Анализ эффективности применения роторных управляемых систем при проводке скважины и перспективные направления развития

Самой затратной статьей инвестиций при освоении нефтегазовых месторождений остается строительство скважин. При определении экономики бурения ключевым фактором является время, затраченное на бурение, особенно на шельфовых и нестандартных месторождениях. К тому же, вне зависимости от географических, геологи- ческих и прочих условий, необходимо качественно выполнять проводку сложных стволов скважин и получать стабильные и готовые к заканчиванию скважинысогласно разработанных программ.

Это обстоятельство стимулирует активный поиск инновационных методов бурения, позволяющих выйти на новый уровень эффективности при сокращении затрат.

В настоящее время передовой и в то же время доступной технологией бурения является использование роторных управляемых систем (далее по тексту РУС) при бурении наклонных, горизонтальных, а так же многозабойных скважин. Однако, в условиях растущей конкуренции, необходимо стремиться к повышению эффективности бурения, сокращению непроизводительного времени, повышению скорости проходки, минимизации рисков осложнений и простоев за счет использования инновационных решений на базе существующих технологий.

В большинстве случаев более половины всего времени затраченного на строительство скважины занимает время бурения и крепления сек- ций под эксплуатационную колонну (ЭК) диаметром долот 220,7 мм и хвостовик диаметром долот 155,6 мм. Это обусловлено большой протяженностью и наличием интервала набора параметров кривизны для секции под ЭК и субгоризонтальным профилем секции для спуска хвостовика. Оптимизация процесса бурения данных интервалов позволит существенно сократить сроки строительства скважин, что в свою очередь приводит к экономии затрат.

Один из способов повышения эффективности бурения секции ЭК является использование комбинированных компоновок низа бурильной колонны (КНБК) включающих в себя роторную управляемую систему (РУС) и винтового забойного двигателя (ВЗД) приводящего в движение все элементы КНБК находящихся под ним (рис. 1).

Это дает существенный прирост производительности за счет увеличения оборотов долота. Ниже представлен типовой график глубина-день с использованием комбинированной КНБК. Ускорение составило 35,7% времени от планового строительства секции (рис. 2).

Рис 1. Схема комбинированной компоновки ВЗД + РУС.

Высокие Обороты До 400 об/мин

Рис 2. График строительства скважины 1803 Соровского месторождения.

Таблица 1

Ключевые показатели эффективности бурения секции с диаметром долота 155,6 мм

Показатель	ВЗД	РУС
Пробурено метров (м)	3540,9	4480,1
В режиме роторного бурения (м)	2556,7	4480,1
В режиме направленного бурения (м)	984,2	0,0
Средняя продолжительность секции (м)	590,2	746,7
Общее время бурения секции (ч)	422,9	352,9
Среднее время бурения секции (ч)	70,5	58,8
Среднее колличество часов циркуляции за секцию (ч)	141,2	112,7
Среднее колличество часов проработки за секцию (ч)	27,7	18,9
Среднее время нахождения КНБК ниже стола ротора за секцию (ч)	215,7	174,9
МСП средняя за секцию (м/ч)	10,3	15,0
МСП в роторе за секцию (м/ч)	12,1	15,0
МСП в режиме направленного бурения за секцию (м/ч)	8,5	не применимо

Исходя из опыта применения роторных управляемых систем на территории западно - сибирской нефтегазоносной провинции при бурении секций диаметром долот 220,7 мм разработан ряд рекомендаций по оптимальному применению данного оборудования, главные из которых:

• -    Использование КНБК РУС+ВЗД для бурения пород средней твердости (от Ханты-Мансийской свиты включительно и ниже). В мягких породах происходит размывание стенок и увеличение номинального диаметра скважины за счет гидромониторного эффекта, при этом возникает проскальзывание невращающегося корпуса относительно стенок скважины, роторная управляемая система теряет точку опоры, иориентиро-вание долота в заданном направлении становится невозможным.

• -    В режиме реального времени осуществлять мониторинг забойных вибраций возникающих при бурении и спуско-подъёмных операциях и подбор оптимальных параметров для минимизации отказов оборудования, поскольку это является главной причиной выхода из строя блока электроники и датчиков ответственных за корректную работу элементов РУС и комплекса геофизических исследований скважин (ГИС).

• -    Использование агрессивных типов долот для увеличения механической скорости проходки. Поскольку при использовании РУС нет необходимости ориентирования КНБК и удержания заданного направления бурения (как в случае использования ВЗД) возможно применения долот с размером резцов диаметром 16-19 мм и развитым боковым вооружением.

Для сравнения эффективности использования винтовых забойных двигателей и роторных управляемых систем при бурении горизонтальной секции с диаметром долот 155,6 мм под хвостовик были взяты показатели строительства нескольких скважин на Соровском месторождении. Результаты представлены в табл. 1.

На рис. 3 дополнительно приведены данные по соотношению режимов роторного и направленного бурения.

■ В режиме направленного бурения (м)

• ■    В режиме роторного бурения (м)

Рис 3. Соотношение режимов бурения.

Из результатов анализа следует, что средняя механическая скорость проходки с использованием роторной управляемой системы на 45,6% превышает скорость бурения с использованием вин- тового забойного двигателя, среднее время бурения секции с использованием РУС ниже на 16,6%, что составляет разницу в 11,7 часа по сравнению с количеством часов затраченных на бурение секции в ВЗД. Это обусловлено отсутствием таких технологических операций как ожидание выхода сигнала забойной телеметрической системы, выставление положения отклонителя ВЗД в режиме скольжения и дополнительной проработки интервала направленного бурения для очистки забоя от выбуренного шлама.

При вращении забойной компоновки проис-ходитувеличение длины пробуренного горизонтального участка на 26,5% (в среднем за секцию значение составляет 156,5 метра) за счет снижения сил трения между колонной и стенками скважины, а так же происходит равномерное доведение нагрузки, на долото.

В настоящее время разработано и внедрено новое поколение винтовых забойных двигателей повышенной надежности с рабочей парой метал-метал, ориентированное для работы совместно с РУС и позволяющее увеличить нагрузку на долото на 70% по сравнению с предыдущими типами ВЗД. Испытания проводились в нефтегазоносном бассейне Персидского залива.

Для соответствия возрастающим требованиям предъявляемым к роторным управляемым системам для бурения сложных профилей с высокой интенсивностью разработано новое поколение РУС (push-the-bit) позволяющее использовать следующие преимущества:

• -    диаметр ствола 215,9–269,9 мм;

• -    интенсивность набора параметров до 15 ^◦ /30 м;

• -    система в единой сборке (нет сборки модульных соединений на буровой);

• -    высокая стойкость к кальматантам;

• -    ориентировання зарезка с вертикали;

• -    возможность использования со стандартным ВЗД.

Для бурения секций меньшего диаметра роторные управляеме системы так же подверглись     модернизации.     Результаты представлены в табл. 2.

Результаты внедрения в Саудовской Аравии (месторождение Аль-Гавар):

• -    бурение горизонтальной секции завершено с опережением плана;

• -    достигнуто увеличение МСП на 38% (19,8 фут/метр – новый рекорд для месторождения);

• -    увеличена средняя длина интервала бурения на 77%(2442 фут = 744м – новый рекорд для месторождения);

• -    установлен новый рекорд для месторождения по общей длине горизонтального участка – 2140 м.

В ближайшее время ожидается внедрение описанных в настоящей статье передовых зарубежных разработок в области бурения ведущими нефтесервисными компаниями на территории Российской Федерации, что позволит оценить эффективность применения нового поколения роторных управляемых систем, винтовых забойных двигателей и телеметрических систем в условиях Западной и Восточной Сибири, Тимано – Печерского нефтяного бассейна, а так же при разработке шельфовых месторождений нефти и газа.

Таблица 2

Сравнение технических характеристик

Показатель	РУС I поколение (2006 – 2016)	РУС II поколение (2016 – настоящее время)
Диаметр ствола (мм)	146,05…171,45	149,2…171,45
Максимальное давление (МПа)	138	201,7
Максимальная Температура (0С)	150	165
Максимальная осевая нагрузка (тн)	6,7	15,5
Максимальный крутящий момент (кН)	12	14
Точность наддолотного инклинометра	+/- 0,3	+/- 0,15
Измерение вибраций	Только в телесистеме	В телесистеме и управляющем модуле
Ориентированнаязарезка с вертикали	Нет	Да
Гидравлическая система управления отклоняющими ребрами	Зависимая	Независимая
Максимальная пространственная интенсивность	10 0 /10 м	10 0 /10 м