главная / банк технологий / бурение / колтюбинговое бурение

Шлакокабельное бурение


НАЧАЛО РАБОТ
Затраты времени на спуско-подъемные операции (СПО) при бурении нефтяных и газовых скважин составляют почти половину производительного времени в общем балансе времени проводки скважины. Основным фактором, обуславливающим большие временные затраты на СПО, является дискретность процесса, связанная с тем, что бурильная колонна при замене инструмента разбирается и собирается отдельными отрезками - "свечками" длиной 25-37,5 м, устанавливаемыми внутри буровой вышки. При этом средняя коммерческая скорость СПО, определяемая делением длины "свечи" на продолжительность машинных, машинно-ручных операций и спуско-подъема незагруженного элеватора, составляет, как правило, не более 0,15-0,17 м/с.

Одним из путей радикального уменьшения времени на СПО является превращение дискретного процесса спускоподъема разборной колонны бурильных труб в непрерывный процесс намотки и размотки неразборной гибкой колонны - шлангокабеля с укладкой его на барабан - шлангоприемник, снабженный вертлюгом для осевой подводки бурового раствора. Таким образом, наличие непрерывной трубы, барабана с упорядоченной укладкой трубы, осевого подвода раствора, возможность герметизации устья скважины делают процесс шлангокабельного бурения практически полностью соответствующим колтюбингу, а точнее - прямым его предшественником.

Термин "шлангокабельное бурение" был предложен инициатором разработки нового способа бурения в России - управляющим разведочным буровым трестом объединения "Куйбышевнефть" Леонидом Тимофеевичем Папировским.



Начало в нашей стране относится к 1958 году, когда по инициативе Л.Т. Папировского из инженеров бурового треста А.М. Изосимова, В.В. Ватрушкина, отдела бурения института "КуйбышевНИИ НП" - В.Л. Устенко, М.А. Фингерита и Куйбышевского индустриаль-ного института - доктора техничнских наук, профессора В.И. Тарасевич создается творческая группа специалистов, приступившая к конкретной разработке нового способа бурения. В 1962 году были получены авторские свидетельства на конструкцию шланга для бурения сква-жин и на способ бурения на шлангокабеле [1, 2].

В 1963 году в "КуйбышевНИИ НП" (позднее ВНИИТнефть) был создан отдел бурения на шлангокабеле численностью 35 человек, в котором под руководством Л.Т. Папировского в течение 1963-64 годов выполнен большой объем исследований по выбору материалов силовых элементов шлангокабеля и разработке конструкций замковых соединений, позволивший перейти к конструкторской проработке и изготовлению шлангокабеля. Значительный вклад в создание отечественного шлангокабеля внес Ю.А. Артёмов, заместитель главного технолога завода "Азовкабель" (г. Бердянск Запорожской области), где было организовано производство отечественного шлангокабеля.

К разработке проблем шлангокабельного бурения привлекались также специалисты кафедры нефтепромысловой механики Уфимского нефтяного института, разработавшие поворотное устройство для ориентирования забойной компоновки и поворота инструмента, и специалисты кафедры стальных канатов Севастопольского приборостроительного института, разработавшие и изготовившие опытный образец спираленавивочного станка оригинальной конструкции, необходимого для изготовления силового каркаса шлангокабеля. Конструкция станка оказалась настолько удачной, что до настоящего времени успешно применяется в технологических линиях по изготовлению гибких полимерно-металлических труб.

В 1965-66 годах были проведены промысловые испытания шлангокабельного способа бурения на экспериментальном участке в городе Отрадном Куйбышевской области. Испытания проводились также при бурении неглубоких скважин в морских придонных грунтах Черного моря и при бурении скважин на воду. Принципиальная схема установки шлангокабельного бурения представлена на рис. 1.



Для испытаний использовалась буровая установка БУ50Бр-1 завода "Баррикады" (г. Волгоград), оснащенная промысловым стендом для работы со шлангокабельной бурильной колонной на глубинах до 500 м. Базой для стенда послужила стандартная установка беструбного бурения на кабель-канате УББ-2000, реконструированная с учетом особенностей шлангокабельного бурения: увеличена емкость барабана, добавлен вертлюг для непрерывной подачи бурового раствора через вал барабана в шлангокабель, спроектированы и изготовлены конструкции направляющего ролика на устье скважины и пульт управления. Вертлюг был соединен напорным манифольдом с насосной группой.

Основные технические данные буровой установки:
г

грузоподъемность, кН

ном. 500, макс. 700

тип вышки

мачтовая, А-образная

рабочая высота вышки, м

27,36

скорость подъема крюка, м/с

мин. 0,21, макс. 1,71

натяжение талевого канала на барабане лебедки при максимальной грузоподъемности, кН

106

 

максимальная мощность на роторе, кВт

75

скорость вращения ротора, об/мин

мин. 75, макс. 190

максимальная подача бурового раствора, л/с

14

максимальное давление бурового раствора, МПа

20

 


Проектная глубина бурения опытной установки была выбрана 500 м. Интервал 0-247 м, сложенный неустойчивыми породами, пробурили обычным способом турбобуром Т12М3-9 с использованием ротора 114 мм долотом № 12 (295 мм) и обсадили кондуктором диаметром 219 мм.

Бурение с применением шлангокабеля в качестве бурильных труб турбобуром ТС5Е-65/8'' долотом 190 мм проводилось в интервале 200-258 м в кондукторе по затвердевшему цементу и 11 м в породах татарского яруса, сложенных загипсованными глинами с прослоями песчаников. При этом использовался шлангокабель с внутренним диаметром 60 мм, наружным диаметром 118 мм, общей длиной 300 м - 4 секции по 75 м, снабженные замковыми соединениями конструкции "КуйбышевНИИ НП".

Произвели два долбления. В качестве промывочной жидкости использовалась пластовая вода плотностью 1,14 г/см3. Осевая нагрузка на долото выдерживалась в интервале 15-20 кН и достигала 30 кН. Давление на выкиде насосов составляло 7,5-8,0 МПа с одной секцией турбобура и 9,0-10,0 МПа - с двухсекционным турбобуром.

В 1966 году способом бурения на шлангокабеле турбобуром было пробурено 195 м в интервале 258-453 м в известняках и доломитах казанского яруса и калиновской свиты. Осевая нагрузка на долото поддерживалась в интервале 20-40 кН. Максимальная нагрузка на подъемном барабане составляла 100 кН, скорость спуска шлангокабеля - 0,25-0,6 м/с, подъ-ема - 0,3-0,4 м/с. Реактивный момент забойного двигателя воспринимался грузонесущими канатами.

В процессе промысловых испытаний 1965-66 годов были выявлены узкие места в конструктивном исполнении оборудования, шлангокабеля, контрольно-измерительных приборов и намечены пути их устранения.
СОВМЕСТНАЯ РАБОТА С ФРАНЦУЗСКИМ ИНСТИТУТОМ НЕФТИ
Во время шлангокабельного буренияю на первой экспериментальной скважине была получена информация о том, что подобные работы проводятся во Франции - Французским институтом нефти. Французская экспериментальная буровая Le Perray-III, забой скважины которой в 1968 году достиг 1000 м, находилась в окрестностях Парижа.

С целью обмена опытом Миннефтепром СССР провел переговоры с Французским институтом нефти, и было достигнуто соглашение о совместном проведении дальнейших работ. Для совместного экспериментального бурения выбрали скважину № 501-Куртамакскую, расположенную вблизи города Отрадный Куйбышевской (Самарской) области. Работы проводились под совместным техническим руководством специалистов отдела бурения "КуйбышевНИИ НП" и Французского института нефти.

Для бурения использовалась отечественная буровая установка "Уралмаш-4Э", оснащенная специальным оборудованием: барабаном-приемником для упорядоченной укладки шлангокабеля в процессе СПО, неподвижной и подвижной захватными цапфами, двумя буровыми насосами "МАРЕП", кронблоком и талевым блоком, гидравлической станцией и станцией управления. Схема компоновки оборудования буровой приведена на рис. 2.



Монтаж оборудования начался в конце 1968 года. Бурение под направление диаметром 425 мм на глубину 63 м по обычной технологии начали 25 марта 1969 года. Бурение под кондуктор диаметром 239 мм до глубины 598,3 м также осуществлялось обычным способом.

После спуска кондуктора и его цементирования была собрана компоновка со шлангокабелем.
Характеристика компоновки:
- долото Ø 269 мм;
- турбобур ТС5Б-9'' (две секции) или 3ТС5Б9'' (3 секции);
- датчик вращения;
- центратор Ø 235 мм;
- УБТ 6'' (203 мм) длиной 125-202 м;
- прибор ФИН ("Телевижель");
- шлангокабель CLT: производитель - завод Cables de Lion (Франция), наружный диаметр - 147 мм, внутренний диаметр - 97 мм, длина секции - 500-550 м, диаметр допустимого изгиба - 2,5 м, внутреннее рабочее давление - 33,0 МПа, момент скручивания рабочий - 8,0 кНм, рабочая растягивающая нагрузка - 1550 кН.



Конструкция шлангокабеля представлена на рис. 3. Она включает арматуру, воспринимающую давление, - из двух точечно касающихся слоев навивки стальными канатами диаметром 1,8 мм, арматуру, работающую на растяжение, - из двух точечнокасающихся слоев стальных канатов диаметром 3,0 мм, а также внутреннюю и внешнюю полихлоропреновюю камеру, обеспечивающие герметичность и скрепление структуры шланга. В конструкции предусмотрены 20 электрических каналов связи, проложенных в слоях, работающих на растяжение. Через шесть месяцев после начала работ, 5 октября 1969 года забой скважины достиг 2329 м.

Параметры бурения:
- давление от двух насосов "МАРЕП" - в интервале 12,0-18,0 МПа, при производительности 40 л/с;
- нагрузка на долото - от 60 до 200 кН;
- средняя проходка на долото - 23,2 м;
- механическая скорость - 6 м/ч.

В процессе бурения имели место два случая нарушения процесса, вызванные разрывом замковых соединений секций шлангокабеля на глубинах 1284 м и 2329 м, что свидетельствует о слабом звене шлангокабелей, требующем доработки, - ненадежная конструкция узла соединения секций.

Таким образом, аналитическими и экспериментальными исследованиями процесса бурения на шлангокабеле выявлена его техническая и экономическая целесообразность. Затраты времени на СПО уменьшились в 4-8 раз, рейсовая скорость проходки увеличилась в 2-4 раза, скорость СПО составила 1,5-2 м/с. Кроме того, процессу шлангокабельного бурения присущи все преимущества, связанные с возможностью герметизации устья скважины.

Результаты исследований были использованы советскими и французскими специалистами при совместной разработке промышленного варианта буровой установки шлангокабельного бурения БУШ-3000. По некоторым сведениям, работа развивалась также в направлении создания морского варианта шлангокабельной установки - в России и во Франции. Российский вариант предполагался для работы на Каспии.

С сожалением приходится констатировать, что, несмотря на существенные преимущества процесса бурения на шлангокабеле, работы с советской стороны были прекращены на основании заключения комиссии Миннефтепрома, чему способствовал и безвременный уход из жизни инициатора работ Леонида Тимофеевича Папировского. По-видимому, свою роль сыграла и мобилизация в то время средств Миннефтепрома на освоение новых разрабатываемых месторождений Западной Сибири.

Вместе с тем необходимо отметить, что применение гибких полимерно-металлических длинномерных труб - шлангокабелей для бурения скважин, добычи нефти, подземного ремонта скважин, а также для оперативной прокладки трубопроводных коммуникаций на суше и в морских акваториях, является актуальной научно-технической проблемой и требует серьезного и внимательного рассмотрения.

 

Вступить в Ассоциацию! Члены Ассоциации
Все права защищены
© АсБур 2005-2015