Застосування енергії вибуху в технологіях спорудження свердловин - Автореферат

Завдяки використанню торпед і перфораторів вдається ліквідовувати різні аварії, повязані з прилипанням труб під дією перепаду тиску, заклинюванням в жолобах і місцях звуження ствола свердловини, утворенням сальника на бурильній колоні, втратою циркуляції промивальної рідини, залишенням сторонніх предметів на вибої і т.п. Відсутній обгрунтований методичний підхід до визначення відносної ефективності різних вибухових пристроїв, вибору величини заряду вибухової речовини для ліквідації жолобів у породах з різними механічними властивостями, не розроблено математичних моделей динаміки бурильної колони при торпедуваннях з метою ліквідації різного роду ускладнень в процесі спорудження свердловини. На основі узагальнення аналітичних та експериментальних досліджень роботи стріляючих перфораторів удосконалено технологію встановлення гідродинамічного звязку пласта із свердловиною після спуску обсадної колони шляхом розробки рекомендацій щодо вибору типу перфоратора і оптимізації режиму його роботи. Загальна кількість виробок, при спорудженні яких мали місце прихоплення бурильних колон, - 506 свердловин, в тому числі 311 свердловин на площах, розбурюваних ДГП ПНГГ, 153 свердловини - на площах ДГП ЧНГГ і 42 свердловини - на площах ДГП ЗУГ. На основі вивчення фізичної суті ймовірних причин ускладнень та обставин їх виникнення існуючі види прихоплень поділено на три категорії: прихоплення під дією перепаду тиску (прилипання); заклинювання інструменту під час його руху в свердловині; прихоплення внаслідок звуження стовбура свердловини.В дисертаційній роботі на основі теоретичних і експериментальних досліджень отримали наукове обгрунтування і подальший розвиток технології використання енергії вибуху при ліквідації прихоплень бурильної колони і защемлень долота, усуненні жолобоутворень, руйнуванні стороннього металу на вибої, кумулятивній та кульовій перфораціях труб, що можна кваліфікувати як нові перспективні досягнення, реалізація яких вносить помітний вклад у науково-технічний прогрес при бурінні та освоєнні свердловин. Із загального числа прихоплень, що мали місце в 506 свердловинах, 32,4% віднесено до першої категорії (прилипання внаслідок перепаду тиску), 38,7% - до другої (заклинювання колони під час руху в свердловині) і 28,9% - до третьої категорії (прихоплення через звуження отвору виробки). Встановлено, що ліквідація 54,9% прихоплень бурильного інструменту велась з використанням прострільно-вибухової апаратури (ПВА), при цьому торпедування з метою розгвинчування різьових зєднань склали 78% від усіх випадків застосування енергії вибуху, торпедування з метою “струшування” бурильних труб - 18,4%, зрізування або обривання колони - 5,7%, інші випадки торпедування - 5%, перфорація з метою відновлення циркуляції промивальної рідини або наступного встановлення ванн - 2,8%. Шляхом розвязку осесиметричної задачі теорії пружності для порожнистого кругового циліндра, внутрішня стінка якого піддана динамічній дії тиску, а зовнішня взаємодіє з пружним середовищем, одержано аналітичні залежності для визначення радіальних зміцнень стінок прихопленої бурильної труби під дією ударної хвилі вибуху, які дозволяють обгрунтовано підбирати масу циліндричного заряду ВР, щоб уникнути залишкових деформацій при “струшуванні” бурильного інструменту або не дозволити останнім перевищити допустимий рівень. Розроблено математичні моделі динаміки бурильної колони при “струшуванні” бурильного інструменту, ліквідації защемлень долота, руйнування стороннього металу на вибої, перерізуванні бурильних труб, які дають можливість знаходити динамічні складові сил та напружень в поперечних перерізах труб і з урахуванням їх значень визначити коефіцієнти запасу міцності компоновок бурильної колони при вибухових роботах у свердловині.Розрахунок величини заряду торпеди для руйнування жолобів у свердловині // Розвідка i розробка нафтових i газових родовищ. Удосконалення методики розвідки родовищ - важливий резерв підвищення ефективності геологорозвідувальних робіт на нафту i газ // Нафта i газ України. Удосконалення методики розвідки родовищ-важливий резерв підвищення ефективності геологорозвідувальних робіт на нафту i газ // Геологія i геохімія горючих копалин.- Перспективи розвитку геологорозвідувальних робіт на нафту i газ в Україні (позабюджетні кошти) // Геологія i геохімія горючих копалин.- Выделение и оценка коллекторов по данным геофизических исследований скважины в породах кристаллического фундамента (на примере юго-восточной части Днепровско-Донецкой впадины) // Нафта i газ України-96. Зб. наук. праць (матеріали 5-ої науково-практ. конф., Харків, 14-16 травня 1996 р.)-Харків, УНГА, 1996.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІ ВІДОБРАЖЕНО В РОБОТАХ

В дисертаційній роботі на основі теоретичних і експериментальних досліджень отримали наукове обгрунтування і подальший розвиток технології використання енергії вибуху при ліквідації прихоплень бурильної колони і защемлень долота, усуненні жолобоутворень, руйнуванні стороннього металу на вибої, кумулятивній та кульовій перфораціях труб, що можна кваліфікувати як нові перспективні досягнення, реалізація яких вносить помітний вклад у науково-технічний прогрес при бурінні та освоєнні свердловин.

1. Автором розглянуто головні напрями розвідувальних робіт на нафту і газ, показано резерви для нарощування видобутку вуглеводнів в Україні.

Узагальнено і систематизовано промислові дані про аварії та ускладнення при будівництві свердловин у системі Держкомгеології за період 1973-1997 р.р., встановлено ймовірності категорій прихоплень бурильного інструменту для різних нафтогазових регіонів України.

Із загального числа прихоплень, що мали місце в 506 свердловинах, 32,4% віднесено до першої категорії (прилипання внаслідок перепаду тиску), 38,7% - до другої (заклинювання колони під час руху в свердловині) і 28,9% - до третьої категорії (прихоплення через звуження отвору виробки). Середні затрати часу і коштів на одне прихоплення відповідно склали: для першої категорії - 974,8 год. і 7982,5 крб., для другої категорії - 882,7 год. і 7112,6 крб., для третьої категорії прихоплень - 986,2 год. і 9650,4 крб.

2. Встановлено, що ліквідація 54,9% прихоплень бурильного інструменту велась з використанням прострільно-вибухової апаратури (ПВА), при цьому торпедування з метою розгвинчування різьових зєднань склали 78% від усіх випадків застосування енергії вибуху, торпедування з метою “струшування” бурильних труб - 18,4%, зрізування або обривання колони - 5,7%, інші випадки торпедування - 5%, перфорація з метою відновлення циркуляції промивальної рідини або наступного встановлення ванн - 2,8%. Загальна успішність усіх випадків торпедування - 89,5%, а перфорації - 87,5%.

3. Запропоновано для визначення меж однієї або кількох зон прихоплень, виділення ділянок з різним ступенем обтиснення колони труб використовувати свердловинну апаратуру акустичного цементоміра. Розроблено і впроваджено у практику аварійних робіт локатор муфт уніфікований ЛМУ-36 та локатор електромагнітний ЛЕМ-1-60, які забезпечують надійний контроль за проходженням ПВА всередині бурильних труб до інтервалу робіт, дозволяють здійснювати спільний спуск разом з зарядом вибухової речовини, точно його встановити і підірвати без додаткових засобів і втрат часу.

На рівні винаходів розроблено ряд пристроїв для прострільно-вибухових робіт (ПВР) та вивільнення вибійних двигунів від прихоплень, що дозволяють автоматично виключити деформації броньованого кабеля при встановленні ПВА навпроти обєктів робіт за рахунок наявності в конструкціях останніх спеціально намагнічених муфт, при проходженні крізь які в індуктивних котушках локаторів ЛЕМ-1-60 виникає електрорушійна сила достатня (після підсилення) для підривання зарядів ВР.

4. Шляхом розвязку осесиметричної задачі теорії пружності для порожнистого кругового циліндра, внутрішня стінка якого піддана динамічній дії тиску, а зовнішня взаємодіє з пружним середовищем, одержано аналітичні залежності для визначення радіальних зміцнень стінок прихопленої бурильної труби під дією ударної хвилі вибуху, які дозволяють обгрунтовано підбирати масу циліндричного заряду ВР, щоб уникнути залишкових деформацій при “струшуванні” бурильного інструменту або не дозволити останнім перевищити допустимий рівень.

5. Розроблено математичні моделі динаміки бурильної колони при “струшуванні” бурильного інструменту, ліквідації защемлень долота, руйнування стороннього металу на вибої, перерізуванні бурильних труб, які дають можливість знаходити динамічні складові сил та напружень в поперечних перерізах труб і з урахуванням їх значень визначити коефіцієнти запасу міцності компоновок бурильної колони при вибухових роботах у свердловині. Дано аналітичну оцінку зміни крутного моменту в різьовому зєднанні при його торпедуванні з метою розгвинчування.

6. На основі аналітичних та експериментальних досліджень запропоновано формулу для визначення величини заряду ВР на погонний метр свердловини для торпедування стінок виробки з метою руйнування жолобів в породах з різними механічними властивостями. Формула враховує геометричні розміри свердловини і жолоба, розміщення торпеди у виробці, характеристики вибухової речовини та обємну роботу руйнування породи.

7. Розроблено математичні моделі для оцінки впливу балістичних характеристик апаратів і параметрів комбінованої перешкоди “промивальна рідина - обсадна колона - цементне кільце - гірська порода” на пробивну здатність кульових і кумулятивних перфораторів.

На основі експериментальних досліджень пробивної здатності безкорпусних та корпусних кумулятивних перфораторів встановлено, що: - зі збільшенням гідростатичного тиску в свердловині зменшуються діаметри перфораційних каналів в обсадній колоні на 5-10% і гірській породі на 13-15%, а також довжини перфораційних каналів на 6-29% залежно від типорозмірів ПВА і характеристик комбінованої перешкоди;

- зі зменшенням маси кумулятивного заряду діаметри і довжини перфораційних каналів зменшуються, при цьому в каналах малих діаметрів найчастіше спостерігаються застрягання сигароподібних стержнів, що летять слідом за кумулятивним струменем.

Розроблено рекомендації щодо вибору типу перфоратора і оптимізації його роботи з метою досягнення максимальної ефективності перфорації при збереженні цілісності обсадної колони і цементного каменю в затрубному просторі.

8. Вперше проведено експериментальні дослідження деформації бурильних труб у процесі їх кумулятивної перфорації. Встановлено, що на величини впливають розміщення ПВА в трубі, маса заряду ВР, конструкція перфоратора, гідростатичний тиск у свердловині, щільність прострілювання, кількість залпів. При щільності перфорації 5-10 отворів на погонний метр за один залп деформація бурильних труб в 1,5-2,0 рази менша в порівнянні з такою ж кількістю отворів, пробитих за 2-5 залпів.

Рекомендовано з метою збереження міцнісних властивостей труб прагнути до якомога меншої кількості залпів безкорпусних кумулятивних перфораторів, оскільки деформація при їх використанні відчутно більша в порівнянні з корпусними перфораторами.

9. Удосконалено відомі і запропоновано нові технічні рішення (локатори ЛМУ-36, ЛЕМ-1-60, селективні торпеди і торпеди збільшеної потужності, локалізатори дії вибуху), спрямовані на підвищення ефективності ПВР у свердловині.

Організовано виготовлення і впровадження цих пристроїв у державних геологічних підприємствах “Полтавнафтогазгеологія”, “Чернігівнафтогазгеологія”, “Західукргеологія”, “Укргеофізика” при ліквідації аварій та ускладнень, створено інструктивні документи, які регламентують їх використання.