автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Влияние дифференциального давления на буримость горных пород (на примере нефтяных и газовых месторождений Азербайджана и Туркмении)

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ И ПРОМЫВКИ СКВАЖИН НА БУРИМОСТЬ И СТОЙКОСТЬ ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ.

1.1. Влияние дифференциального давления на процесс разрушения забоя глубоких скважин и стойкость шарошечных долот.

1.2. Гидравлическая программа промывки глубоких скважин.

2. МЕТОДИКА. ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

2.1. Общие положения.

2.2. Промысловые исследования.

2.3. Определение оптимального количества экспериментов и выбор модели.

3. ПРОМЫСЛОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Исследования по выбору параметра оценки эффективности гидравлической программы промывки скважин

3.2. Исследование влияния гидравлической мощности,реализуемой на долоте, на буримость.

3.3. Исследование вопросов подведения к забою максимума гидравлической мощности при проводке глубоких скважин.

3.4. Исследование влияния частоты вращения и осевой нагрузки на механическую скорость проходки

3.5. Исследование влияния регулируемых параметров на стойкость шарошечных долот

4.1. Определение зависимости механической скорости проходки от регулируемых параметров с учетом влияния гидравлической мощности,реализуемой на долоте и дифференциального давления.

4.2. Выбор модели процесса износа опор долота . . . . . юб

4.3. Определение достаточного числа уровней варьирования для определения параметрических коэффициентов и проверка модели.

5. ОПШЖЗАЦШ РЕЖИМ БУРЕНИЯ.

5.1. Методика определения коэффициентов базовых зависимостей . хх

5.2. Оптимизация процесса углубления забоя.

Этот пример убедительно свидетельствует о том, что в условиях интенсификации процесса разрушения породы забоя за счет уменьшения угнетающего действия избыточного Рэ#Ф вопросы совокупного влияния цромывки скважины и других регулируемых параметров приобретают особую актуальность. Однако проблема оптимального использования ограниченной гидравлической мощности насосной установки практически не исследована. Некоторыми исследователями [ 2,17,18, 22,23J на базе математической модели цроцесса углубления забоя скважины даны рекомендации по его оптимизации при роторном способе и бурении гидравлическими забойными двигателями (ГЗД). Однако проблемы оптимизации режима бурения глубоких скважин в терригенных отложениях кайнозойского комплекса в условиях низких и отрицательных дифференциальных давлений практически не исследованы.

Принципиально важный, для технологии бурения глубоких скважин забойными двигателями, вопрос о распределении гидравлической мощности подводимой к забою рассматривается либо вне связи с мощностью срабатываемой на долоте [22,27,28] ,либо без рекомендации по оптимальному распределению ее между турбобуром и долотом £2э/.

В настоящей работе поставлены задачи, на основе промысловых исследований, проводившихся в процессе бурения опытных и опорно-технологических скважин в Азербайджане (1968.1983 гг.) и в Туркмении (1980.1983 гг.) исследовать:

- совокупное влияние различных факторов на эффективность процесса разрушения забоя глубоких скважин в терригенных отло-жения/х кайнозойского возраста при использовании технологии бурения с регулированием дифференциального давления ;

- влияние условий промывки скважины на технико-экономические показатели процесса бурения и выбор универсального параметра оценки ее эффективности.

На базе проведенных исследований разработать:

- математическую модель процесса углубления забоя скважины и методику выбора оптимальных режимных параметров, с учетом влияния дифференциального давления и гидравлической мощности, реализуемой на долоте, при роторном способе и бурении ГЗД;

- методику использования ограниченной гидравлической мощности насосной установки буровой, с целью обеспечения оптимальных условий промывки скважины при дифференциальных давлениях ниже пороговых при бурении роторным способом и ГЗД.

Провести промышленную проверку и дать оценку эффективности разработанных рекомендаций при бурении скважин в Азербайджане и Туркмении.

I. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ И ПРОМЫВКИ СКВАЖИН НА БУРИМОСТЬ И СТОЙКОСТЬ ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ

ВЫВОДЫ

1. При Рдиф больше пороговых нецелесообразно реализовать на забое большую гидравлическую мощность.

2. Со снижением Рзиф (в области ниже пороговых) оптимальные значения режимных параметров ( С , П , N3 ) смещаются в область высоких значений.

3, Высокая эффективность процесса углубления забоя, при бурении скважин в условиях Р Зиф ниже пороговых, может быть обеспечена при наличии мощных буровых насосов и использовании гидромониторных долот.

4. Предложена методика оптимизации процесса углубления забоя при бурении скважин роторным и турбинным способами с использованием технологии бурения с регулированием дифференциального давления, которая позволяет существенно повысить технические показатели работы долот и снизить себестоимость I м проходки в кайнозойских отложениях Азербайджана и Туркмении). основные вывода и ржомендации

1. Уточнено понятие о пороговом дифференциальном давлении, как функции исключительно природных условий.

Установлено, что при бурении скиажин в терригенных отложениях кайнозойского возраста в диапазоне Рд^/ф больше чем пороговое (в рассмотренных условиях изменяется от 4 до 6 МПа), чувствительность Мм к режимным параметрам снижается и процесс бурения становится практически неуправляемым.

2. В диапазоне Р$цФ меньше порогового, чувствительность Ум к режимным параметрам, особенно гидравлическим, резко возрастает, вследствие чего полная реализация потенциальных возможностей технологии бурения с регулированием дифференциального давления возможна только при оптимальном сочетании режимных параметров.

3. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что при бурении глубоких скважин в рассмотренных условиях, по мере снижения Ррг/ф , реализуемая на долоте гидравлическая мощность, необходимая для максимального использования потенциала технологии бурения с регулированием дифференциального давления, существенно возрастает.

4. Предложен новый способ регулирования производительности, буровых насосов, позволяющий подвести и реализовать на забое максимальную гидравлическую мощность, что особенно важно при бурении скважин с использованием технологии с регулированием дифференциального давления.

5. Разработана и прошла проверку математическая модель процесса углубления забоя скважины, учитывающая совокупное действие дифференциального давления, гидравлической мощности, реализуемой на забое, и других регулируемых параметров, позволяющая прогнозировать оптимальные параметры режима бурения и показатели работы долот.

6. Часовая стойкость шарошечных долот при бурении в рассмотренных условиях, когда выход их из строя в подавляющем большинстве случаев обусловлен износом опор (как открытых, так и герметизирореализуемой на долоте. Зависимость часовой стойкости опор от режимных параметров для открытых и герметизированных опор имеет одинаковый качественный характер.

7. Разработан способ оптимизации режима бурения гидравлическими забойными двигателями, предусматривающий рациональное распределение максимально возможной гидравлической мощности между мощностью, реализуемой в гидравлическом двигателе и в промывочных устройствах долота.

8. За счет поддержания режима бурения, близкого к рекомендуемому по методике, проходка на долото и механическая скорость проходки на 7 скважинах объединения "Туркменнефть" в среднем возросли на 50$.

Суммарный экономический эффект составил 88 тыс.руб. ванных), практически не зависит гидравлической мощности,

1. Аиликвандер Э. Современное глубокое бурение. М. »"Недра",1969, с.7-224.

2. Афанасьев А.А. Математическая модель процесса бурения для оптимизации параметров его режима.-РНТС,сер."бурение",вып.1,М., ВНИИОЭНГ,1983, с.3-5.

3. Бабаян Р.Л. ,Байдюк Б.В. »Гельфгат Я.А. и др. Промышленное опробование метода бурения с регулированием дифференциального давления в системе "скважина-пласт".-Тр.ВНИИБТ,вып.ЗД,М.,1978,с.173-178.

4. Бабаян Р.Л.,Гельфгат Я.А.,Мдивани А.Г. и др.Исследование режимов бурения при регулировании дифференциального давления в системе "скважина-шгаст".-ТР.ВНИИБТ,вып.Ж1,М.,1978,с. 183-194.

5. Еингхем М.Г. Проблемы буримости горных пород.- Обзор зарубежной литературы, сер."Бурение",М. »ВНИИОЭНГ,1966,с.3-125.

6. Видрин Д.И. ,Бенит Е.И. Промысловые исследования влияния дифференциального давления на механическую скорость проходки. -НТС,сер."Бурение",вып.7,М.»ВНИИОЭНГ, 1969, с.33-40.

7. Гельфгат Я.А. О новых технологических процессах бурения глубоких скважин и вскрытия продуктивных горизонтов .-ТР.ВНИИБТ, вып.ХП, М.,1978, с.3-22.

8. Дон Мурфи. Факторы, влияющие на скорость бурения.-НТС,сер. "Бурение", вып.12, М.»ВНИИОЭНГ, 1969, с.28-32.

9. Еганянц Р.Т., Панченко Г.Г. Контроль дифференциальных давлений и вскрытие зоны АЕГЗД по данным механической скорости проходки. Нефтяное хозяйство, 1979, № 6, с.16-19.

10. Железняков Ф.И. Оценка влияния дифференциального давления на буримость пород.-НТС, сер."Бурение", вып.6, М.»ВНИИОЭНГ,1974, с.3-6.

11. Железняков Ф.И. Оценка влияния дифференциального давления и скорости вращения долота на механическую скорость проходки.-/НТО, сер."Бурение" вып.7,М.,ВНИИОЭНГ,1975, с.5-8.

12. Колесников H.A.»Шестаков Б.Н.»Болонсевич С.А.,Софронов В.А. Выбор осевой нагрузки в условиях дифференциального давления.--Нефтяное хозяйство, 1982, № I, с.10-13.

13. Cunntyham R.J, 8сп1ок Cf.if. УРТ,

14. Лимбергер Ю.А. »Ильинский В.М. »Кудина Л.А. Бурение на равновесии.- Нефтяное хозяйство, 1977, I 4, с.56-62.15. сМсшг&о W,ß. The „Perfect Cleaning" Thediy of ßo-taty

15. AtbMn^ „ ff.Pettoi. TecJinot," im, J.VJ4PP/m~№.

16. JJauzez W.C. Bit- Tooth Penetration Z/nc/еъ Simufytetf Bozehote Conao/itoon „ & Petzof. Techno?,' ^/Я /433-/442.

17. Орлов A.B., Орлов C.A. Оптимизация процесса углубления скважины на основе промысловых данных.-Нефтяное хозяйство, 1981, № П, с. 14-21.

18. Погарский A.A. ,Чефранов К.А. »Шишкин О.П. Оптимизация процессов глубокого бурения, М., "Недра", 1981, с.3-295.

19. Фаталиев М.Д. ,Фараджев Т.Г., Векилов Т.Г. Влияние перепада давления на показатели работы долот.-НТО, сер."Бурение", вып.7, М., ВНИИОЭНГ, 1967, с.8-10.

20. Халилов Н.Ю., йманов A.A. Влияние аномально высоких пластовых давлений на показатели бурения.-Нефтяное хозяйство, 1979, № 10, с.9-13.

21. Эмпирический подход к прогнозированию взаимодействия различных параметров бурения.-Экспресс-информация, сер./"Бурение", вып.13, М., ВНИИОЭНГ, 1979, с.3-9.

22. Эйгелес P.M., Р.В.Стрекалова. Расчет и оптимизация процессов бурения скважин. М., "Недра", 1977, с.3-200.

23. Железняков Ф.И. Эффективная технология бурения шарошечными долотами. Нефтяное хозяйство, 1977, $ II, с.10-12.

24. Бабаян Р.Л. Выбор модели процесса проходки скважин с учетом дифференциального давления.- Тр.ВНИИБТ, вып.57,М. ,1983.

25. Гераскин В.Т. Выбор оптимальных сочетаний параметров режима бурения скважины при изменяющемся дифференциальном давлении

26. У) в объединении "Грознефть" -НТО, сер."Бурение",вып.7,М., ВНИИОЭНГ, 1983.

27. Кулиев С.М. Об оптимизации режимов бурения. Нефтяное хозяйство, 1972, !Ь 12, с.60-63.

28. Булах Г.И. Теория процесса турбинного бурения, Гостоптехиздат, М., 1978, с.3-128.

29. Леонов Е.Г.,Исаев В.И. Гидравлические расчеты промывки скважин при бурении. Методические указания к курсу "Гидроаэромеханика в бурении", М., 1978.

30. Иоанесян Ю.Р. ,Мациевский В.П. »Василенко A.A. Современная техника турбинного бурения. Киев, Техника, 1977.

31. Касумзаде Д.С. »Карпенко М.М. и др. Обоснование некоторых параметров режима бурения скважин глубиной 10000 м в районе Падар. Техника и технология глубокого бурения.-Тр.АзНИИбурнефть, вып.УП, "Недра", М.,1965, с.3-13.

32. Булатов В.В. Механика разрушения горных пород при сверхглубоком бурении. Новосибирск, "Наука", 1966.

33. Булатов В.В. Определение пластических свойств горных пород в условиях всестороннего сжатия.-Тр.ГрозНИИ, вып.ХШ,Гостоптехиздат, 1962.

34. Байдюк В.В. Механические свойства горных пород в условиях высоких давлений и температур. Гостоптехиздат, 1963.

35. RoScnson cf, 9?a/7s, АЭМе, /РЖ1963, с.

36. Шамсиев A.A., Аскеров Ф.А. Исследование влияния давления на механические свойства горных пород при вдавливании штампа, Сб.Механические свойства горных пород при вдавливании и их практическое применение, М., ВНИИОЭНГ, М., 1966.

37. Сфирина И.Д. Влияние горного и гидростатического давления на механические свойства горных пород при вдавливании. М., ВНИИОЭНГ, 1966.

38. Жлобинский Б.А. Динамическое разрушение горных пород при вдавливании. М., Недра, 1970.

39. Гарнье А.Ж., Ван-Лингея Н.Х. Факторы, влияющие на механическую скорость проходки с увеличением глубины. Петролеум техно-лоджи, 1959, IX,XI, № 9, с.232-239.

40. Курепин В.И. Об энергоемкости разрушения горных пород цри вращательном бурении.- Нефтяное хозяйство, 1972, № 10, с.40. ¿ЗсЛ£/?а/?7 Ж У. A near c/fybzooc/? ¿о ¿rfezfizez?^1. Me jetea&wn Co.,./WS.

41. Спивак А.И., Попов А.Н. Механика горных пород. М. ,"Недра", 1975, с.3-200.

42. Есьман Б.И., Садыхов Ю.В., Габузов Г.Г.Новая критериальная зависимость для описания процесса бурения скважин. Известия АН Азерб.ССР, сер.наук о Земле, № 5, 1980.

43. Абрамсон М.Г., Браженцев В.П., Залкин С.Л. и др.Исследование работоспособности и износа опор шарошечных долот, гл.1У,- ТНТ0. Сер."Машины и оборудование нефтегазовой промышленности", М., ВНИИОЭНГ, 1973, с.45-50.

44. Гельфгат Я.А., Орлов A.B. и др. К вопросу установления некоторых эмпирических зависимостей показателей работы долот отпараметров режима бурения в промысловых условиях. Бурение глубоких скважин.-Тр.ВНИИБТ, вып.IX, М. ,1963, с.13-23.

45. Орлов A.B. Определение оптимальных параметров режима бурения с помощью экспресс-метода при проводке скважины роторным способом. НТО, сер."Бурение", вып.З, М.,ВНИИ0ЭНГ,1971,с.1О-15.

46. Дон Мурфи. Выбор оптимальных параметров режима бурения.-НТС, сер."Дурение", вып.1, М.,ВНШ0ЭНГ, 1970, с.35-41.

47. Посташ С.А. Влияние свойств промывочной жидкости на износ шариковых подшипников. Татарская нефть, № 2, 1962.

48. Браженцев В.П., Комм ЭЛ., Мокшин A.C. Стендовые испытания опор шарошечных долот.-Текущая информация,сер."Бурение",вып.5, М.,ВНИИОЭНГ, 1977, с.3-9.

49. Гусман А.М., Малкин И.Б., Шумилов А.П. Влияние условий промывки забоя на износ шарошечных долот.-Тр.ВНЖБТ, вып.ХНУ,М., 1970, с.66-73.

50. Железняков Ф.И. Оценка стойкости опор шарошечных долот.--Нефтяное хозяйство, 1977, № 5, с.11-15.

51. Посташ С.А. О влиянии твердости пород на износ опор трехша-рошечных долот.-Т^.ГрозНИИ, сб.№ 25, том П, Грозный, 1961.

52. Железняков Ф.И., Орлов A.B. Резервы в технологии роторного бурения.-Нефтяное хозяйство, 1973, № 9, с.9-13.

53. Справочник инженера по бурению. Том I "Недра", ,М. ,1973,с.116.

54. Булатов К.В., Зайченко Л.И., Кравец С.Г. и др. Низколитражное турбинное бурение скважин в Белоруссии.-Тр.ВНИИБТ,вып.X УШ,М., 1979, с.126-129.

55. Оптимизация гидравлики в скважине.-Экспресс-информация.Сер. "Бурение",М.,вып.20, 1980, с.

56. Метод предварительного расчета режима промывки.-Экспресс-информация, сер."Бурение", ВНИИОЭНГ, М.,вып.2, 1977, с.

57. Беликов Б.Г., Булатов А.И., Уханов Р.Ф., Бондарев В.И. Промывка при бурении, креплении и цементировании скважин.М., "Недра", 1974, с.3-239.

58. Мителъман Б.И., 1усман A.M., Гольдштейн Е.И., Энгель A.C. Исследование эффективности работы гидромониторных долот.-НТС, сер."Дурение", М.»ВНИИОЭНГ, вып.20, 1980, с.

59. Козодой А.К., Зубарев B.C.»Федоров B.C. Промывка скважин при бурении, Гостоптехиздат, М.,1963, с.3-172.

60. Методика проводки опорно-технологических скважин. ВНИИБТ, вып.61, М.,1971.

61. Орлов A.B. О выборе насадок для гидромониторных долот и цилиндровых втулок буровых насосов.-РНТС, серия "Бурение",вып.2, М., ВНИИОЭНГ, 1982', с.2-5.

62. Иоаннесян P.A. Новые направления развития техники турбинного бурения.- Тр.ВНИИБТ, вып. ХП,М. ,1976, с. 3-158.

63. Ильский A.JT., Лабзенков Б.П., Москаленко Ф.Ф. Оптимальная мощность насосов буровой установки.-Нефтяное хозяйство, 1976, № 10, с.8-10.64. hummus Optimized afti&Lnfy, saves mneg. , VI(ai&f 0i6s\ Уипе, voL jv^,

64. Мителъман Б.И. Справочник по гидравлическим расчетам в бурении. Гостоптехиздат, М., 1963, с.3-164.

65. Длин A.M. Математическая статистика в технике. Государственное издательство "Советская наука", М., 1958, с.3-466.

66. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами .Перевод с английского В.Д.Скаржинского. Под ред.В.Г.Горского, "Мир", М., 1973, с.3-957.

67. Химмельблау Д. Прикладное ннелинейное программирование. Пер. с анг. И.М.Быховский и В.Т.Вавилова. Под ред.М.Л.Быховского,1. Мир", М.,1975.

68. Исследование и разработка методов автоматизированной обработки экспериментальных данных. Разработка систем программ статистической обработки данных на ЭВМ "Минск-32". Карельский филиал института леса АН СССР, 1974.

69. Малкин И.Б. Исследование влияния гидравлической мощности, подводимой к гидромониторному долоту на показатели его работы при бурении скважин на Самотлорском месторождении Западной Сибири. Тр.ВНИИБТ, вып.ХУШ, М.,1979, с.ПЗ-116.

70. Хушпульян М.А. »Парфенов Б.М. ,Твертинова Э.П. Современное состояние энергоустановок,привода в бурении и критерии их выбора. -03Л,сер."Машины и оборудование нефтегазовой промышленности", ВНИИОЭНГ, М., 1971, с.

71. Моцохейн В.И. »Портной Т.З. Регулируемый электропривод для буровых насосов. Энергетический бюллетень,1968, № 6, с.3-7.

72. Баршай Г.С.,Еуяновский н.И. Техника скоростного турбинного бурения. Гостоптехиздат, М.,1956, с.5-333.

73. Абрамова A.A. »Ахмедов Ш.З.,Бабаян Р.Л. и др. Опыт бурения скважины № 100 Шахова Коса буровой установкой БУ-300 Э, сер."Машины и оборудование нефтегазовой промышленяости",М., ВНИИОЭНГ, 1969, с.3-62.

74. Бабаян Р.Л.»Каспаров М.А.,Мдивани А.Г. и др.Из опыта применения трехсекционных турбобуров на площади Кюроцдаг. -АНХ, № 6, 1970, с.13-15.

75. Заикин П.А. ,Мительман Б.И. »Ткаченко В.И. ,Ъорин И.П. Эффективность применения гидромониторных долот при роторном бурении в тресте "Куйбышевнефтеразведка".Гидравлика в бурении. Тр. ВНИИБТ, вып.ХНУ, М., 1970, с.89-93.

76. Орлов A.B. Установление оптимального сочетания осевой нагрузкина долото и скорости его вращения при глубоком бурении. -Тр.ВНИИБТ, вып.ХУШ, "Недра", M., 1964, с.ПЗ-129.

77. Никитин C.B., Гячджунцев П.А., ЭДцивани А.Г. и др. Результаты промышленных испытаний и опыт применения долот АН при низкооборотном бурении в Азербайджанской ССР. Новое в технике и технологии бурения.- Тр.ВНИИБТ, вып.ХПУ, М.,1976,с.61-65.

78. Поздняков В.И., Юдин A.C. Результаты промышленных испытанийи опыт применения долот АН при низкооборотном бурении в объединении "Т^ркменнефть? Новое в технике и технологии бурения. Тр.ВНИИБТ, вып.ХНУ, М.,1976, с.ПО-115.

79. Беликов В.Г. ,Посташ С.А. Рациональная отработка и износостойкость шарошечных долот. "Недра", М.,1972, с.3-161.'

80. Потапов Ю.Ф., Махонько В.Д., Шевалдин П.Е. Исследование зависимостей показателей работы долот от параметров режима бурения. -ТНТ0, М.,ВНИИ0ЭНГ, 1971, с.47-48.

81. Ильский А.Л. Рациональное использование мощности насосов --путь : повышения эффективности бурения. Нефтяное хозяйство, 1980, № 7, с.21-23.

82. Финкелыптейн Г.М., Бабаян Р.Л. Об эффективности регулируемого привода буровых насосов.-РНТС, "Машины и нефтяное оборудование", М., ВНИИОЭНГ, вып.10,М.,1974, с.13-16.

83. Федоров B.C., Беликов В.Г. Методы обобщения передового опыта в бурении. Гостоптехиэдат.,М.,1962, с.70.

84. Коршунов Е.С., Плотель С.Г., Романова Е.И., Эскин М.Г. Оптимизация режимов бурения шарошечными долотами при различных приводах долота ТНТС, сер."Бурение", М.,ВНИИОЭНГ,1967,с.3-89.

85. Выбор эффективной технологии проводки глубоких скважин.-ТНТО, ВНИИОЭНГ, M., 1974, с.66.

86. Новые способы разрушения горных пород. -Сер."Бурение", ВНИИОЭНГ, М., 1978, с.12.

87. Экспресс-методы оперативного принятия решений по улучшению эксплуатации шарошечных долот при бурении нефтяных и газовых скважин. Дополнение № 2 к РД 39-2-51-78, ВНИИБТ, М., 1981, с.3-78.