авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Технология бурения нефтяных и газовых скважин модернизированными винтовыми забойными двигателями (научное обобщение, результаты исследований и внедрения)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ДВОЙНИКОВ МИХАИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ

НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН МОДЕРНИЗИРОВАННЫМИ

ВИНТОВЫМИ ЗАБОЙНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

(научное обобщение, результаты исследований и внедрения)

Специальности 25.00.15 – Технология бурения и освоения скважин

05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы

(нефтегазовая отрасль)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Тюмень - 2010

Работа выполнена в Научно-исследовательском и проектном институте технологий строительства скважин (НИПИ ТСС) при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» (ТюмГНГУ)

Научный консультант Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор Овчинников Василий Павлович – доктор технических наук, профессор Ишбаев Гниятулла Гарифуллович – доктор технических наук Балденко Дмитрий Федорович – доктор технических наук, профессор Панфилов Геннадий Андреевич

Ведущая организация – Общество с ограниченной ответственностью «Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий» (ООО «ТюменНИИгипрогаз»)

Защита состоится 25 ноября 2010 г., в 09-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 при ТюмГНГУ по адресу: 625039, г.Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотечно-информационном центре ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72

Автореферат разослан 25 октября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Г.П. Зозуля

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Как показывает опыт работы буровых предприятий, в настоящее время приоритетным является бурение наклонно направленных и горизонтальных скважин. При строительстве таких скважин применяют вращательный способ бурения, используя в качестве привода долота винтовые забойные двигатели (ВЗД от 85 до 90 %) с одновременным периодическим или постоянным вращением бурильной колонны ротором, либо верхним приводом. Производственники данный способ называют комбинированным. Его использование позволяет осуществлять бурение скважин различной глубины с разными типами профиля, широким диапазоном изменения вида и свойств промывочных жидкостей, параметров режима бурения, а также с применением разных конструкций и типоразмеров породоразрушающего инструмента.

При сложившейся на сегодня технологии бурения отмечаются проблемы, связанные с нестабильностью работы ВЗД, их остановками, низким моторесурсом рабочих органов (РО), а также авариями (отворотами, изломами элементов ВЗД) компоновки бурильной колонны (БК). В частности, моторесурс двигателей в зависимости от типоразмера и условий эксплуатации составляет от 90 до 235 ч; отказы ВЗД (буровые компании ООО «Газпром бурение» и «KCA Deutag») от 5 до 12 в год.

Указанные явления обусловлены следующим: отсутствием информации о фактической осевой нагрузки на долото, влияющей на работу системы «БК – ВЗД – долото», чередованием разбуриваемых пород с разными физико-механическими свойствами и применением долот, обладающих повышенной моментоёмкостью; низким качеством изготовления элементов рабочих органов и конструктивными особенностями силовой секции двигателя, а также рядом других малосущественных факторов.

Повышение эффективности бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин, снижение неравномерности режимов работы ВЗД, увеличение его межремонтного периода и механической скорости проходки на долото возможно при оптимизации технико-технологических параметров разрушения горных пород и эффективности работы породоразрушающего инструмента, а также конструктивных изменениях элементов двигателя.

Цель работы – повышение эффективности строительства наклонно направленных и горизонтальных скважин совершенствованием технических средств и технологий их бурения с винтовыми забойными двигателями.

Основные задачи исследований

1. Обобщение результатов технических и технологических решений по обеспечению работоспособности ВЗД, сохранение требуемых параметров режима бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин.

2. Исследование износостойкости рабочих органов героторного механизма в зависимости от времени отработки ВЗД в условиях скважины.

3. Обоснование изменения параметров рабочих органов и энергетических характеристик героторного механизма модульного исполнения для обеспечения долговечности ВЗД.

4. Разработка, исследование и испытания ВЗД c РО модульного исполнения.

5. Анализ средств оперативного управления и контроля параметров с последующей разработкой методики определения и контроля фактической нагрузки на долото, оптимизации частоты вращения бурильной колонны, направленных на снижение аварийности в скважинах.

6. Анализ результатов опытно-промышленного внедрения технических средств и технологии бурения скважин. Разработка нормативных документов.

Научная новизна

  1. Разработан научно обоснованный способ восстановления технических показателей ВЗД и увеличения его моторесурса, основанный на изменении конструкции силовой секции, обеспечивающей снижение инерционной и увеличение гидравлической сил в рабочих органах двигателя, из-за изготовления ротора героторного механизма модульного исполнения.
  2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено увеличение энергетических параметров (момент на валу, мощность, давление в рабочих камерах, нагрузочная способность) героторного механизма с изношенными РО, снижение крутильных колебаний ВЗД в зависимости от угла разворота соосно объединенных модулей относительно друг друга. Дано научное объяснение увеличению срока службы ВЗД.
  3. Дано научное объяснение моментно-силового взаимодействия элементов системы «БК–ВЗД –долото» при комбинированном способе бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин с использованием серийных и модернизированных двигателей. Экспериментально и в промысловых условиях определена осевая нагрузка на долото и частота вращения бурильной колонны при разных значениях дифференциального момента.
  4. Рекомендованы оптимальные значения угловой скорости бурильной колонны в зависимости от нагрузки на долото по данным станции ГТИ и дифференциального момента, обеспечивающие стабильную, безаварийную работу системы и выполнение условия, при котором тормозная нагрузка ВЗД будет больше фактической осевой нагрузки на долото.
  5. Разработана методика определения фактической нагрузки на долото и оптимизации частоты вращения БК, позволяющая обеспечить повышение скорости процесса бурения, стабильность работы винтового забойного двигателя, а также безаварийность проводки наклонно направленных и горизонтальных скважин комбинированным способом.

Практическая ценность и реализация работы

По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработаны и внедрены при строительстве нефтяных и газовых скважин:

– конструкция винтовых забойных двигателей с повышенным моторесурсом, содержащих героторный механизм модульного исполнения (патент №2345208);

– методика определения и контроля фактической нагрузки на долото, а также частоты вращения бурильной колонны в процессе углубления забоя наклонно направленных и горизонтальных скважин (патент №2361055).

– нормативные документы: регламент технического обслуживания и ремонта ВЗД модульного исполнения; регламент на бурение скважин с ВЗД модульного исполнения в ОАО «Газпром»; рекомендации по применению методики определения осевой нагрузки на долото, контролю параметров бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин; программ на бурение скважин Заполярного, Ямбургского, Уренгойского, Урненского месторождений ВЗД модульного исполнения с использованием методики определения фактической осевой нагрузки на долото и контролю параметров бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Технические и технологические разработки внедрены в филиале Уренгой бурение ООО «Газпром бурение» и ОАО «ТНК-ВР» ООО «ТНК-Уват» при строительстве скважин на месторождениях: Заполярное, Ямбургское, Уренгойское, Урненское. Сроки строительства скважин из-за увеличения механической скорости бурения от 12 до 15 % сократились в среднем на 4 суток.

Результаты теоретических, экспериментальных и промысловых исследований используются на кафедре «Бурение нефтяных и газовых скважин», в учебных центрах ТюмГНГУ при проведении лекционных занятий для подготовки и переподготовки специалистов нефтегазового направления.

Апробация работы

Основные положения и результаты исследований докладывались на заседаниях кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин» ТюмГНГУ (Тюмень, 2004 - 2010); 1-й, 2-й, 3-й Всероссийских научно-практических конференциях Западно-Сибирского общества молодых инженеров-нефтяников при ТюмГНГУ, Society of Petroleum Engineers (SPE) «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири» (Тюмень – 2007, 2008, 2009); Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень – 2007, 2009); Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Современные технологии для ТЭК Западной Сибири» (Тюмень 2007); Международной научно-практической конференции, посвященной 40-летию кафедры Разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений «Новые технологии для ТЭК Западной Сибири» (Тюмень, 2008).

Публикации

По материалам исследований опубликованы 52 научные работы, в том числе 33 статьи (из них 16 в издательствах, рекомендованных ВАК РФ), 7 тезисах и докладах на Международных, Всероссийских и др. конференциях. Издано 3 монографии и 1 учебное пособие. Получено 8 патентов РФ.

Объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников (176 наименований) и 22-х приложений. Изложена на 371 страницах машинописного текста, содержит 42 таблицы и 115 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена актуальность работы, обозначены направления и пути решения затронутых проблем, сформулированы цель работы и основные задачи по ее реализации.

В первом разделе представлены результаты анализа исследований технических решений в области совершенствования серийно выпускаемых забойных двигателей для бурения скважин.

На протяжении 40 лет отечественная практика строительства нефтяных и газовых скважин базировалась на высокоскоростном бурении с применением многоступенчатых безредукторных турбобуров, характеристики которых, при использовании в качестве породоразрушающего инструмента современных высокомоментных долот (матричных, PDC), не позволяют получать требуемые сегодня параметры режима углубления скважины. На сегодняшний день в качестве привода долота широкое применение нашли ВЗД – машины объемного принципа действия, обладающие более высокими энергетическими характеристиками, отвечающие требованиям новых конструкций породоразрушающего инструмента, а также технологиям их использования при проводке наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Большой вклад в конструирование, создание и усовершенствование героторных машин, а также в исследование рабочих процессов ВЗД для бурения и капитального ремонта скважин внесли отечественные ученые: Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, Т.Н. Бикчурин, М.Г. Бобров, Ю.В. Вадецкий, М.Т. Гусман, Ю.А. Коротаев, А.М. Кочнев, В.А. Каплун, С.С. Никомаров и др. Зарубежные специалисты: Y. Forrest, M. Garrison, T. Hudson, R. Moineau, V. Tiraspolsky, W. Tcshirky, R. Yurgens, K. Wenzel и др.

Анализ результатов их исследований показал, что серийно выпускаемые отечественные и зарубежные двигатели обладают одинаковой управляемостью в процессе бурения скважин. Зарубежные героторные механизмы, по сравнению с аналогичными российскими машинами, имеют увеличенный моторесурс рабочих органов (от 65 до 120 ч), а двигатели российских производителей (двигатели диаметром более 127 мм) отличаются повышенными показателями энергетических характеристик. При этом общей проблемой является отказ ВЗД, а также не высокий показатель времени их работы.

В таблице 1 приведена наработка (ресурс) ВЗД при бурении скважин на Приобском, Лянторском, Средне-Балыкском, Кулунском, Кальчинском, Уренгойском, Ямбургском и Заполярном месторождениях. Анализ проведен по результатам бурения скважин ВЗД в равнозначных технико-технологических условиях. Интервал бурения от 800 до 3000 м (бурение из-под кондуктора) – геологический разрез представлен преимущественно аргиллитом, алевролитом, песчаником, известняком; плотность бурового раствора от 1100 до 1150 кг/м3; содержание песка в буровом растворе не более 1,14 %; система очистки – четырехступенчатая, фирмы «Derik», «Swaсo»; нагрузка на долото от 40 до 120 кН; производительность насосов от 0,024 до 0,036 м3/с; зенитный угол от 14 до 860.

Таблица 1 – Ресурс, применяемых ВЗД по ряду буровых компаний

Буровая компания (предприятие) Тип ВЗД
ДГР-178 Д2- 195 Д2- 172 Д5- 195 ДРУ-172 Д-172РС G1-172 Grifits Sp. Drill-178 D675-172Drilex
Кинематическое отношение
7:8 9:10 7:8 9:10 7:8 9:10 7:8 7:8 7:8
Длина рабочей пары, мм
3600 2300 2400 2400 2400 2400 2350 3000 2400
Моторесурс ВЗД, ч
ОАО «Сургут-нефтегаз» 134 90 170 175 199 214 240 196 195
ООО «Газпром бурение» 146 139 168 198 214 212 235 - -
«ТНК – ВР» (НБН) 127 154 154 186 204 232 227 264 -
ОАО «Лукоил» (БК Евразия) 162 186 176 210 238 239 208 229 205
«Schlumberger» (CGK) 153 - - 185 234 245 266 247 212
Среднее значение моторесурса ВЗД, ч
144 142 167 190 218 228 235 231 204


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.