student
The article discusses the method of oil and gas wells using casing pipes instead of the usual drilling pipes. In this method, casing is used directly for drilling i.e. transmission of torque and axial load to the rock-cutting tool, which is removed after reaching the planned depth. The descent of the casing with rotation. The author makes a brief excursion into the history of the development of drilling and points out the problems that this method solves. The article also shows the main methods of drilling on a casing and provides examples of BHA, depending on the equipment used and the profile of the well. In conclusion, a brief conclusion is drawn about the reason for the start of the introduction of these technologies only in the 10-20s of the 21st century.
oil drilling, casing while drilling, casing drilling, drilling with retrievable BHA.
Бурение нефтяных и газовых скважин, а точнее строительство нефтяных и газовых скважин – сложный технологический процесс, в котором один процесс чередуется со другим: дробление и вынос на поверхность разбуренной породы и крепление пробуренного «открытого» ствола (т.е. непосредственно сам процесс бурения и процесс спуска обсадной колонны и последующего цементажа). Главным направляем развития технологии строительства сважин является повышение механической скорости проходки за счет внедрения новых технологий: роторно управляемых систем, обновленного дизайна долот и т.д. Однако процессам крепления обсадной колонны уделяется меньше внимания, что странно на мой взгляд, ведь из-за сложности геологических условий время, затрачиваемое на подготовку ствола скважины к спуску обсадной колонны, может превышать время бурения данной секции. Спуск обсадной колонны часто сопряжен с такими проблемами осыпи, обвалы, набухающие глины. Поиск решения этой проблемы является первоочередной задачей на многих месторождениях, исходя из этого бурение на обсадных трубах (далее CWD) позволяет успешно решить эту проблему.
Первые идеи по бурению с обсадной колонной появились в начале XX века. Например, в патенте 1923 года (рис. 1) описано специальное извлекаемое долото.
Рис. 1. До для бурения на ОК с возможностью извлечения
Итак, существует ряд стандартных проблем при бурении, в которые может помочь решить представленная технология.
1. Поглощения – часто встречающаяся проблема. Преимущество бурения на ОК в данном случае заключается в том что обсадная колонна имеет больший диаметр, чем бурильные трубы, из за чего обсадная колонна постоянно соприкасается со стенкой пробуренного ствола (рис. 2). Буровой шлам, под действием центробежной силы прижимается к стенке скважины, закупоривая отверстия и трещины и уменьшая или полностью устраняя поглощение, если таковое имеется. Данный эффект получил название «механической кольматации»
Рис. 2. Обсадная колонна с скважине.
2. Набухающие глины, обвальные породы, риск растепления зоны вечной мерзлоты - распространенные факторы на многих российских месторождениях. Они приводят к таким проблемам как неустойчивость стенок ствола скважины и НПВ из за длительных шаблонировок. Это значительно увеличивает сроки строительства, в коротких секциях. Однако даже после всех работ по подготовке ствола часто происходят случаи прихвата, что приводит к потере оборудования и необходимости перебурки данного интервала. Решением данных проблем является бурение на ОК, поскольку после бурения на обсадной колонне отсутствует необходимость в последующих шаблонировках.
В конце XX - начале XXI века в технология бурения стала развиваться быстрыми темпами. Появились телеметрические системы с гидравлическими каналами связи, ВЗД с переменным углом наклона, роторные системы управления и долота PDC. Благодаря этим устройствам процесс бурения сильно изменился: скважины стали буриться глубже, быстрее и с более сложной ориентацией. Бурение на обсадных трубах также развивалось, и новое оборудование помогло раскрыть потенциал данной технологии. Ниже (рис. 3). Преставлены основные виды бурения на ОК, от «простого» к «сложному».
Рис. 3 Основные виды бурения на обсадной колонне.
Начнем с L1,2 – технология бурения на ОК при которой в качестве породоразрушающего инструмента используется разбуриваемый башмак – долото (рис. 4). Данный метод получил название CWD L2 (casing while drilling) и спользуется для бурения на обсадных колоннах и хвостовиках вертикальных интервалов скважин и при спуске ОК с вращением и проработкой. В этом случае система спуска обсданой колонны (ССОК) соединяется с системой верхнего привода ( СВП) через стандартное резьбовое соединение.(рис. 4). Система оснащена клиновым захватом (наружним или внутренним) активирующимся под действием крутящего момента, который захватывает обсадную обсадную колонную и передает крутящий момент на нее. Гидравлические пакерующие элементы (Packer CUP) герметизирют внутритрубное пространство и позволяют осуществлять вынос шлама и циркуляцию бурового раствора через ОК.
Рис.4. Оборудования для CWD L2
Как правило в обсадных трубах используются не моментоемкие резьбовые соединения, такие как OTTM или BTC, которые рассчитаны на высокие осевые нагрузки, но имеют небольшие допустиые значения по крутящему моменту. Моментоповышающие кольца (MLT) используются что бы повысить максимальный предел крутящего момента данных соединений (рис.4). Дополнительно на обсадные трубы устанавливается цельнометаллический центратор (рис. 4), обеспечивающий прочность и жесткость, чтобы выдерживать динамические нагрузки в стволе скважины и обеспечивать центровку при высоких боковых нагрузках. Центратор имеет использует особый способ крепления к внешней стенке обсадной колонны. (рис.5.), что обеспечивает его неподвидность относительно тела ОК.
Рис.5. Инструмент для установки обжимных центраторов на мостках БУ
В качаестве породоразрушаеющего инструмента используется башмак – долото, выполненный из мягких цветных металлов и имеющий «на вооружении» PDC резыцы, а так же керамические насадки и обратный клапан ( опционально). В зависимости от типа породы и длинны секции бурения изготавливают башмаки 4,5,6 лопастными, с 16 или 19 резцами. (рис. 4) и боковыми вставками для сохранения геометрии корпуса изделия при бурении. Существуют различные модификации башмаков-долот, они подбираются в соответствии с особенностями геологического разреза, что позволяет добиться высокой производительности бурения. Данная технология нашла широкое приминение и внедрена в практику во всех нефтегазоносных регионах России - Волго-Уральском, Тимано-Печорском, Западно-Сибирском и Восточно-Сибирском. В настоящее время по этой технологии пробурено более 300 скважин по всей России. Технология может быть использована как для бурения вертикальных участков скважины, так и для спускаобсадной колонны с проработкой, что исключает необходимость длительной подготовки ствола скважины к спуску ОК.
Первая подобная работа в РФ была произведена в 2015году, на Восточном участке ОНГКМ, на котором начиная с 80-х годов, для обеспечения дохождения технической колонны (244.5мм) до проектного забоя выполнялись длительные шаблонировки, на которые затрачивалось до 31 дня . ( Рис.6. )
Рис.6. Сравнительный график спуск обсадной колонны.
Результаты спуска ОК с вращением на ВУ ОНГКМ:
Сокращение сроков строительства скважины на 10 суток
Применяемое оборудование:
·ССОК CRTi 4-7.0
·Моментововышающие кольца MLT
·Удлиненные буровые штропа
·Центраторы Серии HydroFORM
·Породоразрушающий инструмент - разбуриваемое башмак долото.
Инженерные и технологические решения:
·Комплексный расчет нагрузок и усталостного износа обсадной колонны
Ниже представлено тематическое исследование по бурению кондукторов 324мм с применением технологии CWD на месторождении им. А.Титова , компаниия ПАО АНК «Башнефть».
Вводные данные и основные проблемы:
Обсадные трубы (CwD) 12 3/4" (324 мм) при бурении пяти нефтяных скважинах глубиной от 499 метра до 891 метров.
Основные проблемы включали:
• Высокие затраты на бурение.
• Необходимость повышения эффективности бурения.
• Необходимость повышения производительности бурения.
• Устранение любых рисков прихвата трубы.
• Минимизация потерь жидкости.
Компания Заказчика определила, что лучший метод решения этих проблем - это проведение бурение на обсадной коллоне уровня II с использованием инструмента для спуска обсадной колонны, моментоповышающих колец
и центраторов.
Рис.7. Данные по бурению на ОК на месторождении им. Р.Требса.
Все пять скважин успешно достигли проектной глубины с помощью CRTi3-7.0 и комбинации центраторов HydroFORM и колец MLT. Следующие результаты были получены с помощью Заказчика:
• CRTi обеспечил высокую эффективность при бурении на обсадной коллоне, а также уменьшил количество проблем с прихватом трубы, которые могли возникнуть на всех пяти скважинах.
• При проектной глубине угол наклона скважины на всех скважинах был ниже 0,5°. Эквивалентный наклон при обычном бурении составляет от 1,0° до 2,0°.
• При осмотре/обслуживании CRTi, на клиньях инструмента, наблюдался минимальный износ.
• Центраторы Volant HydroFORM™ повысили эффективность за счет снижения сопротивления и трения.
• Кольца Volant MLT Rings™ обеспечили достижение надлежащих значений крутящего момента для всех соединений и помогали там, где требовалось вращение и возвратно-поступательное движение.
• Общий метраж, пробуренный на 5 скважинах = 3 565 м.
• Общее время бурения 5 скважин = 188 часа
• Средняя скорость проходки по 5 скважинам = 19 м/ч
• Общая экономия при бурении всех пяти скважин составила примерно 100млн.руб по сравнению с традиционными методами бурения.
В 2016 году сервисная компания Schlumberger в РФ проводила первую работу по бурению обсадными трубами с извлекаемой компоновкой – CWD L3, на восточном участке ОНГКМ, тогда добиться планового забоя не удалось – подвело оборудование, промытое в ходе работы, оно было модернизировано и в 2018г. на том же восточном участке ОНГКМ была проведена первая в России успешная работа по бурению на обсадной колонне 244.5мм с извлекаемой КНБК. Идея очень похожа на описанный ранее патент, только вместо долота как в примере выше, на конце обсадной колонны располагается полноразмерная извлекаемая КНБК, которая позволяет осуществлять направленное бурение. Компоновка (КНБК) фиксируется в обсадной колонне с помощью бурового замка (DLA) (рис. 8.), и ответной детали, смонтированной на обсадной колонне – профильной муфте (CPN). DLA герметизирует затрубное пространство и соединяет КНБК с обсадной колонной через CPN. DLA вместе с КНБК может быть извлечена на любой стадии процесса бурения и спущена обратно в скважину, что позволяет заменить вышедшие из строя компоненты КНБК ( долото, телесистему, расширитель ствола скважины, сам DLA) и продолжить процесс бурения.
Рис.8. Буровой замок (DLA) и внутреняя часть КНБК
Рассмотрим КНБК которое используется в данном методе бурения (Рис.8.). От DLA до бурового долота, КНБК можно разделить на две части: внутреннюю (внутри ОК) и внешнюю. Во внутренней части колонны располагаются сам буровой замок DLA, калибратор, УБТ и переводник, а также силовая часть забойного винтового двигателя (рис. 9). Она создает дополнительный крутящий момент и скорость для вращения долота.
Рис. 9. КНБК для бурения CWD L3
Верхним элементом в открытом стволе является гидравлический расширитель. Расширитель увеличивает диаметр пробуренного ствола (прим. Пробуренного долотом) до размера, необходимого для проходки обсадной колонны и последующего цементирования (рис. 9). За расширителем следуют стандартные для буровой КНБК элементы: калибратор, телесистема, роторная система управления и долото. Долото подбирается таким образом, что бы после бурения секции могло быть безопасно извлечено. Например при бурениии секции 295мм используется долото 220.7мм
Один важный элемент данной технологии, не использующийся в процессе бурения, но необходимый на каждой работе и в частности при извлечении КНБК - это TCD. ( Резьбовой адаптер) Рис.10.
Рис. 10. TCD -Резьбовой адаптер.
Используется TCD при появлении признаков ГНВП в момент извлечения КНБК на буровом инструменте через обсадную колонну. (Рис.11.) Его (TCD) соединяют с СВП и буровыми трубами использующимися для извлечения КНБК, а после с помощью резтбы на TCD соединяют его с обсадной трубой, тем самым получая герметичное соединение и возможность производить расхаживание, циркудяцию, утяжеление и замещение бурового раствора при необходимости.
Рис. 11. Извлечение КНБК через ОК с использованием бурового инструмента 127мм.
Поиск безопасных и эффективных методов бурения - сложная задача для современных буровых и сервисных компаний. Проблемы, с которыми они сталкиваются, многообразны и продолжают расти с появлением новых нефтяных месторождений. Идея бурения на обсадной колонне не нова, ей почти столетие, но в наше время благодаря научно техническому прогрессу стала возможно реализация данной технологии на практике.
1. [1] Dzhalal Karimov, Ashat Usmanov, Pogurec Valeriy, Klyusov Vsevolod Burenie na obsadnoy kolonne: Odin iz sposobov snizheniya uglerodnogo sleda / Dzhalal Karimov, Ashat Usmanov, Pogurec Valeriy, Klyusov Vsevolod [Elektronnyy resurs] // Kogtecmagazine : [sayt]. — URL: https://www.rogtecmagazine.com/wp-content/uploads/2022/04/04-Casing-While-Drilling-One-of-the-Ways-to-Reduce-a-Carbon-Footprint-.pdf (data obrascheniya: 08.02.2024).
2. [2] LUKOYL uspeshno ispytal metod bureniya na obsadnoy kolonne na slozhnyh mestorozhdeniyah v Komi i YaNAO // Neftegaz.ru URL: https://neftegaz.ru/news/drill/710547-lukoyl-uspeshno-ispytal-metod-bureniya-na-obsadnoy-kolonne-na-slozhnykh-mestorozhdeniyakh-v-komi-i-ya/ (data obrascheniya: 09.02.2024).
3. [3] Tehnologiya bureniya na obsadnoy kolonne Allegro XCD-Pro // Shlyumberzhe URL: https://www.slb.ru/services/drilling/tools_services/allegro-xcd-pro/ (data obrascheniya: 09.02.2024).
4. [4] Mihaylichenko A.V. Innovacionnaya tehnologiya TESCO — burenie na obsadnoy kolonne CASING DRILLING ™ // Neft'. Gaz. Novacii. 2011. № 12. S. 34—40
