Технология бурения нефтяных и газовых скважин модернизированными винтовыми забойными двигателями (научное обобщение, результаты исследований и внедрения) (31.01.2011)

Автор: Двойников Михаил Владимирович

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

Срок службы ВЗД, ч

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ОАО «Сургут-нефтегаз» 134 90 170 175 199 214 240 196 195

ООО «Газпром бурение» 146 139 168 198 214 212 235 - -

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

«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 срока службы ВЗД, ч

144 142 167 190 218 228 235 231 204

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.

Срок службы их работы в среднем по всем видам ВЗД составляет от 144 до 275 ч (см. таблицу 1). С таким показателем наработки возможно использование ВЗД только на двух скважинах глубиной от 2500 до 3000 м.

Причинами недостаточно высокого ресурса ВЗД являются: абразивный износ рабочих органов, ограниченный температурный диапазон работы эластомера статора, деформация его эластичной обкладки, что приводит к смещению ротора в радиальном направлении под действием силовых факторов, а также поперечные колебания ротора и корпуса двигателя.

Известно, что ВЗД состоит из силовой (двигательной) и шпиндельной секции. Зубья статора и ротора силовой секции, имеющие соответственно внутренние и наружные винтовые линии левого направления с разностью количества зубьев, равной единице, образуют замыкающиеся на длине шага статора герметичные рабочие камеры. В результате этого ось ротора смещена относительно статора на расстояние эксцентриситета, равного половине высоты зуба. Под действием гидравлической силы бурового раствора, подаваемого насосами, ротор совершает планетарное движение. Из-за данной конструктивной особенности (неравномерности вращения ротора) и пульсации бурового раствора возникают крутильные колебания двигателя, снижающие запас устойчивости (потерю мощности) ВЗД. Конструктивные изменения профилей и формы рабочих органов, их геометрических параметров, а также секционирование силовых секций, не позволяют снизить уровень крутильных колебаний ВЗД, увеличить запас его устойчивости и срок службы.

Частичным решением проблемы износа РО является применение смазочных добавок к буровым растворам. Однако они не во всех случаях обеспечивают необходимые реологические параметры буровых растворов. Кроме того, сведения о влиянии триботехнических свойств растворов на возможность продления срока службы ВЗД отсутствуют. Выход из строя упругоэластичной обкладки статора героторной машины, по причине износа и невозможности ремонта (реставрации) ограничивает дальнейшую их эксплуатацию.

Изложенное обусловило необходимость разработки конструкций, обеспечивающих требуемые параметры бурения скважин: моментоемких героторных механизмов; устройств, повышающих пусковые характеристики объемных двигателей; двигателей с увеличенным сроком службы.

Во втором разделе представлены результаты анализа исследований и разработок технических средств и технологий, направленных на оптимизацию режимов бурения и автоматизацию процесса углубления наклонно направленных и горизонтальных скважин c винтовыми забойными двигателями.

Известно, что при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин часть осевой нагрузки до долота не доводится. Изменение осевой нагрузки и соответствующее ей изменение механической скорости бурения объясняется силами сопротивления (трения), возникающими между стенками скважины и БК. Трение бурильного инструмента обусловлено физико-механическими свойствами разбуриваемых горных пород и углом закручивания бурильной колонны вследствие восприятия реактивного момента двигателя, влияющего на ее пространственное положение в скважине. При работе объемного двигателя в тормозном режиме БК испытывает максимальные напряжения в нижней части компоновки. При достижении критических значений реактивного момента возможен отворот резьбовых соединений компоновки (шпинделя, корпуса двигателя и т.д.) или излом гибкого вала (торсиона) ВЗД. В таблице 2 представлены сведения по количеству и причинам отказа ВЗД при бурении скважин.

Таблица 2 – Количество и причины отказа ВЗД

Буровая компания Тип забойного

двигателя Интервал бурения, м Коли-чество Причина отказа

Филиал Уренгой бурение ООО «Газпром бурение» Д5-172 1365-1440

1478-1567 2

1 Слом торсиона

Слом ротора

ДР-172 (10 15I) 2786-2845 1 Слом торсиона

Д-240 2591-2703

3335-3416 2

1 Отворот переводника шпинделя

Слом торсиона

ДГР-178 3276-3295 2 отворот корпуса в месте соединения регулятора угла

Общее количество отказов 9 (5,6 %)

«KCA Deutag Drilling GmbH» Sp. Drill-171 2474-2527 1 Отворот переводника шпинделя

D775-195Drilex 1878-1893 2 Отворот корпуса в месте Соединения регулятора угла

Dyna-Drill F2000-171 2499-3036 1 Отворот шпинделя

Navi-Drill(M1XL)-171 2273-2289 2 Отворот переводника шпинделя


загрузка...