Підвищення надійності роботи обсадних колон у похило-скерованих свердловинах - Автореферат

Під час буріння та експлуатації похило-скерованих свердловин підвищується імовірність ускладнень та аварій, найбільш затратними серед яких є пошкодження обсадних колон. Згин обсадних труб в похило-скерованих свердловинах є причиною виникнення додаткових навантажень, що діють на обсадну колону, з одного боку і зниження міцнісних характеристик труб - з іншого. Таким чином, розроблення методів і засобів, спрямованих на підвищення надійності роботи обсадних колон у похило-скерованих свердловинах, є актуальним і потребує подальшого вивчення. Результати роботи використано під час виконання держбюджетної теми за договором ГМ-16 «Розробка інструкції з розрахунку обсадних колон для нафтових і газових свердловин» (№ ДР 0102U001919) та госпдоговірних тем за договорами № 2/99 «Розробка рекомендацій по підвищенню надійності роботи обсадних колон при бурінні свердловин на родовищах ВАТ “Укрнафта”» (з 01.01.99 р. до 31.12.2000 р.) і № 21/99 «Розробка рекомендацій з оптимізації процесу згвинчування обсадних труб» (з 02.01.99 р. до 30.06.2000 р.), що виконувались в науково-дослідному інституті нафтогазових технологій Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. Обєктом дослідження даної роботи є надійність роботи обсадних колон у похило-скерованих свердловинах, а предметом дослідження - зміна напружено-деформованого стану обсадних труб та їх опірність зовнішньому надлишковому тиску при згині.Аналізом промислових даних встановлено основні види неякісного кріплення похило-скерованих свердловин обсадними колонами, а саме: недопуск обсадних колон до проектної глибини; У дисертаційній роботі запропоновано види неякісного кріплення похило-скерованих свердловин обсадними колонами розділити на дві групи: 1 - пошкодження обсадних колон; Основною причиною неякісного кріплення похило-скерованих свердловин вважають пошкодження, які зумовлені неправильними розрахунками обсадних колон на міцність, порушеннями технологій кріплення свердловини, зношуванням обсадних колон і гірничо-геологічними умовами. На підставі викладеного можна зробити висновок про необхідність проведення теоретичних та експериментальних досліджень з впливу згину обсадних колон на форму поперечного перерізу труб і величину зовнішнього критичного тиску, результати яких повинні враховуватись при проектуванні обсадних колон для кріплення похило-скерованих свердловин. При проектуванні обсадних колон для кріплення похило-скерованих свердловин, як і для вертикальних, величину зовнішнього критичного тиску для овальних різностінних труб прийнято визначати за формулою Г.М.Саркісова, якою не враховують вплив згину на зміну напруженого стану і форми поперечного перерізу труби і, як наслідок, на їх міцність при дії зовнішнього надлишкового тиску.Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій, на підставі результатів теоретичних і експериментальних досліджень, розвязано актуальну задачу з визначення впливу згину на овальність обсадних труб та на величину зовнішнього критичного тиску, яка спрямована на підвищення надійності кріплення похило-скерованих свердловин обсадними колонами. Проведено аналіз стану кріплення похило-скерованих свердловин за 1996-2007 роки по БУ «Укрбургаз», на основі якого уточнено класифікацію причин неякісного кріплення похило-скерованих свердловин, за якою їх обєднано в дві групи: - фактори, що спричиняють пошкодження обсадних колон у процесі буріння та експлуатації свердловин; На основі аналізу чинних нормативних документів, якими регламентовано розрахунки обсадних колон на міцність, встановлено, що вплив згинаючих навантажень на опірність труб зімяттю не враховується, а коефіцієнт запасу міцності рекомендовано збільшувати тільки при розрахунку на розтяг різьбових зєднань залежно від інтенсивності викривлення свердловини без достатнього обґрунтування. Наприклад, для 146-мм обсадних труб з початковою овальністю 1 % при інтенсивності викривлення (2?3) градуси на 10 м, овальність поперечного перерізу обсадних труб збільшується на (0,1?0,3) %, а при інтенсивності викривлення (6?7) градусів на 10 м - на (0,6?0,8) %. Для 146-мм обсадних труб виконання А величина зовнішнього критичного тиску зменшується приблизно на 1 % для труб з товщиною стінки та інтенсивності викривлення , а для труб з товщиною стінки зовнішній тиск знижується на таку ж величину при інтенсивності викривлення .

2. Основний зміст роботи

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій, на підставі результатів теоретичних і експериментальних досліджень, розвязано актуальну задачу з визначення впливу згину на овальність обсадних труб та на величину зовнішнього критичного тиску, яка спрямована на підвищення надійності кріплення похило-скерованих свердловин обсадними колонами. Одержано наступні основні висновки.

1. Проведено аналіз стану кріплення похило-скерованих свердловин за 1996-2007 роки по БУ «Укрбургаз», на основі якого уточнено класифікацію причин неякісного кріплення похило-скерованих свердловин, за якою їх обєднано в дві групи: - фактори, що спричиняють пошкодження обсадних колон у процесі буріння та експлуатації свердловин;

- фактори, що обумовлюють недопуск обсадних колон до проектної глибини та їх зміщення у місці стикування секцій у разі спуску колон частинами.

2. На основі аналізу чинних нормативних документів, якими регламентовано розрахунки обсадних колон на міцність, встановлено, що вплив згинаючих навантажень на опірність труб зімяттю не враховується, а коефіцієнт запасу міцності рекомендовано збільшувати тільки при розрахунку на розтяг різьбових зєднань залежно від інтенсивності викривлення свердловини без достатнього обґрунтування.

3. Одержано залежності, які описують вплив кривизни обсадної колони на форму поперечного перерізу труб. Показано, що із збільшенням кривизни свердловини овальність труб збільшується. Наприклад, для 146-мм обсадних труб з початковою овальністю 1 % при інтенсивності викривлення (2?3) градуси на 10 м, овальність поперечного перерізу обсадних труб збільшується на (0,1?0,3) %, а при інтенсивності викривлення (6?7) градусів на 10 м - на (0,6?0,8) %.

4. Теоретично одержано формули для визначення величини зовнішнього критичного тиску труб з урахуванням інтенсивності викривлення осі свердловини та овальності і різностінності труб. Розрахунками встановлено, що величина зовнішнього критичного тиску труб зменшується із збільшенням інтенсивності викривлення свердловини. Для 146-мм обсадних труб з початковою овальністю 1 % при інтенсивності викривлення (2?3) градуси на 10 м, величина зовнішнього критичного тиску зменшується на (5?10) % порівняно з величиною критичного тиску прямолінійних труб, а при інтенсивності викривлення (6?7) градусів на 10 м - на (20?25) %.

5. Теоретичними розрахунками встановлено, що із збільшенням коефіцієнта стінності вплив інтенсивності викривлення свердловини на величину зовнішнього критичного тиску труб проявляється більшою мірою. Для 146-мм обсадних труб виконання А величина зовнішнього критичного тиску зменшується приблизно на 1 % для труб з товщиною стінки та інтенсивності викривлення , а для труб з товщиною стінки зовнішній тиск знижується на таку ж величину при інтенсивності викривлення .

6. Експериментальними дослідженнями напруженого стану моделей обсадних труб при одночасній дії згинаючого момента і внутрішнього тиску встановлено, що при радіусах кривизни менше 100 м (інтенсивність викривлення 5,70/10 м), осьові розтягуючі напруження внаслідок згину досягають 15 % і більше від межі текучості матеріалу труб. Підтверджено результати теоретичних досліджень, що із збільшенням інтенсивності викривлення осі свердловини овальність труб зростає.

7. На підставі результатів теоретичних і експериментальних досліджень удосконалено методику розрахунку обсадних колон на міцність для кріплення похило-скерованих свердловин, якою передбачено врахування впливу згину труб на їх опірність зовнішньому надлишковому тиску. Вплив згину при розрахунку обсадних колон на зовнішній надлишковий тиск рекомендовано враховувати шляхом уведення поправочного коефіцієнта до величини зовнішнього критичного тиску залежно від інтенсивності викривлення, товщини стінки, діаметра труб і групи міцності сталі.

8. Розроблено рекомендації з підвищення надійності роботи обсадних колон для кріплення похило-скерованих свердловин, що ґрунтуються на удосконаленій методиці їх розрахунку залежно від інтенсивності викривлення свердловини.

Рекомендації прийнято до впровадження при спорудженні нафтових і газових свердловин буровими підприємствами ВАТ «Укрнафта» та БУ «Укрбургаз».

Результати наукових досліджень використовуються у навчальному процесі кафедрою буріння нафтових і газових свердловин ІФНТУНГ при вивченні дисципліни «Закінчування свердловин».

1. Аналіз методик розрахунку обсадних колон для нафтових і газових свердловин / Я.С. Коцкулич, М.В. Сенюшкович, О.Б. Марцинків [та ін.] // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2003. - № 4 (9). - С. 6-9.

2. Коцкулич Я.С. Аналіз методів з визначення сил опору при спуску обсадної колони в похило-скеровані і горизонтальні свердловини / Я.С. Коцкулич, О.Б. Марцинків, І.І. Витвицький // «Розвиток наукових досліджень 2009»: Матеріали пятої міжнародної науково - практичної конференції, м. Полтава, 23-25 листопада 2009 р. - Полтава: “ІНТЕРГРАФІКА”, 2009. - Т. 8. - С. 49-52.

3. Коцкулич Я.С. Визначення величини зовнішнього критичного тиску для обсадних труб із врахуванням згину /Я.С. Коцкулич, О.М. Лев, О.Б. Марцинків // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2003. - № 2(7). - С. 84-88.

4. Коцкулич Я.С. Експериментальні дослідження напруженого стану обсадних труб при згині / Я.С. Коцкулич, О.М. Лев, О.Б. Марцинків // Тези науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу університету. - Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, НДІ НГТ. - 2002. - С.6.

5. Коцкулич Я.С. Дослідження зміни напруженого стану обсадних труб при згині / Я.С. Коцкулич, О.М. Лев, О.Б. Марцинків // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2009. - № 4(33). - С. 45-49.

6. Марцинків О.Б. Причини неякісного кріплення похило-направлених свердловин на прикладі Хрестищенського ВБР / О.Б. Марцинків // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 1999. - № 36. - С. 85-95.

7. Мочернюк Д.Ю. Аналіз напруженого стану матеріалу гірських порід навколо отвору горизонтально розташованої ділянки свердловини / Д.Ю. Мочернюк, Б.М. Малярчук, О.Б. Марцинків // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. - 2001. - № 38 (том 2). - С. 54-61.

8. Марцинків О.Б. До розрахунку обсадних колон для кріплення похило-направлених свердловин / О.Б. Марцинків // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 1994. - № 31. - C. 40-44.

9. Марцинків О.Б. До розрахунку обсадних колон для кріплення похило-направлених свердловин / О.Б. Марцинків // Тези доповідей і повідомлень науково-практичної конференції «Стан, проблеми і перспективи розвитку нафтогазового комплексу Західного регіону України”, 28-30 березня 1995 р. -Львів:УНГА, 1995. - C. 153.