкой и без нее.

Буровая установка фирмы "Canadian Francmaster Ltd." состоит из четырех блоков – пульта управления, расположенного на отдельной транспортной базе, блока с барабаном гибкой трубы, смонтированного на трейлере, блока, включающего основание, транспортер и П-образную мачту, блока мостков, размещенных на отдельном трейлере.

По существу буровая установка  с использованием КГТ аналогична агрегату, предназначенному для работы с КГТ малых диаметров. Однако в данном случае увеличение массы  комплектующего оборудования, габаритов, усилий, действующих в процессе функционирования установки, приводит к ее разрастанию. В результате весь комплект перевозят на четырех транспортных единицах. Сюда не входят блок для приготовления бурового раствора, насосные агрегаты для последнего и закачки азота, а также емкость для его хранения.