Спосіб оптимізації процесу буріння

Спосіб оптимізації процесу буріння, оснований на попередньо заданих інтервалах буріння, геологічному розрізі порід, осьових навантаженнях на долото, частотах його обертання, витратах промивальної рідини, механічній швидкості буріння, ВІДПОВІДНИХ витратах енергії на руйнування порід, який відрізняється тим, що визнають приведену до глибини свердловини, типу порід, енергоємність вибійних гідравлічних двигунів, ротора по крутному моменту, частоті обертання долота, площі вибою, механічній швидкості та співставляють з величинами питомої об'ємної роботи руйнування порід геологічного розрізу і застосовують тип вибійного двигуна або ротора, в яких енергоємність рівна або більша питомої об'ємної роботи руйнування породи геологічного розрізу Винахід відноситься до буріння глибоких свердловин на нафту і газ, а саме, до способів управління самого процесу обертового буріння Відомий спосіб оптимізації процесу буріння з метою більш ефективного використання енергії при бурінні, на основі вивчення спектрального аналізу пружних коливань, які виникають при бурінні Встановлено, що енергія пружних коливань в діапазоні 5-20кГц-\Л/д представляє корисну частину повної енергії, яка витрачається на бурінні -Wn У величину Wn входять всі витрати енергії при бурінні, в тому числі і на процеси, які не пов'язані з руйнуванням породи Відношення енергії пружних коливань в діапазоні 5-20кГц (\Л/д) до повної енергії, яка витрачається на буріння кГц-(\Л/п) величина А — представляє собою коефіцієнт використання енергії при бурінні Шляхом регулювання режимних параметрів можна досягти максимального значення величини А, забезпечити найбільш ефективне використання енергії Відомий також спосіб оптимізації режимів буріння свердловин для підвищення ефективності процесу буріння за рахунок забезпечення максимуму витрат енергії на руйнування гірських порід ( див а с 651122 СРСР МПК 4Е21В45/00, Бюл №9 від 05 03 79 р) Стосовно способу визначають в заданих інтервалах розрізу в процесі буріння свердловин відношення приросту вісьового навантаження на породоруйнівний інструмент до приросту механічної швидкості буріння, для цих же інтервалів розрізу свердловини вимірюють кінематичні і динамічні параметри пружних, електричних, магнітних і теплових коливань, співставляють їх між собою, визначають кореляційні моменти між параметрами співставлених різних видів коливань і величинами приросту осьового навантаження до приросту механічної швидкості проходки і однаковими значеннями кореляційних моментів знаходять оптимальні величини осьового навантаження, частоти обертання, витрат промивальної рідини і компоновки низу бурильної колони Величина А представляє собою критерій оптимального процесу буріння (див а с СРСР №1809023 Аі МПК 5 Е21В44/00, Бюл №14 від 15 04 93 р) Недоліком способу є те, що він призначений для буріння неглибоких свердловин діаметром 59мм, потребує замірів високочастотних пружних коливань складними електронними пристроями і призначений тільки для регулювання режимних параметрів при застосуванні конкретного типу породоруйнівного інструменту Недоліком відомого способу оптимізації за рахунок забезпечення максимуму витрат енергії на руйнування гірських порід являється те, що він не передбачає вибору типу вибійного гідравлічного двигуна (турбобура), роторного способу відносно основної властивості порід, що розбурюються питомої роботи руйнування породи Тільки після вибору типу турбобура або роторного способу можна приступати до визначення оптимальних 00 1 ю 57428 режимних параметрів для повного використання енергетичних можливостей турбобурів або роторного способу буріння Якщо енергія турбобура, ротора менша питомої роботи руйнування породи, то процес буріння, як би ми не регулювали режимні параметри, буде неефективним Недоліком також є те, що для реалізації його на буровій необхідно монтувати додаткове складне електронне обладнання, яке включає датчики глибини свердловини, вісьового навантаження, частоти обертання, витрат промивальної рідини, механічної швидкості буріння, блоки вирахування кінетичних, динамічних параметрів хвильового поля, корелятор, блок прогнозування, порівняння, перетворення синхронізації і т п Такі пристрої з глибинними датчиками ненадійні в роботі, потребують кваліфікованого обслуговування, проведення складних розрахунків Задачею винаходу є підвищення ефективності процесу буріння свердловин Для вирішення поставленої задачі у відомому способі оптимізації процесу буріння основаному на попередньо заданих інтервалах буріння, геологічному розрізу порід, вісьових навантаженнях на долото, частотах його обертання, витратах промивальної рідини, механічній швидкості буріння, ВІДПОВІДНИХ витратах енергії на руйнування порід, стосовно винаходу, визначають приведену до глибини свердловини, порід, енергоємність вибійних гідравлічних двигунів, ротора по крутому моменту, частоті обертання долота, площі вибою, механічній швидкості, співставляють з величинами питомої об'ємної роботи руйнування порід геологічного розрізу і застосовують тип вибійного двигуна або ротора, в яких енергоємність рівна або більша питомої об'ємної роботи руйнування породи геологічного розрізу На приведеній Фіг показана зміна крутного моменту від глибини свердловини на руйнування породи при турбінному і роторному способах буріння Відношення вісьового навантаження на породоруйнівний інструмент до приросту механічної швидкості проходки, із заміром кінетичних і динамічних параметрів пружних, електричних, магнітних і теплових коливань, побудови кореляційних залежностей, на основі реєстрацій ряду параметрів здійснюють складною електронною апаратурою На основі цього вибирають режимні параметри, які забезпечують повне використання енергії на руйнування породи Ця енергія може бути недостатньою, не відповідати властивостям породи, тому процес буріння буде неефективним, хоча енергія на руйнування буде використовуватися максимально Тому для оптимізації процесу буріння, підвищення його ефективності необхідно до породоруйнівного інструменту підводити таку енергію, яка була би рівна або перевищувала питому об'ємну роботу руйнування породи (енергоємність породи) Ап і тільки після цього проводити оптимізацію режимних параметрів для и повної реалізації при поглибленні свердловини В геологічних розрізах родовищ породи, що розбурюються, мають різну питому об'ємну роботу руйнування Ап і (енергоємність породи) Питома об'ємна робота руйнування визначається за відомою методикою професора Л А Шрейнера В приведеній таблиці 1 викладені по інтервалах і типах порід значення питомої об'ємної роботи руйнування За цими величинами вибирається тип турбобура, роторний спосіб буріння після порівняння Ап з енергоємністю (Е) турбобура або ротора Якщо Е>Ап - процес буріння буде оптимальний, а значить ефективний Енергоємність турбобура, роторного способу розраховується за формулою ._ Мхп _ . з Е= Дж/см° F x V M де М - крутний момент турбобура або ротора на вибраній глибині свердловини, п- частота обертання турбобура, ротора, F - площа вибою, яка розраховується за діаметром долота, V - механічна швидкість буріння Для визначення енергоємності за приведеною формулою використовується крутний момент турбобура (таблиця 2, рисунок 1) або ротора для конкретної глибини свердловини і витрати промивальної рідини Частота обертання долота для вибійних двигунів також береться з таблиці 2, а для ротора -0,7-1,0-1,5-2-2,5сек 1 Після визначення енергоємності турбобура, ротора для конкретної глибини, породи порівнюють її значення з питомою об'ємною роботою руйнування породи Ап Для ефективного руйнування порід необхідно, щоб Е> Ап При поглибленні свердловини долотом діаметром 295,3мм в інтервалі 2500-ЗОООм можна застосовувати турбобури ЗТСШ-240, ЗТСШ-240Д роторний спосіб буріння Енергоємність турбобура ЗТСШ-240Д, розрахована за приведеною формулою, складає 28Дж/см3, для турбобура ЗТСШ-24022,6Дж/см Згідно приведених значень питомої об'ємної роботи порід (таблиця 1) роторний спосіб буде ефективним тільки при розбурюванні аргілітів до глибини 3000 м В алевролітах (Ап=18,9Дж/см3), пісковиках (Ап"19,9Дж/см3), доломітах (Ап=20,ЗДж/см3), вапняках (Ап=21,7Дж/см3), енергоємність ротора (Е=18,0Дж/см3) буде меншою від питомої об'ємної роботи руйнування Тому застосовувати його буде нераціонально Процес поглиблення свердловини буде ефективнішим в приведених породах при застосуванні турбобурів ЗТСШ-240Д, Д1-240, ЗТСШ-240 Розглянемо приклад 1 застосування запропонованого способу оптимізації процесу буріння при поглибленні свердловини з глибиною 5000м На вибої залягають алевроліти, питома об'ємна робота руйнування яких становить 17,9Дж/см3 Свердловину необхідно поглиблювати долотами діаметром 215,9мм Розраховані енергоємності ротора Е=16Дж/см3, турбобура ЗТСШ-172ТЛ і ЗТСШ-172Д ВІДПОВІДНО 22,6 і 23Дж/см3 В цьому випадку поглиблення свердловини необхідно вести турбобурами ЗТСШ-172Д або ЗТСШ-172ТЛ Запропонований спосіб застосовувався при бурінні окремих інтервалів в свердловинах 700 Пролетарського і 51 Старовірівського газоконденсатних родовищ (ГКР) Свердловину 700 Пролетарського ГКР в 57428 інтервалі 2717-2800м бурили роторним способом Проходили породи чергування прошарків ПІСКОВИКІВ, алевролітів, вапняків За 123 години пройдено 83 м, механічна швидкість буріння була 0,67м/год Після проведення розрахунків енергоємності (Е=13,ЗДж/см3), порівняння її з питомою 6 об'ємною роботою руйнування порід ( Ап=17,621,4Дж/см3 ) було застосовано запропонований спосіб оптимізацм процесу буріння Енергоємність турбобура ЗТСШ-240, Д1-240 складає 22,7 і 24,9Дж/см3, що більше від питомої об'ємної роботи руйнування Таблиця 1 Величини питомої об'ємної роботи руйнування для основних осадочних порід Дніпровське-Донецької западини Стратиграфічний горизонт Інтервал залягання, м Юра 800-1900 Тріас 1300-2300 Верхня перм 1500-2300 Порода глина ПІСКОВИК глина ПІСКОВИК глина ПІСКОВИК глина Нижня перм ПІСКОВИК СІЛЬ 1800-2500 Верхній карбон ангідрит глина аргіліт алевроліт 1800-2500 ПІСКОВИК Середній карбон (московський, башкирський ярус) Нижній карбон (серпухівський, візейський, турнейський ярус) аргіліт алевроліт 2300-4500 ПІСКОВИК ДОЛОМІТ вапняк аргіліт алевроліт 3500-5500 ПІСКОВИК вапняк Питома об'ємна робота руйнування, Ап Дж/см3 2,9 3,7 3,1 7,8 3,9 8,3 4,1 8,9 2,8 15,7 4,2 8,9 15,4 18,5 5,8 18,9 19,9 20,3 21,7 6,1 17,9 25,9 26,4 Таблиця 2 Деякі енергетичні характеристики турбобурів Шифр турбобура КІЛЬКІСТЬ ступеней ЗТСШ-240Д 300 ЗТСШ-240 А9ГТШ Д-240 ЗТСШ-195ТЛ ЗТСШ1-172Д 318 340 327 300 А7ГТШ ЗТСШ-172 382 435 Витрати промивальної рідини, м3/сек 0,032 0,045 0,032 0,045 0,045 0,020 0,020 0,032 0,030 0,022 Частота обертів вала Крутний моМаксимальна Перепад при макси- мент на вавлу, потужність, кВт тиску, Мпа мальній поНм тужності, сек 1 3,3 3920 193 6,3 5,0 5450 178 12,0 7,0 3320 133 5,9 4,0 3060 5,7 1,2-2,2 1000-1400 112-128 6-8 5,7 2150 79,9 3,5 3,3 2620 127 4,1 3,8 2970 163 5,3 5,0 1865 7,1 6,6 1420 57,5 5,9 порід (Ап=17,6-21,4Дж/см ) Перейшли на турбінний спосіб буріння За 159 годин свердловину поглибленню на 150м Механічна швидкість склала 0,94м/год , що в 1,4 рази більше ніж при застосуванні роторного способу буріння Приклад 2 Свердловину 51 Старовірівського ГКР до 2621м поглиблювали роторним способом Останні 31 м пройшли за 110 годин, механічна швидкість склала 0,33м/год Згідно запропонованого способу визначили Е ротора Е=14,9Дж/см3 Питома об'ємна робота руйнування порід Ап=19,ЗДж/см3 Згідно запропонованого способу 57428 було рекомендовано перейти на поглиблення свердловини турбобуром ЗТСШ-240, який підводить до долота енергію більше 22,9Дж/см3 В інтервалі 2621-3080м за 416 годин свердловина поглиблена на 459м Механічна швидкість буріння склала 0,58м/год , що в 1,77 рази більше ніж при роторному способі Застосування запропонованого способу оптимізацм процесу буріння, як видно із приведених вище даних по 2 свердловинах, дозволяє підвищити ефективність процесу буріння, суттєво збі 8 льшити механічну швидкість буріння Додатково пройдено 125м При вартості 1 метра 2 тис гривень прибуток склав 240тис гривень Спосіб оптимізацм процесу буріння дозволяє суттєво збільшити механічну швидкість буріння, не потребує додаткових витрат матеріальних ресурсів, простий в реалізації, має новизну і, як підтверджують результати його застосування при поглибленні свердловин 700 Пролетарського і 51 Старовірівського ГКР, має народногосподарське значення 4-ЗТСШ-195ТЛ6 -ротор -700 Комп'ютерна верстка М Мацело Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна