Файл: Реферат по дисциплине Современные проблемы развития науки, техники и технологии (нефтегазовые техника и технологии) по теме.docx
Добавлен: 26.04.2024
Просмотров: 15
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Горно-нефтяной факультет
Кафедра «Машины и оборудование нефтегазовых промыслов»
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Современные проблемы развития науки, техники и технологии (нефтегазовые техника и технологии)»
по теме:
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОВОДКИ СКВАЖИН СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ
Студент группы
Проверил
профессор
Уфа 2022
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 8
1Актуальность проблем 9
2 Направленное бурение скважин и его проблемы 10
Внедрение телеметрических систем началось в 60-х годах, а роторных управляемых систем в конце прошлого века. За время использования накоплен определенный опыт, изложенный в следующих работах [1-2]. 12
Важным дополнением к телеметрическим системам стали геофизические датчики, измеряющие свойства горных пород и позволяющие осуществлять каротаж в процессе бурения. 12
Кроме того, анализ литературных данных [3-4] показал, что нарушения проводки скважин, вызываемые различными причинами, существенно зависят от типа и состояния телеметрических и роторных управляемых систем. По промысловым данным из общего числа пробуренных скважин, до 50%, составляли скважины с нарушениями технологии проводки скважины. 12
Выявлены основные проблемы, которые приводят к некачественной проводке скважин: 12
1 Неточное измерение зенитного угла и азимута датчиками телеметрической системы; 12
2 Неточное измерение меры инструмента, глубины скважины; 12
3 Неточное прогнозирование положения ствола скважины на забое и далее, отсутствие учёта тенденции при бурении с вращением и влияния геологического разреза при наборе параметров кривизны; 12
4 Прогнозирование траектории по упрощенной схеме; 12
5 Неверное прогнозирование по возвращению на плановую траекторию по данным телеметрии; 12
6 Частые необоснованные корректировки ствола скважины, избыточное количество и длина слайдов относительно бурения с вращением инструмента; 12
7 Отказ оборудования; 12
8 Несвоевременная поверка телесистем; 12
9 Неполное использования возможностей телесистем, неиспользование возможностей динамических замеров; 12
10 Недобор проектных параметров траектории; 13
11 Несоответствие технологии проводки скважин геолого-техническим условиям месторождений. 13
Проводка сложных пространственных профилей требует обязательного использования телеметрических систем для точного и оперативного определения положения ствола скважины, интенсивности изменения зенитного угла и азимута при направленном бурении и тенденции изменения зенитного и азимутального углов при роторном бурении. 13
При направленном бурении с забойными двигателями, из-за изменения геологических условий пространственная интенсивность искривления может кратно измениться, что может привести к нарушению проекта на скважину. 13
Для точной проводки ствола скважины в соответствии с проектом на сложных по траектории участках обязательно использование данных о зенитном угле в динамике непосредственно в процессе бурения. Также рекомендуется использование наддолотных модулей телеметрических систем для измерения в непосредственной близости к долоту. Геолого-технические условия бурения должны учитываться при выборе долот, винтовых забойных двигателей, телеметрических и роторных управляемых систем, указанное оборудование необходимо адаптировать с учётом свойств горных пород и разработать специально для конкретных условий месторождений. 13
Оценка технико-экономических последствий применения телеметрических систем в направленном бурении выявила недостаточное использование возможностей телеметрии, приводящее к увеличению непроизводительных затрат на направленное бурение до 50% от планируемых. 13
3 Анализ применяемых технологий для бурения скважин с большим отходом и проблемы при их эксплуатации 14
Состояние современных нефтегазовых месторождений: сложность геологической структуры, низкий коэффициент нефтегазоотдачи, плотная сетка разбуривания, сложный профиль водонефтяного контакта, низкое пластовое давление, плохое состояние крепи основных стволов старых скважин, условия НГДУ; предъявляют высокие требования к качеству строительства наклонно-направленных и горизонтальных скважин. 14
Обобщая требования к оборудованию и технологии проводки скважин, разработаны общие требования: 14
1 помимо инклинометрических датчиков телеметрические системы должны оснащаться датчиками технологических и геофизических параметров; 14
2 непромер от забоя до датчиков телеметрии и каротажа должен быть минимально возможным, рекомендуется использование датчиков между ГДЗ и долотом – наддолотных модулей инклинометрии; 14
3 должны точно измеряться глубина скважины, зенитный угол, азимутальный угол; 14
4 должны точно соблюдаться интенсивности искривления ствола скважины по зенитному углу, азимуту и в пространстве; 14
5 необходимо точное соблюдение плановой траектории, недопущение выхода из коридора бурения 1м по вертикали вниз/вверх от плановой траектории, подбор и адаптация оборудования для соблюдения плановой траектории без нарушения коридора бурения. 14
6 при отклонении от плановой траектории нужна корректировка траектории для возвращения к проекту в необходимой точке; 14
7 обязателен постоянный контроль траектории с автоматизацией типовых операций, по возможности с удаленным сопровождением для снижения влияния человеческого фактора; 14
8 телеметрические и роторные системы должны быть максимально надежными; 14
9 технология проводки скважины должна быть модульной и масштабируемой для использования на большом количестве объектов [13]. 15
Наиболее качественное бурение скважин со сложными профилями осуществляется с помощью роторно-управляемых систем. Разрабатываемые в настоящее время управляемые системы роторного бурения могут в автономном режиме осуществлять целенаправленное изменение зенитного и азимутального углов или производить их стабилизацию при бурении по команде с поверхности [11]. 15
Некоторые сервисные компании в настоящее время развивают системы с электрическим каналом связи к телеметрии и РУС, по аналогии с трубами для электробурения. Эти системы используют электрические провода, встроенные в каждую бурильную трубу, через которые осуществляется передача информации. Скорость передачи данных на несколько порядков выше, чем у систем с гидравлическим или электромагнитным каналами связи, как от скважинного инструмента на поверхность, так и с поверхности до скважинного инструмента [9]. В 2006 система передачи данных по бурильным трубам ИнтеллиСерв (НОВ), обеспечивающая скорость передачи данных до 1 мегабита в секунду, была введена в эксплуатацию (рисунок 2). Система использует бесконтактную индуктивную связь между отрезками кабеля на торцах трубы. Для устойчивой связи каждые 500 м в колонну труб встраивается повторитель. Минусом этой системы является значительное удорожание бурильных труб. РУС на бурильной колонне с электрическим каналом связи может незамедлительно передавать и принимать данные, за счёт чего управление траекторией можно автоматизировать [14]. 15
16
Рисунок 2 – Труба со встроенным кабелем [11] 16
При использовании для бурения колонны гибких непрерывных труб электрический канал связи является наиболее оптимальным и оправданным. На данный момент существует достаточно надежное оборудование для заправки геофизического кабеля в колонну труб, при этом кабель является цельным на всем протяжении. Кроме того, особенностью КНБК при таком бурении является наличие ориентирующего устройства для отклонителя (т. к. отсутствует возможность вращать колонну с поверхности). Энергопотребление этого устройства намного выше потребления остальных устройств, что делает работу такой системы от батарей или генератора невозможной. Использование кабеля позволяет подводить питание к устройствам непосредственно с поверхности. Моторизованная РУС на ГНКТ с электрическим каналом связи может незамедлительно передавать и принимать данные, за счёт чего управление траекторией можно полностью автоматизировать [5]. 16
4 Необходимость создания отечественных РУС 17
В области бурения направленных и горизонтальных скважин наблюдается значительное усложнение траекторий скважин, увеличение количества и длины интервалов направленного бурения, также возникает необходимость обеспечения стабильного предсказуемого изменения параметров зенитного угла и азимута на участках плавного изменения траектории скважины. Даже на участках стабилизации возникает необходимость соблюдения строгой прямолинейности ствола скважины. Использование забойных двигателей с регулируемым на поверхности узлом перекоса решает большую часть проблемы, но остается необходимость изменения геометрических характеристик КНБК непосредственно на забое. 17
На сегодняшний день, значительную долю нарушений и брака в работе при ориентированном бурении скважин составляют: превышение допустимых пределов значений темпа (интенсивности) искривления ствола по сравнению с проектным профилем; «непопадание» в круг допуска; выход горизонтального ствола из «коридора бурения», пересечение пласта или «вылет» из него и т.д., что приводит к необходимости проведения исправительных работ по корректировке ствола, и, в некоторых случаях, перебуриванию ствола. Основными причинами указанных обстоятельств являются причины организационно-технического и в меньшей мере - геологического характера. В их числе: неправильный выбор забойной компоновки и прогнозирование характера его работы; нехватка или недостаточность необходимых типоразмеров элементов КНБК (калибраторов, центраторов), серийных забойных отклонителей с регулируемым механизмом искривления; сверхдопустимые погрешности измерений применяемых телеметрических систем; отсутствие соответствующего программного обеспечения; низкий уровень квалификации операторов направленного бурения и др [11]. 17
Рисунок 3 – РУС-ГМ-195 [7] 18
19
ВЫВОДЫ 20
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 21
10Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности»: [Утв. Приказом Ростехнадзора №101 от 12.03.2013 г.]. - Москва.: Изд-во стандартов, 2017. – 576 с. 21
13Larsen Lena Kyrvestad. Tools and Techniques to Minimize Shock and Vibration to the Bottom Hole Assembly / Bernt Sigve Adnoy. – University of Stavanger. – 2014. P. 135 – 139. 22
ВВЕДЕНИЕ
В нефтегазовой отрасли России поддержание высокого уровня добычи углеводородов в настоящее время и в обозримом будущем будет достигаться за счет эксплуатации наиболее крупных месторождений Западной Сибири и Урало-Поволжья, в которых сосредоточена основная часть текущих запасов нефти и газа. Уменьшение пластового давления, снижение дебита и высокая обводненность скважин в указанных регионах являются неизбежным следствием интенсивной эксплуатации нефтегазовых месторождений. К настоящему времени высокопродуктивные запасы в значительной мере выработаны [9].
Бурение геологоразведочных скважин в сложившихся условиях стало единственным надёжным способом уточнения текущих запасов старых и разведки новых месторождений углеводородов.
При геологоразведочных работах в труднодоступных и уже освоенных регионах страны возникает объективная необходимость в бурении наклонных, горизонтальных и многозабойных скважин. При этом надежность и качество результатов геологоразведочных работ определяются точностью реализации проектного профиля скважины.
Многолетняя практика строительства наклонно направленных скважин показывает, что траектория бурения во многих случаях существенно отличается от проектного профиля, а ствол скважины формируется с образованием дефектов в виде уступов, желобов и локальных искривлений, которые осложняют проведение геофизических работ.
1Актуальность проблем
К строительству высокотехнологичных геологоразведочных скважин нефтяные компании приступили в конце 90-х годов. Опыт бурения горизонтальных и многозабойных скважин выявил недостаточную для целей геологоразведочных работ точность выполнения проектного профиля, а также низкое качество ствола скважины.
Указанные проблемы наклонного и горизонтального бурения обусловлены устаревшей научно-методической основой такой технологии. Типовая технология проводки направленных скважин основана на технических решениях, которые были разработаны еще в 70 80 годах прошлого столетия. Поэтому существенное улучшение качества строительства наклонно направленных и горизонтальных скважин, внедрение технологии строительства многозабойных скважин невозможно без разработки и испытания новых технологических и технических решений.
В этой связи совершенствование технологии проводки скважин сложного профиля при использовании телеметрических и роторных управляемых систем является актуальной, и недостаточно решенной в настоящее время проблемой, решение которой особенно актуально в условиях постоянного роста доли сложнопрофильных скважин в объеме эксплуатационного бурения. Также необходимы методики проектирования, сопровождения, расчёта радиуса и интенсивности искривления, оптимизации бурения с использованием телеметрических и роторных управляемых систем, внедрение отечественного оборудования и технологии.
2 Направленное бурение скважин и его проблемы
При бурении скважины проектируются вертикальными или наклонными.
Наклонными считаются скважины, отклонение которых от вертикали составляет:
- более 2º при колонковом бурении;
- более 6º - при глубоком бурении скважин.
Горизонтально-разветвленная скважина – скважина, состоящая из основного ствола, из которого пробурен 1 или несколько боковых горизонтальных стволов (ответвлений). Боковой горизонтальный ствол скважины (БГС) – наклонно-направленный боковой ствол, содержащий участок с зенитным углом более 80°.
Отклонение скважины от вертикали может вызываться естественными условиями или искусственно:
- естественное – обусловливается рядом причин (геологических, технических, технологических), зная которые, можно управлять положением скважины в пространстве;
- искусственное – любое принудительное их искривление.
Наклонные скважины, направление которых в процессе бурения строго контролируется, называют наклонно-направленными. Наклонно-направленное бурение (ННБ) эффективно применяется при бурении скважин на нефть и природный газ:
- при разработке месторождений;
- в акваториях;
- в болотистых или сильно пересеченных местностях;
- при бурении вспомогательных скважин для глушения открытых фонтанов;
- при многоствольном бурении;
- отклонении нижней части ствола вдоль продуктивного горизонта с целью увеличения дренажа.
Верхний интервал ствола наклонной скважины должен быть вертикальным, c последующим отклонением в запроектированном азимуте. Наклонно-направленное бурение нефтяных и газовых скважин осуществляется по специальным профилям, которые можно увидеть на рисунке 1.
Рисунок 1 – Типы профилей скважин [8]
Зарубежный опыт строительства кустовых скважин свидетельствует о том, что все большее число наклонных скважин бурится по профилям типа А и Д (иногда без участка 5). Могут быть и варианты профиля Д (дуга окружности, большой длины наклонно прямолинейный участок, участок с постоянно возрастающим значением зенитного угла).
Профили типов А и Д (разных вариаций) выгодно отличаются от других тем, что не имеют перегибов, это улучшает проходимость инструмента, снижаются силы сопротивления при движении бурильных и обсадных колонн.
Перспективным является двухинтервальный тип профиля Е, разработанный во ВНИИБТ, состоящий из вертикального участка, плавно переходящего в дугу большого радиуса (малоинтенсивный набор значения зенитного угла).
Необходимо отметить, что абсолютное большинство проектируемых типов профилей являются плоскими. Однако в процессе бурения, особенно в сложных горно-геологических условиях, происходит искривление скважин, и профиль становится пространственным [8].
Рост объемов наклонно-направленного бурения скважин с углами отклонения ствола скважин от вертикали более 50° обусловили ограничения по применению традиционных методов исследований с помощью аппаратуры, спускаемой в скважину на кабеле, и вызвали необходимость разработки специальных технологий доставки скважинных приборов в интервал исследований [6].
Внедрение телеметрических систем началось в 60-х годах, а роторных управляемых систем в конце прошлого века. За время использования накоплен определенный опыт, изложенный в следующих работах [1-2]. Важным дополнением к телеметрическим системам стали геофизические датчики, измеряющие свойства горных пород и позволяющие осуществлять каротаж в процессе бурения.
Кроме того, анализ литературных данных [3-4] показал, что нарушения проводки скважин, вызываемые различными причинами, существенно зависят от типа и состояния телеметрических и роторных управляемых систем. По промысловым данным из общего числа пробуренных скважин, до 50%, составляли скважины с нарушениями технологии проводки скважины. Выявлены основные проблемы, которые приводят к некачественной проводке скважин:
1 Неточное измерение зенитного угла и азимута датчиками телеметрической системы;
2 Неточное измерение меры инструмента, глубины скважины;
3 Неточное прогнозирование положения ствола скважины на забое и далее, отсутствие учёта тенденции при бурении с вращением и влияния геологического разреза при наборе параметров кривизны; 4 Прогнозирование траектории по упрощенной схеме;
5 Неверное прогнозирование по возвращению на плановую траекторию по данным телеметрии;
6 Частые необоснованные корректировки ствола скважины, избыточное количество и длина слайдов относительно бурения с вращением инструмента;
7 Отказ оборудования;
8 Несвоевременная поверка телесистем;
9 Неполное использования возможностей телесистем, неиспользование возможностей динамических замеров;
10 Недобор проектных параметров траектории;
11 Несоответствие технологии проводки скважин геолого-техническим условиям месторождений.
Проводка сложных пространственных профилей требует обязательного использования телеметрических систем для точного и оперативного определения положения ствола скважины, интенсивности изменения зенитного угла и азимута при направленном бурении и тенденции изменения зенитного и азимутального углов при роторном бурении. При направленном бурении с забойными двигателями, из-за изменения геологических условий пространственная интенсивность искривления может кратно измениться, что может привести к нарушению проекта на скважину. Для точной проводки ствола скважины в соответствии с проектом на сложных по траектории участках обязательно использование данных о зенитном угле в динамике непосредственно в процессе бурения. Также рекомендуется использование наддолотных модулей телеметрических систем для измерения в непосредственной близости к долоту. Геолого-технические условия бурения должны учитываться при выборе долот, винтовых забойных двигателей, телеметрических и роторных управляемых систем, указанное оборудование необходимо адаптировать с учётом свойств горных пород и разработать специально для конкретных условий месторождений. Оценка технико-экономических последствий применения телеметрических систем в направленном бурении выявила недостаточное использование возможностей телеметрии, приводящее к увеличению непроизводительных затрат на направленное бурение до 50% от планируемых.
3 Анализ применяемых технологий для бурения скважин с большим отходом и проблемы при их эксплуатации
Состояние современных нефтегазовых месторождений: сложность геологической структуры, низкий коэффициент нефтегазоотдачи, плотная сетка разбуривания, сложный профиль водонефтяного контакта, низкое пластовое давление, плохое состояние крепи основных стволов старых скважин, условия НГДУ; предъявляют высокие требования к качеству строительства наклонно-направленных и горизонтальных скважин.