А. В. Еромасов
 Скачать 215.52 Kb.
|
|
98 инструмент и оборудование Б У Р Е Н И Е И Н Е Ф Т Ь 0 6 / 2 0 1 5 А.В. ЕРОМАСОВ, первый заместитель начальника по производству – главный инженер A.eromasof@yandex.ru Нурлатское ПБР ООО «Бурение» ООО «УК «Татбурнефть» Осциллятор-турбулизатор для бурения нефтяных скважин Предоставлена новая разработка скважинного осциллятора с перекидным клапаном который включен в компоновку низа бурильной колонны (КНБК), состоящей из долота, скважинного осциллятора, далее – стандартная компоновка. OSCILLATORS-CEMENTER FOR OIL DRILLING A. EROMASOV, R. RAKHMATULLIN, «Drilling» LLC. Nurlat drilling operations venture. Article provided by new development downhole oscillator with rocker valve design, which is included in the layout of the bottom hole Assembly (BHA), consisting of bits, downhole oscillator, hereinafter – the standard layout. Keywords: reduction of coefficient of friction, low-frequency longitudinal oscillations, borehole oscillator, bottom hole assembly, load, increase of rate of penetration, footage per bit О дним из наиболее значимых фак- торов проводки нефтяных и газо- вых скважин являются механическая скорость и проходка на долото при буре- нии скважин. Общеизвестно, что механи- ческая скорость – это один из основных факторов, влияющих на технико-эконо- мические показатели бурения. Опыт про- водки нефтяных и газовых скважин показывает, что с увеличением глубины бурения резко снижаются показатели работы долот. Основная причина здесь, по мнению большинства отечественных и зарубежных исследователей, – измене- ние забойных условий разрушения горных пород. Под этим подразумевается влияние та- ких факторов, как наличие порового дав- ления; пластового, дифференциального и общего гидростатического и гидродинами- ческого давлений, а также механических свойств горных пород. Тем самым показате- ли работы долота (механическая скорость проходки и проходка на долото) коррели- руются с дифференциальным давлением на забое (с разностью между давлением со стороны скважины на забой и внутри- поровым (пластовым) давлением). Чем меньше эта разность, тем эффективнее разрушается порода долотом. Очевидно, дифференциальное давление на забое является комплексным гидродинамичес- ким показателем, который значительно влияет на характер взаимодействия доло- та с породой на забое скважины. При бурении многошарошечными до- лотами главной причиной загрязнения призабойной зоны пласта является уха- бообразность забоя скважины, т.е. перио- дическое сближение долота с забоем при грунтовых колебаниях. Эти колебания вызывают усталостное разрушение бу- рильного инструмента. Уменьшение уха- бообразности забоя скважины является одним из основных методов увеличения скоростей проводки скважин, снижения аварийности бурения, а также эффек- тивного повышения качества вскрытия продуктивных горизонтов. Для борьбы с грунтовыми колебания- ми применяются следующие методы: – переход при вскрытии продуктивного горизонта на роторное бурение; – уменьшение осевой нагрузки на до- лото; – установка виброгасителей продоль- ных, крутильных или поперечных колеба- ний нижней части бурильного инструмента. В последние десятилетия для повы- шения скоростей бурения, а также для предупреждения аварийности элементов бурильной колонны путем снижения их усталостного разрушения широкое при- менение находят различные конструкции регуляторов колебаний колонны. Известны различные конструкции виб- роусилителей: с трехлопастным гидро- приводом, перекидным клапаном, регу- лируемой динамикой, гидравлическим усилителем. УДК 622.244: 622.243.24 Рис. 1. Схема скважинного осциллятора A 5 1 3 4 2 6 A Р.Р. РАХМАТУЛЛИН, заместитель начальника цеха бурения Advokatntk1988@mail.ru Нурлатское ПБР ООО «Бурение» ООО «УК «Татбурнефть» 99 инструмент и оборудование Б У Р Е Н И Е И Н Е Ф Т Ь 0 6 / 2 0 1 5 Они имеют ряд недостатков: сложность клапанных или золотниковых узлов, наличие пружин в клапанных и возвратных узлах, что приводит к быстрому отказу вследствие недолговечности и сложности конструкции. Известен забойный амортизатор, содержащий кор- пус с конусными выступами, шпиндель со сферичес- кими выступами и рабочие элементы в виде пакетов металлических шариков. К недостаткам устройства относится то, что боль- шое количество рабочих элементов для гашения ко- лебаний, выполненных в виде мелких металлических шариков, хаотично перемещающихся в образованной полости, будут взаимодействовать не только меж- ду собой, но и ударять по деталям устройства с тем большей силой, чем больше количество оборотов в процессе бурения. В результате возможна поломка устройства. Внушительное количество деталей, в час- тности, наличие тяжело нагруженной пружины, также снижает надежность системы. Известен скважинный вибратор для бурения глубо- ких скважин [1]. Вибратор включает корпус, верхний переводник, установленный на оси балансир и седло с проходным отверстием. Корпус имеет выступ, а вибра- тор снабжен нижним переводником и установленной в корпусе калиброванной втулкой, которая опирает- ся на выступ корпуса. Внутри калиброванной втулки размещен балансир, верхний торец которого выпол- нен в виде лопасти, а нижний – заодно с тарелкой для обеспечения периодического перекрытия проходного отверстия седла, которое подпружинено и установле- но с возможностью ограниченного верхнего осевого перемещения внутри корпуса. Недостатком данного устройства являются недол- говечность и сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества деталей. Применение регуляторов является эффективным способом борьбы с грунтовыми колебаниями долота, одним из которых является скважинный осциллятор, обеспечивающий повышение эффективности бурения путем гашения крутильных и поперечных колебаний, а также снижения коэффициента трения бурильной ко- лонны о стенки скважины. Скважинный осциллятор состоит из корпуса, калиброванной втулки, установ- ленной в корпусе, клапана, оси, диффузора верхнего и диффузора нижнего. Через проходной канал струя жид- кости попадает на клапанный узел. Под ее действием клапан начинает совершать колебательные движения, наклоняясь то одной, то другой стороной к проходно- му каналу, в результате чего в определенные моменты времени проходной канал оказывается перекрытым. Недостатком данного устройства является недо- статочный турбулентный режим работы конструкции осциллятора, и вследствие этого клапан имеет низ- кую работоспособность, а при малых подачах бурово- го раствора может происходить заклинивание клапа- на, что приводит к аварийным ситуациям. Задачей полезной модели является создание конструкции, позволяющей усовершенствовать вынос шлама буровым раствором в затрубном пространстве При бурении многошарошечными долотами главной причиной загрязнения призабойной зоны пласта является ухабообразность забоя скважины, т.е. периодическое сближение долота с забоем при грунтовых колебаниях. Уменьшение ухабообразности забоя скважины является одним из основных методов увеличения скоростей проводки скважин, снижения аварийности бурения, а также эффективного повышения качества вскрытия продуктивных горизонтов. В последние десятилетия для повышения скоростей бурения, а также для предупреждения аварийности элементов бурильной колонны путем снижения их усталостного разрушения широкое применение находят различные конструкции регуляторов колебаний колонны. Рис. 2. Разрез А – А 100 инструмент и оборудование Б У Р Е Н И Е И Н Е Ф Т Ь 0 6 / 2 0 1 5 наклонно-направленных и горизонтальных скважин и получение турбулентного режима, способствующего осцилляции колебаний промывочной жидкости, со- зданию динамической нагрузки на долото, тем самым повышая эффективность работы устройства. Поставленная задача решается предлагаемым ос- циллятором-турбулизатором, снабженным втулкой, внутри которой на оси установлен клапан, а втулка имеет возможность пропуска промывочной жидкости при спуске осциллятора-турбулизатора в скважину. Осциллятор-турбулизатор состоит из корпуса, втулки, установленной в корпусе, клапана, оси, диф- фузора верхнего и диффузора нижнего. При этом на внешней поверхности корпуса выполнены винтовые линии (пазы) с возможностью создания турбулентного режима движения жидкости и повышения степени вы- носа шлама буровым раствором. Клапан выполнен с возможностью продольного перемещения вокруг оси, при этом его верхний конец выполнен в виде лопасти, а нижний утолщенный конец связан с осью. При этом на ребрах лопасти выточены выемки с возможностью создания колебательных движений. Полезная модель поясняется рис. 3, 4. Осциллятор-турбулизатор устанавливается в сква- жине на компоновке между долотом и винтовым за- бойным двигателем (ВЗД). Осциллятор-турбулизатор состоит из крышки 1; корпуса 2 с винтовыми пазами 8, выполненными на внешней стороне корпуса 2 для создания турбулентного режима движения жидкос- ти; верхнего диффузора 3; втулки 4, установленной в корпусе 2; клапана 5 с выемками 9; оси 6 для крепле- ния клапана 5 и нижнего диффузора 7. Крышка 1 слу- жит для соединения корпуса 2, верхнего диффузора 3, втулки 4, клапана 5, оси 6, нижнего диффузора 7 в единую конструкцию. Корпус 2 соединяет осцилля- тор-турбулизатор с помощью резьбового соединения с долотом (на фигуре не указан), а крышка 1 соединяет осциллятор-турбулизатор с винтовым забойным дви- гателем (на фигуре не указан). Осцилляторов-турбу- лизаторов может быть и несколько, в зависимости от реальных условий проводки скважины. За счет включения в компоновку осциллятора-тур- булизатора создаются малоамплитудные продольные колебания, которые приводят к доведению нагрузки на долото, и соответственно, эффективному разрушению горной породы в наклонно-направленных и горизон- тальных скважинах, а наличие на корпусе осциллято- ра-турбулизатора винтовых линий (пазов) способствует повышению степени выноса шлама буровым раствором в затрубном пространстве скважины. Осциллятор-турбулизатор работает следующим образом. Промывочная жидкость (техническая вода, глинис- тый раствор, нефтяная эмульсия, раствор кислоты и т.п.) закачивается с поверхности насосными агрегатами и проходит по колонне бурильных труб (на фигуре не указаны) к скважинному осциллятору-турбулизатору (рис. 3). Через проходной канал А струя промывочной жидкости попадает на верхний диффузор 3, формиру- Задачей полезной модели является создание конструкции, позволяющей усовершенствовать вынос шлама буровым раствором в затрубном пространстве наклонно–направленных и горизонтальных скважин и получение турбулентного режима, способствующего осцилляции колебаний промывочной жидкости, созданию динамической нагрузки на долото, тем самым повышая эффективность работы устройства. Применение регуляторов является эффективным способом борьбы с грунтовыми колебаниями долота, одним из которых является скважинный осциллятор, обеспечивающий повышение эффективности бурения путем гашения крутильных и поперечных колебаний, а также снижения коэффициента трения бурильной колонны о стенки скважины. Рис. 3. Осциллятор-турбализатор Рис. 4. Клапан 1 3 4 А 9 6 5 8 7 2 9 6 5 101 инструмент и оборудование Б У Р Е Н И Е И Н Е Ф Т Ь 0 6 / 2 0 1 5 ющий поступление промывочной жидкости из верхнего диффузора 3 во втулку 4. Двигаясь во втулке 4, струя промывочной жидкости поступает на клапан 5 (рис. 4), закрепленный на оси 6, который начинает совершать колебательные движения, наклоняясь то одной, то дру- гой стороной к стенкам втулки 4, а наличие выемок 9, на клапане 5, создает пульсации промывочной жидкос- ти большей амплитуды. В результате в определенные моменты времени проходной канал А оказывается пе- рекрытым. Промывочная жидкость после перехода от клапана 5 движется во втулке 4 и далее поступает в нижний диффузор 7, а затем к долоту. Рабочие положения перекидного клапана при рабо- те скважинного осциллятора показаны на рис. 5. В положениях 1,3 перекидной клапан закрывает проходное сечение, в данном случае происходит гид- равлический удар. Создаваемый скважинным осцил- лятором гидравлический удар можно рассчитать по следующей форме (формула Жуковского): ΔP = ρ ⋅ c ⋅ υ, (1) где: ρ – плотность промывочной жидкости, кг/м 3 ; c – скорость распространения гидроударных волн в воде, в колонне бурильных труб,с = 1360 м/с; υ – скорость движения промывочной жидкости, м/с. В положении 2 скважинный осциллятор создает местное гидравлическое сопротивление потоку дви- жущейся жидкости и в этом случае возможно исполь- зование формулы Вейсбаха: , (2) где: ξ – коэффициент местного гидравлического сопро- тивления; Q – расход промывочной жидкости, м 3 /с; F пр – площадь проходного сечения скважинного ос- циллятора, F пр = 0,00478 м 2 Вращение бурильной колонны в значительной мере приводит к повышению качества очистки ствола сква- жины. Во-первых, механическое перемешивание частиц шлама в наклонном стволе выносит шлам, накопив- шийся в нижней части ствола, в верхнюю часть, где скорость потока выше. Во-вторых, вращательное движение циклически подталкивает шлам, находящийся под бурильной колонной, к движущимся частицам промывочной жидкости. В-третьих, происходит процесс вращения буриль- ной колонны со взаимодействием восходящего потока, в результате чего совершается переход ламинарного течения бурового раствора к турбулентному, препятст- вующему оседанию частиц шлама. За счет создания винтовых линий (пазов) на кор- пусе осциллятора-турбулизатора повышается степень выноса шлама буровым раствором и создается турбу- лентный режим движения жидкости. Таким образом, данная полезная модель со- зданием дополнительных продольных вибропере- мещений колонны бурильных труб приводит к до- ведению нагрузки на долото в скважине за счет уменьшения трения бурильной колонны о стенки ствола скважины. Литература 1. Патент РФ №2241816, E21B 7/24, 10.12.2004. 2. Скважинный осциллятор // Патент РФ №96160, Е21В 7/00, 20.07.2010, Бюлл. №20. Literature 1. RF Patent No.2241816, E21B 7/24, 10.12.2004. 2. The downhole oscillator // RF Patent No.96160, E21V 7/00, 20.07.2010, bulletin No.20. Ключевые слова: снижение коэффициента трения, низкочастотные продольные коле- бания, скважинный осциллятор, КНБК, на- грузка, увеличение механической скорости бурения, проходка на долото За счет включения в компоновку осциллятора–турбулизатора создаются малоамплитудные продольные колебания, которые приводят к доведению нагрузки на долото, и соответственно, к эффективному разрушению горной породы в наклонно–направленных и горизонтальных скважинах, а наличие на корпусе осциллятора– турбулизатора винтовых линий (пазов) способствует повышению степени выноса шлама буровым раствором в затрубном пространстве скважины. За счет создания винтовых линий (пазов) на корпусе осциллятора– турбулизатора повышается степень выноса шлама буровым раствором и создается турбулентный режим движения жидкости. Рис. 5. Рабочие положения перекидного клапана скважинного осциллятора 1 2 3 |