Специальный вопрос.

2.9.1. Роторная управляемая компоновка для направленного и горизонтального бурения «Power Drive vorteX».

В специальной части я предлагаю внедрить новаторскую роторную управляемую систему «Power Drive vorteX». В данном разделе представлены основные принципы и методы искривления скважины при роторном бурении c использованием роторной управляемой системы «Power Drive vorteX», ее технические характеристики, а так же представлены долота второго поколения «ONYX PDC» для высокочастотного, роторного управляемого бурения с помощью технологий «Point -the-bit» (управление ориентацией долота за счет отклонения крутящего вала) и «Push-the-bit» (управление ориентацией долота за счет боковых сил).

При бурении с ВЗД существуют определенные трудности:

· Низкая общая скорость проходки из-за необходимости вести наклонно-направленное бурение, так как необходимо постоянно поддерживать ориентацию инструмента и постоянного «зависания компоновки» вследствие изгибания инструмента;

· Неудовлетворительная очистка скважины, особенно на больших углах;

· Опасность дифференциального прихвата в режиме направленного бурения;

· Большое суммарное искривление, извилистость скважины.

Все эти негативные факторы привели к необходимости использования роторной управляемой системы.

Кроме отсутствия этих недостатков, существует еще ряд преимуществ, при использовании роторной управляемой системы.

Роторная управляемая система «Power Drive vorteX» представляет собой совершенно новый подход к управляемому роторному бурению:

Рис. 1.

· Сокращение времени и стоимости бурения благодаря оптимальной производительности долота и, как следствие, оптимизация скорости проходки.

· Оптимизация скорости проходки при использовании PDC долот (рис. 1).

· Снижение риска повреждения КНБК за счет выбора режимов с меньшей вибрацией (рис. 2)

Рис. 2.

· Уменьшение износа обсадных труб и бурильной колонны на участках с высокой интенсивностью кривизны ствола скважины.

· Снижение риска прихвата и оптимизации скорости проходки благодаря качественной очистке ствола от шлама и генерации крутящего момента.

· Снижение риска подклинки/проворота в сложных условиях бурения.

· С помощью технологии «Point-the-bit» (управление ориентацией долота за счет ориентирования крутящего вала) управляемая система роторного бурения «Power Drive vorteX» позволяет точно направлять ствол скважины в заданном направлении при вращении бурильной колонны;

· Улучшение качества пробуренного ствола и вследствие этого более быстрое заканчивание скважины;

· Темп набора кривизны инструментом и направление ствола регулируются во время бурения при нахождении долота на забое, что практически никак не отражается на процессе бурения;

· Изоляция внутренних компонентов системы от пластовых флюидов;

· Интеллектуальная система внутрискважинной диагностики способна к самокоррекции и передаче информации о состоянии прибора оператору;

· Технология «Power Drive vorteX» непрерывно предоставляет оперативную информацию в режиме реального времени по управлению траекторией скважины вблизи долота и оценку параметров продуктивного пласта, позволяющую точно определить местоположение ствола скважины.

Роторная управляемая система, в которой все внешние элементы вращаются позволяет увеличить скорость проходки, поскольку в системе отсутствуют покоящиеся элементы, создающие силы трения, уменьшающие эффективность бурения и тормозящие КНБК на забое. Вынос шлама происходит эффективней, так как нет заужений затрубного пространства.

К трем основным преимуществам следует отнести:

1)экономию времени;

2) увеличение скорости проходки, так как бурение происходит только в роторном режиме;

3) плюс к этому система обладает и другими преимуществами, повышающими эффективность бурения.

При бурении с помощью «Power Drive vorteX» ствол скважины получается более высокого качества: гладкий ствол с меньшей извилистостью. Упрощается очистка ствола и снижается стоимость заканчивания скважины. Сводится к минимуму риск прихвата бурильной колонны, и в целом снижается риск, связанный с нестабильностью стенок скважины. «Power Drive vorteX» — уникальная роторная управляемая система (РУС), все внешние элементы которой вращаются, что позволяет снизить риск прихвата колонны. Это часть «гибкой» системы, которая может включать телеметрию и приборы каротажа во время бурения. Возможность контроля работы «Power Drive vorteX» в режиме реального времени значительно улучшает процесс принятия решений. Это предоставляет возможность для оптимального размещения скважин, что повышает площадь контакта ствола скважины с нефтеносным пластом (увеличивается доля ствола, участвующего в дренаже коллектора). Оптимизация параметров бурения повышает коммерческую скорость проходки. Удается снизить затраты на метр, увеличивая коммерческую скорость проходки. Благодаря этому уменьшается срок строительства скважины, что позволяет эффективно снизить утвержденные затраты (рис. 3).

Рис. 3.

Снизить затраты можно несколькими способами: обеспечением большей проходки за долбление; сокращением времени работы без углубления забоя (улучшением планирования и качества ствола); сокращением случаев прихвата бурильной колонны, посредством технических решений, таких как «Power Drive vorteX» и применением специализированных программ DCS, таких как «GeoMechanics». Уровень снижения затрат может различаться в зависимости от типа проекта и сложности породы или продуктивного пласта.

2.9.2. Способ отклонения долота в РУС «Power Drive vorteX».

Отклонение долота в системе «Power Drive vorteX» может осуществляться двумя способами;

1. отклонения вала системы с долотом – «Point-the-bit» (рис. 4).

Рис.4.

Принцип действия технологии «Point-the-bit» (рис. 5) заключается в отклонении крутящего вала на участке между долотом и бурильной колонной. Верхняя часть корпуса миниатюрный компактный и прочный управляемый компьютером отклоняющий узел, состоящий из двух эксцентриковых колец (одно кольцо вложено в другое). Эта пара эксцентриковых колец перемещает приводной вал от центра бурильного инструмента, приводя к гибкой деформации приводного вала, в результате чего долото отклоняется и происходит его ориентация. Существует свыше 11000 возможных комбинаций колец, соответствующих постоянно изменяющемуся темпу набора кривизны и положению передней поверхности и инструмента. Все корректировки осуществляются без остановки бурения при нахождении долота на забое.

Рис. 5.

2. отклонение долота от оси вращения путем придания боковой силы отклоняющимися лопатками – «Push-the-bit» (рис 6)

Рис. 6. Система Push-the-bit

Блок отклонения (Bias Unit) предназначен для отклонения долота от оси вращения в заданном направлении. Он состоит из корпуса, системы отклоняющих лопаток, управляющего клапана и фильтра, расположенного в удлиняющем переводнике. Блок управления – полностью механическое изделие (рис. 7,8,9,10).

Рис.7. Блок отклонения (Bias Unit)

Лопатки отклоняются давлением промывочной жидкости. Каждая лопатка отклоняется в определенный момент времени. Управляет отклонением лопаток клапан, статор которого жестко связан с блоком управления (Bias Unit), а ротор свободно вращается на подшипниках и соединен осью с управляющей электроникой, находящейся в блоке управления (Control Unit).

Рис. 8. Блок отклонения

Рис. 9. Лопатки блока отклонения (Bias Unit)

Рис. 10. Управляющий клапан

Во время управления статор с тремя отверстиями вращается вместе с бурильной колонной. Ротор, связанный с управляющей электроникой, неподвижен относительно земли. Как только отверстие совпадает с окном в тарелке клапана, промывочная жидкость подается на соответствующую лопатку и отклоняет ее. Таким образом, поочередно отклоняются все лопатки.

2.9.3. Высокомоментная, интегрированная силовая секция «Power Drive vorteX».

Для большей скорости проходки и более продуктивного бурения PowerDrive vortex позволяет создавать большую нагрузку на долото. Дополнительно создаваемый крутящий момент на РУС «Power Drive vorteX», позволяет увеличить скорость проходки для более продуктивного бурения, за счет большей нагрузки на долото. Система может использоваться как с «PowerDrive X5», так и «PowerDrive Xceed», в зависимости от условий бурения, создавая максимальную скорость вращения долота, что в результате позволяет добиться большего метража за долбление. Дополнительно создаваемый момент увеличивает мощность РУС «Power Drive vorteX»(рис.11).

Рис. 11.

Мощность для большей скорости проходки.

Высокопроизводительная роторная система «Power Drive vorteX» оснащена полностью интегрированной высокомоментной силовой секцией, которая преобразует энергию бурового раствора в механическую. Эта энергия, вместе с моментом и вращением буровой колонны, приводимой в движение буровым станком, значительно увеличивает полезный крутящий момент и скорость вращения долота. Дополнительный момент позволяет увеличивать нагрузку на долото, что приводит к увеличенной скорости проходки и экономически эффективному бурению.

Эксплуатационные характеристики, повышающие эффективность бурения.

Блок подшипники и трансмиссия системы «Power Drive vorteX» специально разработаны для обеспечения безопасной работы при длительных рейсах с повышенной нагрузкой. В отличии от обычных роторных управляемых систем (РУС), «Power Drive vorteX» увеличивает крутящий момент и количество оборотов в минуту, трансформирующееся в увеличение скорости проходки, увеличение рентабельности бурения и продолжительности рейсов. На буровых станках, не имеющих достаточной мощности для вращения колонны бурильных труб, при бурении обычных наклонно – направленных скважин «Power Drive vorteX» увеличивает рабочий диапазон таких станков, позволяя использовать доказавшую свою работоспособность технологию роторных управляемых систем (РУС) для лучшей управляемости и эффективности бурения.

Интегрированная силовая секция системы «Power Drive vorteX» вращает долото с высокой скоростью и позволяет снизить скорость вращения бурильной колонны. Уменьшает крутильные и другие опасные для КНБК режимы вибрации, свойственные при бурении обычными РУС. Вся энергия расходуется на обеспечение эффективного бурения и увеличение скорости проходки. На участках интенсивного искривления ствола скважины уменьшается износ обсадных труб и бурильной колонны, уменьшая вероятность их повреждения.

Все внешние элементы системы «Power Drive vorteX» вращаются со скоростью вращения бурильной колонны, уменьшая затяжки и увеличивая скорость проходки. Вращение помогает эффективно очищать ствол скважины от шлама, значительно снижая риск механических или дифференциальных прихватов.

Для оптимизации производительности «Power Drive vorteX» калибраторы могут быть установлены в любой из 4 точек по длине прибора.

«Power Drive vorteX» совмещает в себе «PowerDrive» с силовой секцией большой мощности от ВЗД (А700GT)(рис. 12), которая обеспечивает систему дополнительной энергией при бурении для значительного улучшения параметров бурения. «Power Drive vorteX» существенно снижает неравномерность вращения долота, повышая эффективность передачи энергии к буровому долоту. Комбинация «Vortex» с новой телеметрической системой, обеспечивающей сжатие передаваемых данных процессе бурения (операционная система «Orion») позволяет быстрее передавать команды управления и данные инклинометрических измерений, что, в свою очередь, максимально повышает эффективность «Power Drive vorteX»

Рис. 12.

Встроенная, высокомоментная силовая секция «PowerDrive vorteХ» имеет следующие особенности (рис. 13):

1. Интегрированная силовая секция преобразует гидравлическую энергию бурового раствора в дополнительную механическую энергию долота.

2. Высокая скорость вращения долота.

3. Высокоэффективный блок подшипников и трансмиссия.

4. Вращение всех внешних элементов со скоростью вращения колонны.

5. Применение в широком диапазоне скоростей вращения бурильной колонны.

6. Различные варианты стабилизации.

7. Возможность автоматического удержания зенитного угла при бурении горизонтального участка скважины.

Рис. 13.

Технические данные системы «PowerDrive vorteХ»

Номинальный наружный диаметр	121 мм.
Диаметр ствала скважины	149-311 мм
Максимальный наружный диаметр корпуса	137мм, гладкий корпус
Общая длина	9 м
Максимальная интенсивность кривизны ствола скважины для проходки прибора	30^0/30 м – направленно 15^0/30 м - вращательно
Максимальный рабочий момент с высокомоментной силовой секцией	30000 Н м
Максимальная нагрузка на долото	2700 кН
Масса в воздухе	1071 кг
Максимальное содержание кольматантов	142,8 кг/м^3
Диапазон расхода	378 – 4540 л/мин
Виброударные нагрузки	Класс 3 (предел 50 г.) 30 мин предел
Заклинка/проворот	100% ср. скорости вращения, 30 мин предел
Максимальная скорость вращения на поверхности	От 170 до 90 об/мин
Максимальная скорость вращения долота	250 об/мин
Максимальная температура	150 С^0
Максимальное гидростатическое давление	138 Мпа
Минимальный перепад давления при мин. расходе	5,2 Мпа
Рекомендуемый перепад давления на долоте	1,4 – 5,5 Мпа
Содержание песка в растворе	1% от объема
Максимальная наработка на отказ	320 часов

2.9.4. Управление «Power Drive vorteX» во время бурения.

Управление системой во время бурения осуществляется подачей команд с поверхности путем уменьшения-увеличения расхода буровых насосов с плавно регулируемой подачей (электродвигатель постоянного тока) по алгоритму, выданному программной Tool Scope в соответствии с выбранной установкой. Выбирается нужная установка (Tool Face), а так же процентное соотношение слайд/ротор (рис. 14). В соответствии с требуемыми данными программа выдает повременную распечатку команд на уменьшение-увеличение расхода промывочной жидкости. Команду Down Link можно наблюдать в HSPM (рис. 15).

При бурении процентное соотношение слайд/ротор распределяется так:

в начале цикла бурения (по умолчанию 180 с) лопатки Bias Unit отклоняются в соответствии с выбранным направлением, затем в нейтральном режиме (частота открывания лопаток на 16 об/мин меньше, чем частота вращения бурильной колонны). В следующем цикле все повторяется снова. Пример: 60% с Tool Face 45 град, затем 40% в нейтральном режиме и т.д.

Рис. 14. Установки (Tool Face) и процентное соотношение.

Рис.15. Пример Down Link.

2.9.5. Долота «PDC» c резцами второго поколения «ONYX II», применяемые с роторной управляемой компоновкой «Power Drive vorteX».

Созданные резцы линейки «ONYX PDC», прошедшие оптимизацию в комплексной системе динамического моделирования «IDEAS», были еще более термостойкими, износостойкими и ударопрочными по сравнению с традиционным «премиум классом». Идея создания резцов «ONYX» второго поколения следовала той же логике.

Резец должен дольше оставаться в работоспособном состоянии, сохранять остроту краев, противостоять выкрашиванию под действием температур и разрушению от ударных нагрузок. Это означает дальнейшее совершенствование работы с материалами и основного высокотемпературного процесса синтеза «PDC» при высоком давлении, а так же последующей обработки, включая, конечно, увеличение глубины выщелачивания кобальта. В итоге была получена более плотная структура резца со значительно более высокими рабочими характеристиками (рис. 16). Тщательный подбор размера кристаллов исходного алмаза и экстремальные термобарические условия синтеза обеспечивают максимальную прочность связей между частицами алмаза внутри резца.

Рис. 16. Структура резцов PDC

Лабораторные испытания на граните показали 20% - ное превосходство резцов второго поколения по метрам проходки, равно как и по состоянию резцов после бурения (рис. 17).

Рис. 17. Износостойкость долот PDC по данным лабораторных исследований.

По результатам промысловых испытаний на одном из месторождений штата Вайоминг (США) при бурении в высокоабразивных породах долото с резцами «ONYX II» прошло за один рейс 1480 м. со средней механической скоростью 19 м/ч, тогда как долото с резцами предыдущего поколения пришлось извлечь после бурения интервала в 1209 м. со средней механической скоростью порядка 15 м/ч.

При этом состояние резцов «ONYX II» отработавшего долота оказалось значительно лучшим. Если же сравнить применение резцов «ONYX II» на том же месторождении с результатами бурения долотами других поставщиков, то разница будет еще заметнее.

Наиболее успешное применение «PDC ONYX II» нашло в сочетании с роторной управляемой системой «PowerDrive vorteХ», которая позволила значительно повысить передаваемую на долото нагрузку, снизить количество вибраций за счет исключения искривленных компонентов КНБК, ликвидировать проблему передачи нагрузки на долото в наиболее твердой нижней части разреза и исключить время на ориентирование КНБК.

Рис.18. Долото SMITH PDC серии MDSi716 диаметром 190,5 мм.

При моделировании в системе «IDEAS» долото «PDC ONYX II»(рис. 18), обладающее как максимальной динамической стабильностью так и обеспечивающее максимальную интенсивность набора угла в сочетании с системой «PowerDrive vorteХ», позволило поставить сразу два рекорда: самый длинный интервал, пробуренный за один рейс – 2645 м и самая высокая средняя механическая скорость бурения интервала – 33,2 м/ч (рис. 19,20).

Рис.19. График механической скорости на интервале бурения под эксплуатационную колонну долот PDC

Дата добавления: 2015-07-26