БУРЕНИЕ СКВАЖИН
УДК 622.243.92
© А.В. Вервекин, В.М. Плотников, 2015
Методика управления режимом работы винтовых забойных двигателей при бурении скважин
A.В. Вервекин,
B.М. Плотников, д.т.н. (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Адреса для связи: 60000000000@mail.ru, vmplotnikov@mail.ru
Ключевые слова: регулятор подачи долота, тормоз электро-порошковый, дифференциальный перепад давления, винтовой забойный двигатель, контроль гидравлической энергии.
The method of controlling the mode of operation downhole motors during drilling oil and gas well
A.V. Vervekin, V.M. Plotnikov
(Perm National Research Polytechnic University, RF, Perm)
E-mail: 60000000000@mail.ru, vmplotnikov@mail.ru
Key words: feed off control bit, differential pressure, positive displacement motor, electric powder brake, control hydraulic energy.
The article considers a method for control of hydraulic energy during drilling oil and gas well using positive displacement motor. The authors show the differences in drilling technology of electric power powder brake and feed off control bit. Technical and technological features and the practical results of applying methods of control of the downhole motor are described.
Развитие технологии управления режимом бурения способствует формированию новых требований и методик отработки винтовых забойных двигателей (ВЗД) при бурении нефтяных и газовых скважин. С учетом темпов развития буровой техники (например, ВЗД, буровые установки, автоматизированные комплексы управления ВЗД и др.) современные методология и методика основываются на достижениях в этой области, одно из них - управление ВЗД по дифференциальному перепаду давлениярдиф [1-9].
Оптимизация технологии бурения и облегчение условий труда нередко связаны с автоматизацией управления процессом бурения. Например, современные буровые установки оборудованы силовым верхним приводом, кабиной бурильщика, различными автоматизированными комплексами управления ВЗД. Работа последних осуществляется в соответствии с нормативной технологией управления процессом бурения [3]. Технология основана на контроле одного из параметров режима бурения - осевой нагрузки на долото - с помощью различных устройств подачи долота (УПД) [10]. Например, тормоз электропорошковый (ТЭП), регулятор подачи долота электрический (РПД-Э) предназначены для поддержания веса на крюке и плавной подачи бурильной колонны по мере углубления скважины при бурении, заданного значения осевой нагрузки на долото [11]. Такой режим, индикатором которого является осевая нагрузка, не способен обеспечить эффективность отработки ВЗД [6].
В результате практических и теоретических исследований процесса разрушения горной породы при бурении [3-9] разработана перспективная методика управления технологией отработки ВЗД. Ее основные положения опираются на контроль и оперативное управление следующими параметрами, влияющими на эффективность разрушения горной породы.
1. Эффективный дифференциальный перепад давления или крутящий момент на долоте. Поддержание параметра обеспечит постоянную частоту вращения долота.
20 03'2015 НЕФТЯНОЕ ХОЗЯЙСТВО
2. Темп изменения давления в нагнетательной линии. Контроль параметра позволит более эффективно эксплуатировать оборудование (ВЗД, долото) в горных породах с разными физико-механическими свойствами.
3. Субъективный фактор. Снижение влияния данного фактора увеличит показатели бурения, в частности коммерческую скорость [5].
Перевод предложенной методики управления эффективной отработкой ВЗД в правовое поле был реализован на практике в 2013 г. В программу отработки долот (объекты ГФ ООО «РН-Бурение»), в раздел «Режимы бурения» внесен дифференциальный перепад давления на ВЗД. При непосредственном участии авторов (инженерное сопровождение ВЗД) были проведены работы в скв. 115 куста №37 Губкинского месторождения и скв. 8001 куста №8, Харам-пурской площади. В результате механическая скорость бурения увеличилась на 30 % по сравнению с плановой. Показатели отработки ВЗД ДГР-240М3/4 №2 в скв. 115 за период 20.02.13-28.02.13 г. приведены ниже.
Интервал бурения, м..........................................63-1262
Наработка на отказ ВЗД, ч........................................50,9
Механическая скорость, м/ч:
плановая...................................................................26,4
фактическая ...........................................................34,67
Столкнувшись с рядом проблем при реализации предложенной методики (человеческий фактор, необходимость поддержания эффективного дифференциального давления в процессе бурения и др.) и учитывая усложнение профилей, увеличение средних глубин скважин и ряд других факторов, авторы совместно со специалистами ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент», ООО НПП «ИНТРОМАГ» реализовали методику управления отработкой ВЗД в автоматизированной технологии управления режимами работы ВЗД и заложили в алгоритм опытного образца регулятора подачи долота ИМ-2440М №13. Предложенная методика управления технологией с помощью РПД позволила в процессе бурения корректировать:
¥
- постоянную времени усреднения мгновенных значений давления;
- рабочее давление;
- величины воздействия постоянной времени на исполнительный механизм;
- отклик РПД на темп изменения давления в нагнетательной линии.
Реализация указанных параметров в РПД позволит успешно применять высокочастотные ВЗД на больших глубинах, что обеспечит их стабильную работу, постоянство крутящего момента на долоте, что особенно важно при бурении скважины ориентируемыми компоновками, а также для исключения недогруза и перегруза долота [12], уменьшение колебания низа бурильной колонны, повышение гарантированного межремонтного периода работы ВЗД без конструктивных изменений и уменьшение числа спускопдъемных оперций, что увеличит скорость бурения, уменьшит сроки строительства скважин и число аварий, происходящих от перегрузок [4].
Основные принципы предложенной методики успешно использовались при бурении скв. 272 куста №3 Иль-ичевского месторождения, ЦДНГ 1-12, ЦБ №1 ПФ ООО «БК Евразия» (объект ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь») при реализации программы промысловых испытаний «Управление отработкой винтовых забойных двигателей при бурении нефтяных и газовых скважин с применением РПД ИМ 2440 М№13». В результате применения методики управления эффективной технологией отработки ВЗД при бурении скважин механическая скорость увеличилась в 2,4 раза (141 %) по сравнению с базовой механической скоростью (рост механической скорости проходки обусловлен также сменой геологической обстановки). В процессе испытаний РПД отрабатывался в тестовом режиме, поэтому наблюдается некорректная реакция на изменение забойного давления. Рабочие настройки РПД в настоящее время проходят заключительный этап лабораторных испытаний [9].
Теоретические и практические результаты промысловых испытаний предложенной методики (эффективное управление режимами работы ВЗД) позволили проанализировать методы оценки процесса углубления скважины. В результате исследований предложено дополнить коэффициент передачи мощности на забой коэффициентом эффективности подведения гидравлической мощности к забою (необходимой для эффективного разрушения горной породы) Кэгм. Данный коэффициент (его значения получены опытным путем) учитывает степень влияния субъективного фактора на процесс бурения, применяемую технологию, тип забойного оборудования, режимы бурения, глубину и профиль скважины и др. Формула Г.А. Ку-лябина [13] для к.п.д. с учетом указанных предложений имеет следующий вид:
-Л г
-К,
N Пр
П = —-—
Лоб
где N - мощность, затрачиваемая на разрушение горных пород, кВт; N - затраты гидравлической мощности, не связанные с работой долота; Nоб - общие затраты гидравлической мощности, кВт.
Таким образом, в рамках проведенных исследований разработана и опробована в полевых условиях методика управления эффективной отработкой ВЗД. Данная методи-
ка позволяет эффективно применять как высоко-, так и низкочастотные ВЗД при бурении скважин с различными профилями, в сложных горно-геологических условиях и на больших глубинах. Результаты исследований могут использоваться специалистами, занимающимися проектированием, бурением и капитальным ремонтом скважин с применением ВЗД, производителями буровых станков, включающими в штатное оснащение бурового станка технологические комплексы по управлению процессом бурения.
Список литературы
1. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д. Фактор дифференциального давления винтовых забойных двигателей при мониторинге режима бурения скважин// Нефтяное хозяйство. - 2014. - №3. - С. 98-101.
2. Балденко Д.Ф. Балденко Ф.Д. Гноевых А.Н. Одновинтовые гидравлические машины. Т.2. Винтовые забойные двигатели. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2002. - 470 с.
3. Вервекин А.В. Реакция высокооборотных винтовых забойных двигателей на создание осевой нагрузки//В сб. «Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых». V Всероссийская конференция, г. Пермь. - Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2012. - С. 52.
4. Вервекин А.В., Плотников В.М., Молодило В.И. О повышении эффективности бурения нефтяных и газовых скважин гидравлическими забойными двигателями// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2013. - № 1. - С. 16-19.
5. Вервекин А.В., Плотников В.М. Влияние энергетической характеристики винтовых забойных двигателей на рейсовую скорость бурения// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2013. -№ 4.- С. 10-12.
6. Вервекин А.В., Плотников В.М., Молодило В.И. Управление подводимой гидравлической энергией при разрушении горных пород в процессе бурения//Нефтяное хозяйство. - 2013. - №4. - С. 32-34.
7. Вервекин А.В. К вопросу автоматизации процесса бурения нефтяных и газовых скважин винтовыми забойными двигателями//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. - 2014. - №10. - С. 49-65.
8. Вервекин А.В., Плотников В.М., Молодило В.И. Управление технологическим процессом эксплуатации винтовых
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.