автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Совершенствование технологии бурения скважин в отложениях фундамента шельфа Вьетнама

«о

Я?

со

§

«М

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО НАУЧНО - ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "БУРОВАЯ ТЕХНИКА"

Дубов Николай Матвеевич

На правах рукописи

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ СКВАЖИН В ОТЛОЖЕНИЯХ ФУНДАМЕНТА ШЕЛЬФА ВЬЕТНАМА (На примере месторождения "Белый Тигр")

Специальность 05.15.10 - « Бурение скважин »

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ш

Москва, 1998 г.

Работа выполнена в Совместном Российско-Вьетнамском предприятии "Вьетсовпетро".

Научные руководители:

-доктор технических наук, член корреспондент Национальной Академии Республики Азербайджан Ширин-Задс С.А.

- кандидат технических наук Данг Куа

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Крылов В.И.

- кандидат технических наук Чайковский Г.П.

Ведущее предприятие - Горно-геологический институт, г. Ханой (СРВ)

Защита диссертации состоится 28 мая 1998 г .в час на заседании специализированного совета Д 104.03.01 в ОАО НПО "Буровая техника" пс адресу 113114, Москва, Летниковская улица д.7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИБТ - ОАС НПО "Буровая техника".

Автореферат разослан " ^^ ^^ "1998г.

Ученый секретарь

специализированного Совета, кандидат технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В совместном предприятии "Вьетсовпетро" программой буропых работ на 199б-2000гг. намечается построить на месторождении "Белый Тигр" 51 скважину, для этого необходимо пробурить 215,5 тыс. и горных пород.

Особенностями строительства скважин на месторождении «Белый Тигр» в этот период является бурение более половины скважин с отходом от вертикали более 2 км при глубине их по вертикали 4350-4500м, в условиях интенсивного поглощения" бурового раствора в фундаменте. Предусматривается, помимо этого, бурение 15-ти горизонтальных скважин и углубление на ЮООм и более на фундамент стволов, ранее пробуренных на отложения олигоцена, 10-ти скважин.

Планируется осуществить в 5-ти скважинах методом «зарезки» , бурение вторых стволов, протяженностью каждой до ЮООм.

Анализ аварий и осложнений на скважинах, построенными на отложения кристаллического фундамента месторождении "Белый Тигр" шельфа Вьетнама в 1994-1997г. показывает, что за этот период из 86 аварийных ситуаций, 28 приходятся на интервал строительства под 0,2445м промежуточную колонну, 19- под 0,1937м хвостовик и 28- под эксплуатационную колонну.

В связи с увеличением горизонтальных отходов наклонно-направленных скважин значительно повысятся прижимающие силы, силы сопротивления при спуско - подъемных операциях и при бурении, вращающий момент и мощность, необходимая для вращения колонн. Увеличится износ обсадных труб промежуточных колонн, при ухудшенном качестве их цементирования, в результате прилегания к стене скважин и уменьшению размеров кольцевого пространства, образованного применяемой конструкцией скважин.

Кроме того, отличительной особенностью месторождения "Белый Тигр" является аномально-низкое пластовое давление в отложениях фундамента, высокая абразнвность разбуриваемых пород и интенсивное поглощение бурового раствора, часто переходящее к полной потере циркуляции.

Все перечисленное требует совершенствования технологии бурения, технического переоснащения действующих буровых установок - верхними двигателями "Top Drive", системами ориентирования скважнн, применение новых типов долот, растворов и т .д.

Цель работы. Выбор конструкции и профиля скважин на фундамент, разработка научно-обоснованных режимов бурения при интенсивных поглощениях бурового раствора и технико-технологических мероприятий для успешной их проводки.

OcHonni.ic задач» работы. Анализ н научное обобщение фактического материала по бурению скважин в фундаменте по данным комплексен "Геосервнс" и "Мастер Log" в реальном масштабе времени (механическая скорость, вращающий момент, осевая нагрузка на долото, частота вращения ротора ). Разработка на основе этого совершенствованной технологии бурения в фундаменте для различных диаметров скважин.

Основные защищаемые положения.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

1. Выбор новой конструкции скважины для месторождения "Белый Тигр", предусматривающая перекрытие неустойчивых миоценовых отложении в скважинах с большим отклонением забоев от вертикали (1500 м и более).

2. Выбор нового пятшштервалыюго профиля скважины, предусматривающий значительное уменьшение сил сопротивления при бурении в продуктивном пласте, с большим зенитным углом (более 50 град.), обеспечивающий эффективное использование внугрискважшшого оборудования и повышения дебита скважин.

3. Выбор компановки низа бурильной колонны (КНБК), реализующей разработанный профиль скважины.

4. Предложения по использованию новой системы бурового раствора.

5. Научно - обоснованные режимы бурения скважины, разработанные с использованием методов теории нечетких множеств.

6. Комплекс мероприятий по совершенствованию технологии бурения, обеспечивающий достижение высоких технико-экономических показателей строительства скважин.

Методы решення поставленных задач. Исследования проводились с использованием современных методов и понятий прикладной математики и механики, технической кибернетики для управления сложными и неопределенными системами с использованием ЭВМ.

Научная новизна. Впервые, для обобщения фактического материала и опыта бурения скважин на фундамент, использованы современные методы и понятия прикладной математики и механики, технической кибернетики и на их основе разработаны конструкции и профили скважин, и оптимальные режимы бурения.

Практическая ценность. Предложенные режимы бурения скважин на фундамент, технико-технологические мероприятия позволили значительно уменьшить затраты времени на строительство скважин и ликвидацию аварий и осложнений, повысить механическую скорость проходки на долото и в связи с этим увеличить коммерческую скорость бурения при строительстве скважин на фундамент па месторождении «Белый Тигр».

Реализации работы п промышленности. Результаты исследований, предложенные технико-технологические мероприятия по данной диссертации внедрены в практике бурения скважин на фундамент месторождения "Белый Тигр" ц предусмотрены в технических проектах строительства скважин в СП "Вьетсовпетро".

Апробнния работ. Результаты выполняемых исследовании докладывались н обсуждались на технических Советах СП"Вьетсовпетро" и ПТЮ"Буровая Техника"в 1996-1997гг., основные положения исследований включены в РД СП 5497 в "Инструкции по технологии бурения скважин в отложении фундамента при интенсивном поглощении бурового раствора ", опубликованы в технических журналах России и СРВ.

Объем работы. Диссертация изложена на_130 страницах машинописного

текста, включающего_18_ рисунков, _48_ таблиц, cocTOirr из

_7_ разделов, основных выводов и рекомендаций, список литературы

содержащего_37_наименований.

Публикации; Основное содержание диссертации опубликовано в 4 научных статьях.

Автор выражает благодарность своим коллегам по работе в СП "Вьетсовпетро" Иго Тхыонг Шаиу, Нгуеи Зао, Баднкову Ф.И., Ф.Д.'Гхыку, Ч.Л.Донгу, Ч,С,Дао, Ч.В.Хою, Х.Н.Кхуэ, В.Т.Лыоигу, Рудеико В.А., Белянину Г.Н., Долгову C.B., Зайцеву Г.Г., Чоловскому И.Г., Генералову В.И. за оказание помощи при подготовке диссертационной работы к защите и ушным НПО "Буровая Техника" Мнацаканову A.B., Оганову A.C., Авилову В.И., Гусману A.M., Межлумову А.О. за обсуждение результатов исследований.

Автор признателен доктору технических наук С.А. Ширин - Заде и кандидату технических наук Данг Куа за постановку исследований и научное руководство при выполнении диссертационной работы.

Содержание работы

В нервом разделе - геологическое строение месторождения "Белый Тигр" на шельфе Вьетнама - даются общие сведения о районе работ по строительству скважин, стратиграфии, литологии, тектоники месторождения.

Подробно освещена нефтеносность гранитоидов. фундамента, как основного объекта добычи нефти на этом месторождении'

Кристаллический фундамент вскрыт на глубине 3054-5430м, нижняя граница залежи до настоящего времени не установлена. Фундамент месторождения «Белый Тигр» сложен различными плутоническими породами, преимущественно гранитного состава. В петрографическом отношении наиболее однородным образованием является фундамент Центрального свода, представленный в основном гранитами. Фундамент Северного свода отличается большим разнообразием пород и включает в себя породы гранодиорита, гранита, кварцевые миицоииты и т.д. На Южном своде фундамент характеризуется кварцевым биотитовым лейкомоицодиритом.

Пустотные пространства пород связаны с трещинами, кавернами и порами разных соотношений. Определение фильтрационных емкостных свойств этих пород по керну представляет значительные трудности, в связи с тем, что по крупным трещинам и кавернам керн распадается на щебенку.

Трещины в фундаменте наблюдаются практически во всех скважинах. Ширина трещин колеблется отЮ"4 до 3 10"2 м и более.

Для пород кристаллического фундамента характерна высокая температура: на глубине 2700-2900 м она составляет 100-120° С, а на глубине 4500м до 150°С.

Среднее значение градиента температуры составляет 3,б°С на 100 м. Пластовое давление в фундаменте колеблется в пределах от 0,83-0,9 Рг.

Экранирующая роль покрышек на Центральном своде представлена верхнеолигоценовыми глинисто -аргилитовымн породами, толщиной более 20м.

На Северном своде экранирующая роль отводится нижнеолнгоценовым отложениям мощностью от 5м до 40-60 м.

Во втором разделе - приводятся основные технико-экономические показатели бурения скважин на фундамент месторождении "Белый Тигр" и характеристики аварий и осложнений при бурении скважин.

Совместное предприятие "Вьетсовпетро" осуществляет разведочное и эксплуатационное бурение на континентальном шельфе Вьетнама. С 1984 года по настоящее время уже пробурено 180 скважин, из них более 50% на кристаллический фундамент, средней глубиной скважин в 1996 г. - 4737 м.

За период с 1992 г. по настоящее время отмечается значительный рост некоторых технико-экономических показателей (максимальная скорость бурения, проходка па долото и т.д.), снижение себестоимости одного метра проходки, стабилизация коммерческой скорости бурения, а также увеличение законченных строительством скважин.

Однако, реальные возможности СП "Вьетсовпетро" показывают, что за счет совершенствования технологии бурения скважин на фундамент и использования современных технических средств по управлению траекторией ствола скважины, можно значительно увеличить вышеприведенные показатели бурения.

Анализ аварий и осложнений по скважинам, построенным на кристаллический фундамент в 1994-1997гг, показывает, что из 86 аварийных ситуации 28 приходятся на интервал строительства под 0,2445м промежуточную колонну, 19 - по 0,1937 м хвостовика и 28 - под эксплуатационную колонну.

Аварийное время в 1996 г. составило 12,3% к общему балансу календарного времени строительства скважин.

Основными причинами нарушения процесса углубления скважин является:

- снижение показателей работы долот из-за ухудшения условий промывки скважин с ростом глубины, недохождения передаваемой осевой нагрузки на долото до забоя и повышение вращающего момента;

- повышенный износ обсадных и бурильных труб, замков, разрушение резьбовых соединений элементов КНБК, усталостное разрушение труб из-за больших отклонений забоев скважин от вертикали;

- рост числа и тяжести посадок и затяжек бурильной колонны при спуско-подъемных операциях с одновременным увеличением числа и глубин желобных выработок в условиях возрастания сил трения;

- повышенное скопление шлама на забое и в стволе скважины приводит к их обвалообразованиям;

- ухудшение качества цементирования обсадных труб промежуточных колонн в результате прилегания их к стенке скважин при уменьшенных размерах кольцевого пространства;

- значительный объем инклинометрическнх работ при повышенной сложности их проведения, особенно при значениях зенитного угла более 40

- углубления скважин в условиях поглощений, связанных с низкими пластовыми давлениями.

Все вышеперечисленное требует совершенствования технологии бурения наклонно-направленных скважин при больших отклонениях забоев от вертикали и технического переоснащения действующих буровых установок -верхними приводами, системами ориентирования ствола скважин, новыми типами долот, буровых растворов.

В третьем разделе - приведен краткий обзор работ по наклонно-направленному бурению в мире и на месторождениях СП "Вьетсовпетро". Здесь отмечается, что разбуривание месторождений "Белый Тигр" и "Дракон" проводится в основном наклонно - направленными скважинами с морских стационарных платформ (МСП) и блок кондукторов (БК). Максимальное количество скважин, которое можно пробурить с МСП -16 скважин, с БК - 9 скважин. В связи с бурением скважин с отклонением от вертикали более 2000 м, показана актуальность выбора конструкции и их профиля скважин.

Показано, что строительство наклонно-направленных скважин кустами имеет также ряд сложностей:

- вынужденная в ряде случаев консервация раннее пробуренных на МСП и БК скважин;

- рост опасностей встречи стволов, бурящихся и ранее пробуренных скважин;

повышенный износ эксплуатационной колонны, насосных компрессорных труб и т.д.

Отмечено, что 3-х и 5-ти интервальные профили скважин, по которым в основном ведется строительство скважин на фундамент в СП "Вьетсовпетро", при больших отклонениях ствола от вертикали, приводят к тяжелым авариям и осложнениям.

В связи с этим, в этом разделе диссертационной работы сформулированы основные задачи исследований:

- Выбор конструкций скважин на фундамент, предусматривающий полное перекрытие миоценовых отложений.

Выбор нового 5-ти интервального профиля скважин, предусматривающий вхождение в фундамент с большим зенитным углом (более 50е) и обеспечивающий эффективное использование внутрискважинного оборудования.

- Выбор компановки низа бурильной колонны, для реализации разработанного 5-ти интервального профиля скважин.

- Научно обоснованные режимы бурения.

- Комплекс мероприятий по совершенствованию технологии бурения.

В четвертом разделе - разработка технологии бурения скважин на фундамент месторождения "Белый Тигр", приводится выбор конструкций скважин, обоснование профиля, выбор компоновки низа бурильной колонны (КНБК) на основе опыта строительства скважин и горно-геологических условий их проводки. В настоящее время в СП «Вьетсовпетро» на месторождении "Белый Тигр" имеет место следующий тип конструкции скважин (рис. № 1).

ФАКТИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ СКВАЖИНЫ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ "БЕЛЫЙ ТИГР"

Для северного спола

< X

Е

_250 500 _750 J000 _1250 _1500 1750 ^000 _2250 2500 ^2750 3000 3250 ^500 3750 4000 4250 4500

СТРАТИГРАФИЯ

Четвертичные + плиоцен

680м

В. Миоцен

н,3

1270м

Ср. Мнонеп 2130м

II. Миоцен

Н/

2'ЛИ)м

В.Олнгоцен

Рз2

3600м

Мезозой М?.

4500м

КОНСТРУКЦИЯ СКНАЖИНЫ

0.194м О.НОх

0,72 Ом 0.425м 0.324м 0,245м 0,173м 0,194м

120м -Л

3000м (до СГ-7) К> » 1.5 • 1.73

ш

3600м (до СГ-11)

Открытый СТВОЛ

ПАРАМЕТРЫ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

у=ПООк|/мЗ; 25-35с 8-10: 9л0.5 10/20" -15/30'

500м

у=П:0и/мЗ; 25-35с 6-8; 910.5

Ю/20'-15/30'

у=| |£0кг/и3: ЗО-Юо 4-5 ; 9*0.5

15/25'-'30/40'

2930м

у=1640кг/мЗ; 40-50с 4-5 ; 9±0.5 40/50--50/70"

3600ч

у=1050кг/мЗ: 25-35с 4-5 ; 910 5

10/20-15/30-

Примсчанне: -Ка - ко >|)фнценг аномальности пластового давления

-Параметры бурового раствора приведены и следующей последовательности; - Плогшкгь (кг/ыЗ); вязкост!.(с); водоо1дача(смЭ/30'); рН; СНС (м[с/см2).

Рис. 1

I о

В СП "Вьетсовпетро" в 1996-2000гг. необходимо будет закончить строительством более 120 скважин, из них: разведочные скважины - 15, эксплуатационные скважины - 111. Более половины будут буриться с отклонением забоя от вертикали более 1500м, что может привести к тяжелым авариям и осложнениям.

В настоящее время пробурена скважина N 919, с отходом от вертикали 2040м с конструкцией для северного свода.

Анализ бурения скважин под промежуточную колонну, показывает, что при такой конструкции имелись многочисленные аварии и осложнения.

Для предупреждения аварий и осложнений, бурящихся с МСП с отходами более 1500м , предлагается следующая конструкция ( рис. № 2).

В настоящее время в СП "Вьетсовпетро" бурение наклонно-направленных скважин с отходом забоев от вертикали более 1500м проводятся в основном по пяти- и трехинтервальному профилю.

Однако при строительстве скважин, как и при ее проводке, практически невозможно предсказать и гарантировать получение высокого дебита.

Характерным примером является скважина N 445 месторождения "Белый Тигр", где при вертикальном входе в продуктивный пласт, скважина не далг продукции, а только после зарезКи второго ствола, что подтверждается опытом бурения таких скважин и в других районах мира.

На рис. N 3 проводятся фактические величины вращающего момента не роторе по скважинам.

Показано, что 5-ти интервальный профиль скважин с большими зенитным! углами и отходами более предпочтителен, чем 3-х интервальный. Фактический i предлагаемый профили скважин показаны на рис. N 4 и N 5. В четвертом раздел! приводятся рекомендуемые КНБК при строительстве глубоких наклонно направленных скважин на фундамент для реализации проектных профилей npi отходах от иср'шкалн менее 1500м и более.

Отход от вертикали менее 1500 м - трехнптервпльнын профиль:

1. Бурение вертикального интервала под спуск обсадной колоши диаметром 0,324 м.

Долото 0,324м + УБТ 0,229м - 18м + КЛС 0,392м - 1,5м + УБТ 0,229м - 9м УБТ 0,203м - 18м + УБТ 0,165м - 27м + СБТ 0,127м - остальные.

2. Бурение вертикального интервала до глубины 2275м:

Долото 0,296м + УБТ 0,203м - 9м + КЛС 0,294м - 1,6м + УБТ 0,203м - 9м КЛС 0,294м - 1,6м + УБТ 0,203м - 36м + 0, 270м + УБТ 0,165м - 108м + СБ 0,127м - остальные.

ПРЕДЛОГАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ СКВАЖИН

Для северного снода

<

Я X

к

_2_50 _500 _750 _1000 _1250 _1500 1750 ЭД00 2250 2500 2750 3000 .3250 3500 3750 4000 4250 4360

СТРАТИГРАФИЯ

Четвертичные

+ Ш1ИОЦС11

680м

В. Миоцен Ы,3

1270м

Ср. Миоцен

IV

2130м

Н. Мионец

М,'

3240м

В.Олнгоцен

3590м

Мезозой Мг

4360м

КОНСТРУКЦИЯ СКВАЖИНЫ

0.508м 0.340м

й

Э15(ХЦ

3250м

Открытый ствол

ПАРАМЕТРЫ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖДИКОСТИ

у=1|00кг/м3; 25-35с 8-10; 9±0.5 ю/:о'-15/зо'

500и

у=1120кг/мЗ; 25-35с 6-8; 9±0 5

10/20М5/30'

2180ч

у=1160кг/иЗ; 30-40с 4-5 ; 9±0.5

15/25'-20/40'

3190м

у=1640кг/мЗ; 40-50с 4-5 ; 9±0.5 40/50'-50/70"

3590м

Г*|050кг/иЭ; 25-35о 4-3 ; 9*0.5

10/20-15/30'

4360м

Примечание: -Ка - коэффицеит аномальности пластового давления

-Параметры бурового раствора приведены в следующей последовательности; - Плотность (кг/мЗ); вязкосгь(с); водоотдача(см3/30"); рН; СПС (мгс/см2).

Рис. 2

ФАКТИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА НА

2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500

Глубина скважины, м

Рис. з

ФАКТИЧЕСКИМ ПРОФИЛЬ СКВАЖИН

..... ......|......|......

<

\ 911/29.7° * > < ,

V 1248 49.5° •

1614/ 16.7° • •

2081 (45.0° 2430/с » »

* 2.9° : :

>^ 2779/43.0° -

V 31 36/31.0° 3427/20.0° • 1 3659/17.8° ---

* \ 3962/13.

1 4242/9.? О

1 4496/5 О

1 4874/7 6°

1 5136/ 1.9°

;

О

300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 ЗООО 3300 ЗбОО 3900 4200 4500

Глубина, о м

300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 Отход забоев от вертикали, м

Рис . 4

ПРЕДЛАГАЕМЫЙ ПРОФИЛЬ СКВАЖИНЫ

О

300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900 4200 4500

Глубина, 0 300 600 900 1200 1500 1800 2]00 2400 2700 м

Отход забоев от вертикали, м Рис . 5

120/:0.0° 1 ' 239/ 2.98°' - - - • .....*- — • *

602/ 2.98° . 721/0.00° ; ■ • :

- •

■

. 16.82/. 0.00° .... X. ......-.......

\2132/18.00° ■ • •

\

\ ' •

3579/1 8 00? • •

; ^4270/68.1 ° •

4 534Я/6Я 1 ? _ . '.

• .

3. Набор зенитного угла и выход на проектный азимут:

Долото 0,296м + ТО 1 0 15' + 7,20м + КЛС 0,270м - 1,5м + "Зенит" + ДУБТ 0,203м - 9м + УБТ 0,203м - 35м + ЯСС - 9м + УБТ 0,203м - 27м + IIW 0,127м -180м + СБТ 0,127м глубины 3140м - спуска обсадной колонны диаметром 0,245м.

4. Набор зеннтпого угла:

Долото 0,21бм + КЛС 0,214м - 1,8м + ДУБТ 0,165м - 9,5м + УБТ 0,165м -55м + ЯСС - 9м + HW 0,127м - 180м + СБТ 0,127м - остальные. (КНБК работала до глубины 331 бм)

5. Набор зенитного угла:

Долото 0,216м Винтовой забойный двигатель 1 0 15' - 8м + "Зенит" + ДУБТ 0,165м - 9,5м + HW 0,127м - 27м + ЯСС - 9м + HW 0,127м - 151м + СБТ 0,127м - остальные.

(КНБК работала до глубины 3654м - спуска "хвостовика" диаметром

0.194м).

6. Доиабор и стабилизация зенитного угла:

Долото 0,165м + Винтовой забойный двигатель 1 0 15' - бм + ДУБТ 0,120м -9м + УБТ 0,120м - 40м + ЯСС - 8м + УБТ 0,120м - 115м + СБТ 0,101м/0,127м

(КНБК работала до глубины 4230м - спуска эксплуатационной колонны диаметром 0,140 х 0,168 х 0,194м).

Обозначения: КЛС - калибратор лопастной спиральный, ППО -противопрнхватная опора, СБТ - стальные бурильные трубы; HW-толстостенные бурильные трубы, ТО - турбинный отклонитель.

Отход от вертикали более 1500м.

1.Бурение вертикального интервала:

Долото (0,660 - 0,490м) = 0,5 + УБТ 0,241м = 9,4м + КЛС (0,660 - 0,397м) = 1,6м + УБТ 0,241м = 9,4м + КЛС 0,660м - 0,393м) = 1,6м + УБТС 0,203м = 18,72м + пер. = 0,84м + HW = 138,9м + СБТ 0,127м - остальные.

2. Бурение интервала набора кривизны:

Долото (0,4445 - 0,295м) = 0,5м + А 962 (А 800) = 8,0м пер. = 0,63м + ДУБ! 0,203м = 3,07м + КЛС (0,425 - 0,295м) = 1,6м + UBHO = 0,66м + MWD = 9,43м -t ДУБТ 0,03м = 9,34м + ЯСС = 0,78м + УБТС 0,203м = 18,72м + Пер. = 0,84м + Н\\ = 138,9м 4- СБТ 0,127м - остальные.

3. Бурение интервала стабилизации зенитного угла и азимута:

Долото (0,311 - 0,295м) = 0,5м + пер. = 0,63 + КЛС (0,31 1 - 0,295м ) = 1,7 + УБТ 0,203м = (6-8)м + КЛС (0,311 - 0,295м) = 1,7м + ДУБТ 0,203м = 9,4м + ЛСС = 9,8м 4- УБТС- 0,203м = 37,4м + пер. = 0,84м +• HW = 138.9м + СБТ 0,127м -остальные.

4. Бурение интервала набора кривизны (инжнпп часть):

Долото (0,295 - 0,216м) = 0,5м + А 675 = 8,0м + пер. = 0,63м + ДУБТ 0,203м = 4- КЛС (0,295 - 0,21бм) = 1,7м 4- UBHO = 0,66м +MWD = 9.43м + ДУБТ 0,203м = 9,34м + ЯСС = 9,78м + УБТС 0,203м = 37,4м + пер. = 0,84м + HW = 138,9м + СБТ 0,127м - остальные.

5. Бурение интервала стабилизации зенитного угла н азимута в продуктивном пласте.

Долото (0,216 - 0,165м) = 0,5м + А 475 = 8,0 4- пер. = 0,63м + ДУБТ 0,165м = (3-7м) + КЛС (0,216 - 0,165м) = 1,7м 4- UBHO = 0,66 + MWD = 9,43 м + ДУБТ 0,165м = 9,43м + КЛС (0,216 - 0,165м) = 1.7м + ЯСС = 9,78м + УБТС 0,165м = 88 - 114м 4- пер. = 0,84м + СБТ 0,101м = 600 - 800м + СБТ 0,127м - остальные.

А - 962, А - 800, А - 675, А - 475 винтовые забойные двигатели соответственно диаметрами 0,240м, 0,195м, 0,175м и 0,140м.

- HW - утяжеленные бурильные трубы диаметром 0,127м.

- UBHO - диамагнитный переводник.

Здесь, также предлагается включать в состав КНБК-. ЯСС с акселератором для безаварийного строительства скважин, забойную телеметрическую систему для оперативной информации об их траектории (MWD).

В числе мероприятий, направленных на повышении скоростей бурения, предлагается использовать на всех буровых установках системы верхнего привода, и дается технико-экономическое обоснование и эффективность ее применения.

В пятом разделе - разработка научно обоснованных режимов бурения скважин на фундамент - рассматриваются выбор структуры модели углубления скпажнн, случайный поиск оптимальных параметров режима бурения и составление нечеткой модели углубления скважин.

Для определения структуры моделей углубления скважин, использованы методы дисперсионного анализа. При этом, в качестве основного результативного технического показателя бурения выбрана механическая скорость бурения (Умех), и рассмотрены, влияние на нее осевой нагрузки на долото (в), частоты вращения долота (И), подача насосов (р) и различных сочетаний этих показателей.

Для анализа использованы фактические данные по отработке 160 долот диаметром 0,216м и 0,150м и долот диаметром 0,165м при бурении на фундамент. В результате анализа, получено следующее ранжирование качественного влияния рассматриваемых факторов и их сочетаний.

- для долот диаметром 0,2169м N. N<3, (}, ОС}, в, ОН.

- для долот диаметром 0,165,м N. Ид, (3, вС] , С, СИ.

Таким образом, модель углубления скважин на фундамент, должна включать вышеперечисленные режимы параметров бурения и их сочетания.

Получены следующие статистические модели:

-для долог диаметром 0,21 бм

Утех = 2,08 10'3-6,3 Ю-5 N+2,3 10"6 N0-7,09 10 ^ - 8,3 10"9 ОС} + 3,7 10 б- 3,5 10"5 СИ

Я = 0.9368; II - коэффициент множественной корреляции.

-для долот диаметром 0,165м

Умех = 3,55 Ю-Ч 1,42 10^ N-3,2 10'®N<3 + 4,79 10'7<3- [,62 109 +

4,9 10"* 2 10"7 в+ 5,33 Ю'^

Л = 0,9733.

В этих моделях значение нормированных коэффициентов корреляции приняты более 0,5.

Для выбора оптимальных режимов бурения в диссертационной работ использован один из методов технической кибернетики - метод случайной поиска оптимума.

Сущность метода заключается в последовательном анализе цмеющейс статистической информации отработке долот путем осреднения и исключена влияния различных иерегулирующих факторов, их сочетаний на показател Умех.

В диссертационной работе приводится подробное описание методг выполненные расчеты.

Получены следующие оптимальные параметры режимов бурения соответствующие им значения механической скорости бурения:

в >180кН;>1 > 1.5с"1; С^З.вЗ'Ю"4 - для долота диаметром 0,216м

4,14 < Умех <б,73м/ч.

0>1ЮкИ; N>1.160-'; 0->2,66-Ю"1 - для долота диаметром 0,165м

2,58< Умех <3,62м/ч.

В этом разделе диссертационной работы, таюке приводится нечетка модель углубления скважин на фундамент.

Известно, что наклонно-направленное бурение глубоких скважин и фундамент связано с проектированием и реализацией разнообразных сложны технологических процессов. Сложность их заключается, прежде всего, непрерывном углублении скважин в условиях частичного или полног поглощения бурового раствора, изменении характера работ породоразрушающего инструмента и бурильной колонны в скважине.

В результате, на значительном флуктационном фоне наблюдаете неустойчивость буровых процессов, что приводит к процессам самоорганизаци и хаоса в бурении.

В исследованиях для описания таких процессов использованы метод теорий нечетких множеств Л. Заде - известного специалиста в облает кибернетики.

Получены модели множественной регрессии, представленные нечетким переменными коэффициентами, в виде

у1 = а; а,1 х, +ай х2 +........4- а|т хга

у 1 - выходное значение исследуемого параметра (Умех);

а, а........ аш - нечеткие коэффициенты, подлежащие к определению;

гш - функция принадлежности.

X), Х2... хт - входные параметры технологического процесса и 1 сочетание (в, N. , йЫ и т.д.)

Нечеткая модель углубления скважины на фундамент.

Для долот диаметром 0,21бм

Умех.= 1,32 10'5 + 3,12 10"5 N + 9,3 10'7 N0 + 8,86 10"7 д + 2,1 10-8С(2-2,2 10-8СЫд-8,35 10'6 в+1,02 Ю-5 вы

11=0,649

Для долот диаметром 0,165м

Умех = 1,95 10"2- 1,54 102 N + 8,28 Ю5 N0-9,76 10"5 <2+ 5,88 КГ'СС}. 4,6 10"7 вЫО- 1,02 10"4 й + 7,41 КГ5 вИ -

11=0,869

По этим моделям вычислены значения механической скорости при различных сочетаниях параметров режима бурения.

Графическое изображение поверхностей механической скорости проходки приведено на рис.6-7 для долот диаметром 0,216м и на рис. 8-9 для долот диаметром 0,165м.

Рекомендованы оптимальные режимы бурения, обеспечивающие достижения величин механической скорости для долот диаметром 0,216м и 0,165м, соответственно более 4 /час и 2,7 м/час, что выше средних показателей Умех по отработке этих долот по фундаменту.

Результаты расчетов по нечетким моделям подтверждают ранее полученные результаты методом случайного поиска оптимума.

В шестом разделе - дается анализ применения промывочных жидкостей при строительстве скважин на фундамент месторождении "Белый Тигр". Предложена новая рецептура бурового раствора, основанная на использовании системы АИСО-гООО.

Известно, что разрез месторождения "Белый Тигр" представлен осадочными породами четвертичной и третичной система, залегающих на кристаллическом фундаменте. Исходя из этих условий, в СП "Вьетсовпетро" в настоящее время применяют 3 типа буровых растворов:

1. лигносульфатный до кровли нижнего миоцена в интервале залегания глинистых отложений;

2. ингибированный лигносульфатный - в интервале от подошвы, среднего миоцена - до кровля фундамента;

3. полимерный с низким содержанием твердой фазы - от кровли

кристаллического фундамента до проектной глубины.

ЗАВИСИМОСТЬ Умех.=* (С, О, Ы) ДЛЯ ФУНДАМЕНТА НА МЕСТОРОЖДЕНИИ "БЕЛЫЙ ТИГР"

Для долот диаметром Ф= 0.216м

При (¿=2.50* Ю'чм'/с.

Умех., м/с. 2.78*10

200 О. кН. 150

2.50

1.67 N. с

50 0.83 При <2=3.33* 10Л('/с.

1.11 * 101

5.56*10" 250

2.50

При Q=3.33*10"V/c.

При Q=5.0*10",mj/o,

Vmcx.

1.67*10'

1.53*10"'

1.39*10"'

1.25*10'

1.11*10"'

9.72*10"

8.33*10" ' 250

Рис. 7

ЗАВИСИМОСТЬ Умех.=Г (в, О, И) ДЛЯ ФУНДАМЕНТА НА МЕСТОРОЖДЕНИИ "БЕЛЫЙ ТИГР"

Для долот диаметром Ф=0.1б5м При (2=2.33* КУм^с.

При <2=2.77* Ю'м'/с.

При Q=3.00* 10"mj/c.

При Q=3.33*10"m7c.

Однако, из-за анализа многочисленных аварий и осложнений пр1 стронтельстие скважин на фундамент, можно сделать вывод, что эти 3 типе буровых растворов не решают проблему их уменьшения.

Кроме тою, ш таблицы N2 1 видно что, применяемые типы буровьи растворов на порядок ухудшают коэффициент восстановления проницаемости следовательно влияют на конечный дебит построенных скважин.

При строительстве наклонно-направленных скважин с большими отходам! забоев от вертикали, немаловажное значение имеет уменьшение коэффициент; трения бурильного инструмента о стенки скважин.

Применяемые буровые растворы не обеспечивают уменьшения веиичш сил трения.

Исходя из этого, в диссертационной работе для строительства наклонно направленных скважин с большими отходами, рекомендуется исполь^овани безглинистого бурового раствора, основанного на системе АМСО-2000. Эт система включает следующие химические реагенты: апсоу^, pacganla апсон апсо-208, охс^сау, асМсипх.

Сравнительные данные безглинистого бурового раствора Апсо-200 приведены на рис. № 10, 11.

Опытное внедрение на скважинах 1010, 917, показали возможиост применения таких систем при строительстве наклонно-направленных скважн месторождения "Белый Тигр".

Особенностью при вскрытии кристаллического фундамента, являете частичное или полное поглощение бурового раствора, которое ликвидируютс вводом в раствор наполнителя (в основном рисовой шелухи), что позволяв пробурить скважину до проектной глубины.

В этом разделе также отмечается, что буровые устаноики, оборудовать современными механизмами для очистки буровых растворов, позиоляк эффективно удалить выбуренную породу н тем самым улучшают очистку ство; скважин и уменьшаются расходы химических реагентов.

В седьмом разделе предложен комплекс техннко-экономическ! мероприятий по предупреждению осложнений при бурении в миоценовы олигоценовых отложениях и кристаллического фундамента.

Кристаллический фундамент имеет аномально низкие пластовые давлени что приводит к катастрофическим поглощениям при его разбуривашш. Д. успешной проводки ствола в фундаменте предлагаются:

• перед вскрытием и на период бурения, необходимо иметь зап наполнителей, химических реагентов;

• долото должны отрабатываться без гидромониторных насадок избежании забития наполнителем;

• при спуске долота ограничивать скорость движения бурильно инструмента до 0,5 - 0,7м/сек ;

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ применяемых буровых растворов

Таблица N -1

NN пл. Тип бурового раствора Коэффициент восстановления проницаемости (ß, % ) Коэффициент трения (JX )

1. Полимер-глинистый с низким содержанием твердой фазы. 37,1 0,167

2. Алюмо-илиевый 39,2 0,14

3. Гидрофобизкрующий 62,6 . 0,126

4. ANCO - 2000 78,3 0.067

Сравнительная характеристика коэффициента восстаноления проницаемости

80 70 60 50 40 30 -] 20 10 0

II

♦♦♦♦♦♦♦♦♦ ♦♦♦♦♦♦♦♦♦ ********* ♦♦♦♦♦♦♦♦♦ ********* *********

тшш

ттмт

ШШ11 тщва

ш

111111

1 -Полимер-глинистый снизким содержанием твердой фазы

З-Гидрофобизирующий

2-Алюмо-калиевый

4-АМСО 2000

Рис.10

Сравнительная характеристика коэффициента трения

0.18 0.16 -0.14 -0.12 -0.1 -0.08 -0.06 -0.04 0.02 Н 0

♦♦♦♦♦♦♦♦♦♦ ********** ********** ********** ********** ********** ********** ********** **********

шшшшш

Шттт

1-Полимер-глинистый снизким содержанием твердой фазы

3- Гидрофобизирующий

2-Адюмо-калиевый 4-АЫСО 2000

Рис.11

• при бурении роторным способом с наполнителем (рисовой шелухой), его содержание в растворе должно быть 20-25кг/м3 и т.д.

Техника - экономические результаты

В 1997 году в 5-ти проектах на строительство скважин месторождения "Белый Тигр" были предусмотрены технологические регламенты по результатам. исследований диссертационной работы. В результате 'применения новых конструкций скважин, профилей, режимов бурения, рецептур промывочной жидкости, приведенных в диссертационной работе, увеличилась в среднем на 20 - 25% коммерческая скорость бурения по сравнению с ранее пробуренными скважинами.

В таблице №2 приведены сравнительные технико-экономические показатели ранее пробуренной скважины N 917-БТ и скважины N 820-ЕТ, пробуренной с Учет'ом рекомендаций данной диссертационной работы

Таблица 2

№ п/п Наименование показателен Единицы измерсч;!я Скважина 820БТ Скважина 9Шт

1. Пробурена глубина м 3742 3380

2. Максимальный зенитный угол град 92,7 35,25

3. Отход от вертикали м 1745,8 1476,0

4. Коммерческая скорость м /ст /месяц 1439 1090

5. Производительные затраты % 96,76 65,34

времени

6. - проходка % 40,23 27,28

7- - крепление % 18,48 6,8

8. - геологические осложнения % — 0,11

9. - вспомогательные работы % 36,4 26,45

10. - ремонтные работы % 1,42 4,69

11. I Гепроизводнте л ьные затраты

времени 3,24 34,66

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. По результатам анализа технико-экономических показателей бурения, промысло данных по авариям и осложнениям в бурении, предложена новая конструкция скваж! пятниптервальный профиль скважины с большим зенитным углом входа в иродукгпт пласт. В конструкции скважин предусмотрен спуск II промежуточной колоши перекрытием миоценовых отложений для предупреждения осложнений.

2. Разработанный новый профиль скважины обеспечивает расширение з дренирования в отложениях фундамента и снижение величины вращающего момента.

3. Предложена компановка низа бурильной колонны (КНБК) для успепп осуществления пятиинтервального профиля с большим углом входа в продуктивный ш с применением телеметрической системы и установкой ЯСС с акселератором предупреждения ее заклинки в процессе бурения.

4. Показано эффективное использование современных методов прикла; математики и технической кибернетики при анализе и прогнозировании показат бурения скважин, в частности механической скорости проходки.

5. Дисперсионным анализом установлено существенное влияние каждого параметров режима бурения ( в, N. 0) и их сочетаний ( 6Ы, вС?, N0, ) на вели1 механической скорости проходки при бурении скважин на фундамент. Следовате; статистическая модель углубления скважины должна включать все перечисле! параметры.

6. Методами инженерного эксперимента, в частности случайного поиска отш определены оптимальные режимы бурения, при которых достигаются наилу» показатели механической скорости проходки:

-при бурении долотом диаметром 0,21бм

О 180кН; 1,5с-1 ;С}>3,83-10-4; 4,14 <Умех. <6,73 м/ч.

- при бурении долотом диаметром 0,165мм

в > ПОкН; N > 0,16с'1; 0 > 2,66-10"4; 2.58 < Умех. < 3.62 м/ч.

Эти результаты подтверждены анализом эволюционной модели углубления сква> па фундамент и включены для внедрения в РД СП-54-97 "Инструкция по техно; бурения скважин в отложениях фундамента при интенсивных поглощениях бурс раствора". Введено приказом от01.10.97г. N 1356.

7. Получены нечеткие модели углубления екпажнпы па фундамент: дли долот диаметром = 0,216м

V мех.= 1,32 105 + 3,12 Ю-5 N + 9,3 Ю-7 N0 + 8,86 10'7 0 + 2,1 10" Сд-

2,2 10" GNQ - 8,53 10 6 в + 1,02 Ю 5 СЫ

для долот диаметра = 0,165м

V мех. = 1,95 10"2- 1,54 10"2Ы + 8,28 10 5 N(3-9,76 10"5 0 + 5,88 Ю-7 йС} - 4,6 10'7 СИС? 2 10"4 0+7,41 10"5 GN

По этим моделям вычислены для долот диаметрами 0,0216м и 0,165м значения Умех. знсимости от параметров режима бурения..

[редложен комплекс мероприятий, обеспечивающую успешную проводку скважин на цамент с большим отходом забоев от вертикали.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ в слЕДУЮЩИ:

РАБОТАХ

1. Д. Куа, C.B. Долгой, II.M Дубов, Г.Г. Зайцев, B.C. Горшеней, В.Т. Лион Перспектива развития миогозабойного заканчивать скважин на месторождение СГ1 "Вьетсоипетро" (г. Москва ВНИОЭНГ серия « Строительство нефтяных газовых скважин на суше и на море» N 8-9 1997г).

2. A.B. Мнацаканов, А.С.Оганов, Н.М.Дубов, С.В.Долгов. Строительст! наклонно-направленного ствола из эксплуатационной колонны скважины ' месторождения «Белый Тигр» на шельфе Вьетнама (г. Москва, «Нефгегазовь технологии » N2 1998г.)

3. Н.М. Дубов, Ч.С. Дао. Проектирование оптимальных режимов бурения отложениях фундамента месторождении" Белый Тигр" (г. Москва, ВНИОЭН серия «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море» N 1998г).

4. Ч.С. Дао, II.M. Дубов, Д.Куа, В.Т. Лыонг, О.В. Чубанов, Араз С. Шнрнн-За; U.M. Воаокои. Разработка научно-обоснованных режимов бурения скважин фундамент на месторождении «Белый Тигр» (г. Вунг Tay - 1997г).