Lánek Když se VZD stane nadbytečným – Drilling and Oil – časopis o plynu a ropě

Klíčová slovaLLC „BK“ Ukrburservis“, JSC „NPP“ Burservis“, šroubové vrtné motory, rotační BHA, účinnost vrtání, odmítnutí vrtání s VDM Klíčová slova„Ukrburservice“ BK“ LLC, „Burcervice“ SPE“ JSC, objemové vrtné motory, sestava rotoru na dně vrtu, účinnost vrtání, odmítnutí vrtání s objemovým vrtným motorem

Počet zobrazení: 11721

S. Mukhina, „Burcervice“ SPE“ JSC, A. Ščepin, „Ukrburservice“ BK“ LLC Kompetentní analýza výsledků vrtání může otevřít nové, někdy i neočekávané, možnosti pro zlepšení efektivity vrtání vrtů. Hledání způsobů optimalizace konstrukce vrtů je naléhavé a aktuální. Některé výsledky jsou prezentovány a vyžadují analýzu a teoretické zdůvodnění.

Neustálý proces zlepšování vrtného zařízení a vrtací technologie je zaměřen na zvýšení efektivity výstavby vrtů. Dobrým příkladem je postupná náhrada kuželových vrtáků vrtáky s PDC. Z hlediska povahy destrukce horniny jsou vrtáky PDC řezným typem, a proto jsou náročnější na krouticí moment. Proto současně s výměnou válcovacích korunek probíhala i výměna vrtných motorů: postupný přechod z turbodrylů na vrtné motory. Současně byl zahájen proces modernizace vozového parku vrtné techniky, včetně čerpací skupiny. Hlavními ukazateli výkonu vrtáků PDC jsou zvýšení penetrační rychlosti na vrták a zvýšení mechanické rychlosti, což obecně ovlivňuje úsporu času stráveného výstavbou vrtu. V poslední době se hlavní důraz klade na zvyšování efektivity prostřednictvím výběru vrtných motorů a vrtáků, které spolupracují. Sledována byla rychlost vrtání, jeho rovnoměrnost a změny v jednotlivých litologických intervalech. Výběr optimálních vrtacích režimů byl založen na možnosti přenosu maximálního výkonu na dno vrtu. Výpočty specialistů z VNIIBT-BI (město Perm) ukazují, že zvýšení přísunu čerpadla o 20 % může zajistit až dvojnásobné zvýšení rychlosti mechanického vrtání [2]. Proces destrukce hornin je považován za proces spotřeby energie. V tomto případě je samotná rychlost vrtání určitou funkcí výkonu: Vm = f(N). Výkon závisí na počtu otáček (n) a točivém momentu (M): N = 2π nM, kde π – 3,14 („pí“). Počet otáček a točivý moment zase závisí na přívodu čerpadla a tato závislost není lineární, což je jasně patrné z grafů uvedených v pasech VZD. Příkladem jsou práce na změně technologie vrtání vrtů zvýšením rychlosti posuvu vrtných čerpadel. Řada projektů v západní Sibiři je dobrým příkladem správnosti rozhodnutí: při změně vrtání z 32 na 36 l/s byl pozorován významný nárůst mechanické rychlosti o 40–80 % [2]. U skupiny ložisek Priobskaya umožnila práce s vyšším průtokem čerpadla zabránit poklesu mechanické rychlosti v jednotlivých litologických formacích a zajistila zvýšení průměrné hodnoty ukazatelů rychlosti vrtání bez ohledu na azimutální směr [3]. Efektivita používání VDM je důležitým ekonomickým faktorem pro všechny regiony, kde se výstavba vrtů provádí klastrovou metodou. Při vrtání směrových a horizontálních vrtů v západní Sibiři je v současnosti nejpřijatelnější technologií vrtání použití vrtných motorů. Proto se tématu zdokonalování vrtných motorů neustále věnuje velká pozornost, a to jak v oborové literatuře, tak i na oborových konferencích. Každý rok jsou oznamovány nové výsledky, nové zkušenosti, nové otázky. Při shrnutí výsledků práce za rok 2012 specialisté společnosti JSC NPP Burservis upozornili na skutečnost, že výsledky získané na lokalitách v Kazachstánu a na Ukrajině neumožňují jednoznačné posouzení účinnosti použití dodávaných vrtáků PDC s vrtnými motory. Co mají společného projekty v těchto zemích SNS? Za prvé, většina vrtání se provádí vertikálními vrty. Za druhé, vrtání se provádí v terigenní sekci, kterou představují střídající se litologické formace s významnou změnou kategorie vrtatelnosti. Za třetí, téměř všechny vrty střídají rotační vrtání a vrtání pomocí vrtného motoru. Při analýze výkonu vrtáků v Kazachstánu jsme si všimli, že v intervalu prací pod pažnicí (PC) dochází pravidelně k přerušení vrtání vrtným motorem, po kterém vrtání do projektované hloubky pokračuje rotorem.

Tabulka 1. Mechanické ukazatele rychlosti v různých intervalech (Kazachstán)
Obr. 1. Porovnání dynamiky změn rychlosti vrtání s prohlubováním vrtů (Kazachstán)

Jak je vidět na obr. 1, změny rozvržení se dějí poměrně často. Navíc data uvedená v tabulce. 1, ukazují, že rychlost mechanického vrtání v intervalu pod 3000 m u uvažovaných vrtů nezávisí na metodě vrtání. Pokud v intervalu 1500 – 3000 m ve vrtech č. 1 a č. 2 překročila rychlost vrtání s vrtným motorem hodnoty dosažené pod značkou 3000 m, pak u vrtů č. 3 a č. 4 zůstala hodnota mechanické rychlosti v celém intervalu prakticky konstantní, bez ohledu na přítomnost vrtného motoru v sestavě. Na základě získaných materiálů se předpokládalo, že v tomto případě mechanická rychlost vrtání jako ukazatel efektivity použití určitých vrtáků nesouvisí s jejich použitím v sestavách vrtných motorů. Byla formulována pracovní hypotéza, že účinnost vrtáků PDC v dané oblasti není určena výkonem vrtného motoru ani jeho účinností, ale některými dalšími faktory. Kazašští kolegové také potvrdili, že při analýze dostatečně velkého vzorku vrtů vyvrtaných v roce 2012 Není možné jasně rozpoznat vysokou efektivitu použití vrtání do hloubky u všech projektů. Úkol zvýšení mechanické rychlosti změnou vrtacích režimů při použití vrtných motorů navíc čelí řadě omezení. Pokud během rotačního vrtání umožňuje hydraulický potrubní systém aktivnější využití režimů, které kombinují zvýšení zatížení dna vrtu se zvýšením dodávky čerpadla, pak pokud sestava obsahuje vrtný motor, vede to k prudkému zvýšení diferenčního tlaku se všemi následnými negativními důsledky. Výsledky získané během testování vrtných korunek společnosti JSC NPP Burservis na polích na Ukrajině nás také donutily podrobněji se zabývat otázkou související s proveditelností použití vrtacích motorů pro ponorné vrty. U ukrajinského projektu vedlo snížení životnosti vrtného motoru v důsledku vzniku vůle ve vřetenové části k předčasnému opotřebení vrtáků PDC, což výrazně zkrátilo jejich životnost. Další analýza situace ukázala, že pokles ekonomické efektivity při vrtání s vrtnými motory nemusí být ojedinělým případem, ale spíše běžným jevem. Navíc až donedávna byl aktivní přechod na vrtání s vrtnými motory v této zemi považován za jeden z důležitých prvků pro zlepšení technické a ekonomické výkonnosti vrtání. Lze předpokládat, že v současné době mají určitá konstrukční řešení právě PDC bity, trvanlivost samotných prvků umožňuje jejich použití v rotačních sestavách. Vyvíjí se vrtací režim s vyššími posuvy a důraz je kladen na vysokou rychlost vrtání. Při vrtání s vrtným motorem není možné dosáhnout takových litrových rychlostí a snaha o vysokou mechanickou rychlost v úseku se střídavými vrstvami s různou vrtatelností dříve či později povede ke zničení nosných prvků vřetenové sekce, protože při práci s vrtným motorem je jedním z hlavních požadavků výběr vrtacích režimů pro každou konkrétní vrstvu. Vysoká konkurence na trhu s vrtáním vrtů na Ukrajině donutila servisní společnosti hledat nové způsoby optimalizace výstavby vrtů. Jednou z oblastí se stal trh s pronájmem vrtných motorů. Je užitečné si uvědomit, že v období 2010–2012 Vrtné společnosti byly opatrné ohledně myšlenky nahrazení kuželových vrtáků vrtáky PDC. To bylo způsobeno především vysokou cenou za metr vrtu a prodejní cenou těchto vrtáků. Za druhé, vrtání vrtů soukromými vrtnými společnostmi na Ukrajině je převážně průzkumné a je poměrně obtížné shromažďovat statistiky o jednom ložisku. Vzhledem k heterogenitě geologického řezu Dněpro-Doněcké pánve je často nutné pozorovat, jak stejný typ vrtáků, který na jednom ložisku fungoval dobře – vykazoval vysoké výsledky, na jiném buď vůbec nevrtá, nebo dává podprůměrné výsledky. To vše donutilo specialisty hledat kompromis a věnovat velkou pozornost efektivitě používání vrtných motorů (DMM). Zároveň začala modernizace vrtného zařízení. Zejména pro zajištění efektivního provozu vrtných motorů bylo nutné vyměnit čerpací skupinu, protože stávající byly opotřebované a zastaralé. V důsledku modernizace čerpacích skupin, systematického přístupu k výběru typů vrtáků a použití vrtných motorů (při vrtání vrtáky o průměru 295,3 mm ve vrtných intervalech 1200 – 2500 m, reprezentovaných jurskými, triasovými, permskými a svrchnokarbonskými sedimenty), si otázka proveditelnosti použití vrtných motorů ve všech konfiguracích vyžádala další přezkoumání. Příklad 1. Vrta U1 jednoho z polí (obr. 2, tabulka 2).

Tabulka 2. Ukazatele mechanické rychlosti v různých intervalech vrtu U1 (Ukrajina)
Obr. 2. Porovnání mechanické rychlosti ve fázích vrtání vrtu U1 (Ukrajina)

Porovnejme mechanické rychlosti při vrtání s rotačním bubnem BHA a s vrtným motorem. Uvažovaný úsek je reprezentován jurskými a triasovými sedimenty. Po průchodu křídovými sedimenty a provedení plánovaného komplexu GDS pro další prohloubení z hloubky 1240 m byla sestavena soustava BHA, která zahrnovala vrták BS 295,9 SD 519-202 PDC a vrtný motor D 240 M5/6.64. Režim vrtání: zatížení 2–8 tun, výkon čerpadla – 40–48 l/s, otáčky rotoru 40–85 ot/min. V intervalu vrtání 1240–1285 m byla hloubka průniku 45 m, doba mechanického vrtání 13,5 hodiny, průměrná rychlost průniku 3,33 m/h. Tato sekce se vyznačovala neustálým hledáním optimálního režimu vrtání, které nevedlo k pozitivním výsledkům. Důvodem pro zvednutí této soustavy BHA byla neuspokojivá ROP. Na konci předchozího výjezdu byla ROP rotační vrtací soupravy BHA s válcovací korunkou 8,5 m/h. Bylo rozhodnuto provést další vrtání na rotační vrtací soupravě BHA se stejnou vrtačkou PDC BS 295,9 SD 519-202. Po vyloučení vrtného motoru zůstaly ostatní prvky vrtací soupravy BHA (kalibrátory, vrtací límce, systém YASS atd.) nezměněny. Tento výjezd lze rozdělit do dvou fází: První etapa – odpracování vrtáku BS 295,9 SD 519-202 č. 01-983 za procesních parametrů odpovídajících trase s použitím vrtáku D 240 M5/6.64: zatížení 2–8 tun, výkon čerpadla – 40–48 l/s, otáčky rotoru 40–85 ot/min. Vrtný interval 1285–1342 m, průnik 57 m, doba mechanického vrtání – 13,5 hodiny, průměrná mechanická rychlost – 4,22 m/hod. Druhá fáze. Po porovnání výkonu obou typů BHA za identických podmínek byl vrták nastaven na maximální režim vrtání. Vrtný interval 1342–1989 m, penetrace 647 m, doba mechanického vrtání 61,25 hodiny, průměrná mechanická rychlost 10,56 m/hod. Režim vrtání: zatížení 8 tun, výkon čerpadla 60 l/s, otáčky rotoru 85 ot/min. Druhá fáze tohoto vrtání se vyznačovala tím, že závislost „výkon čerpadla – mechanická rychlost vrtání“ byla velmi jasně vysledovatelná. Pokles výkonu čerpadla o 7 l/s vedl k poklesu mechanické rychlosti o 40 % (obr. 3–4).

Obr. 3. Harmonogram výstavby vrtu U1 (Ukrajina)
Obr. 4. Graf rychlosti mechanického vrtání u vrtu U1 (Ukrajina)

Příklad 2. Vrty U2 a U3, vyvrtané ve dvou různých polích s podobnou litologií do hloubky 3000 m (obr. 5, tabulka 3).

Tabulka 3. Mechanické ukazatele rychlosti v různých intervalech (Ukrajina)
Obr. 5. Porovnání mechanických rychlostí ve vrtech U2 a U3 (Ukrajina)

Uvažovaný úsek je reprezentován sedimenty triasu, spodního permu a svrchního karbonu. Vrta U2 (Ukrajina) U vrtu U2 bylo vrtání v intervalu 1232–2045 m provedeno pomocí válcových kuželových (1323–1527 m) a PDC (1527–2045) vrtáků. V tomto případě byl při vrtání s PDC vrtákem použit motor DP-240PST. Uvažovaný interval vrtání: 1527–2045 m, penetrace – 518 m, doba mechanického vrtání – 76,00 hodin, průměrná mechanická rychlost – 6,82 m/hod. Režim vrtání: zatížení 5–8 tun, výkon čerpadla – 40 l/s, otáčky rotoru – 60 ot/min. Pro další určení efektivity použití vrtného motoru při vrtání pod kolonou o průměru 245 mm bylo rozhodnuto použít stejnou vrtáku BS 295,3 SD 516-203 č. 01-982 v podobné sekci na rotačním soustruhu BHA při vrtání vrtu U3. Vrta U3: interval vrtání 1333 – 2004 m, průnik 671 m, doba vrtání 90,75 hodin, průměrná mechanická rychlost vrtání – 7,4 m/hod. Režim vrtání: zatížení 6 – 8 tun, výkon čerpadla – 38 – 40 l/s, otáčky rotoru 60 ot/min.

T. N. ADŽIBAJEV,
CEO
TOO «PRŮMYSL»

Po analýze efektivity vrtání s vrtáky PDC v roce 2012 bylo rozhodnuto o přezkoumání technologických přístupů k výběru sestavy pro řadu polí. Zejména pro pole Uzen a Karamandybas v Mangistauské oblasti Kazachstánu bylo rozhodnuto o upuštění od používání vrtných motorů (PDM). Více než 90 % vrtů budovaných v regionu je vertikálních a vyznačuje se vysokým procentem obvodnění formace. Při použití PDM byly pozorovány komplikace v podobě absorpce a přítoku vody způsobené potřebou udržovat vysokou produktivitu vrtných čerpadel (přes 32 litrů za sekundu) pro zajištění provozu vrtných motorů. V roce 2013 byly provedeny práce na změně BHA, tj. na vyloučení kalibrátorů z BHA během vrtání vrtu. Modifikovaná BHA během rotačního vrtání s vrtáky PDC a vrtnými čerpadly s optimální produktivitou vykazovala dobré výsledky a také zajišťovala bezpečné vrtání. Díky zamezení komplikacím způsobeným sníženým přísunem čerpadla během výstavby vrtu se zlepšila kvalita cementace pažnic, o čemž svědčí vysoce kvalitní cementace v produktivním intervalu vrtu v 90 % případů. Kromě toho se díky zkrácení časových rámců preventivní údržby pro zajištění vysoce kvalitního vrtu během vrtání zkrátil cyklus výstavby vrtu z 20 dnů na 10–12 dnů s průměrnou konečnou hloubkou dna vrtu přibližně 1400 30 m. Rychlost komerčního vrtání rotačním vrtáním v intervalu vrtání 600–3200 m nyní dosahuje u některých vrtů 600 1400 m/vrtný měsíc a v intervalu 2800–2100 30 m až 600 1800 m/vrtný měsíc. V loňském roce při vrtání těchto intervalů pomocí vrtného motoru činila komerční rychlost vrtání 1900 600 m/vrtný měsíc (1400–2012 m) a 2013 15–15 16 m/vrtný měsíc (XNUMX–XNUMX XNUMX m). Ukazatele komerční rychlosti v roce XNUMX byly ovlivněny především pracemi souvisejícími s izolací složitých vrtných formací. V roce XNUMX byly průměrné ukazatele mechanické rychlosti vrtání s vrtáky PDC ve srovnání s předchozím rokem v průměru stejné od XNUMX m/h (s použitím vrtných motorů) do XNUMX–XNUMX m/h (rotační vrtání). Současně došlo ke zvýšení průměrné penetrace na vrták. Domníváme se, že zvýšení životnosti vrtáků PDC, kromě změny režimu vrtání, bylo pozitivně ovlivněno i odmítnutím používat kalibrátory blízko vrtáku u tohoto typu vrtáků. Předložené informace, i přes svou stručnost, nám umožňují jasně konstatovat zvýšení účinnosti ukazatelů ekonomického vrtání v důsledku revize technologie vrtání vrtů.

Literatura

1. Molodilo V.I. OOO VNIIBT – Vrtací přístroje, zpráva // Celoruská vědeckotechnická konference věnovaná 100. výročí narození akademika A.A. Trofimuka. Inovativní řešení ve výstavbě vrtů / Sbírka materiálů. Ufa, 2011. 2. Gorbunova A.A. OOO Servisní vrtací společnost, zpráva // Celoruská vědeckotechnická konference věnovaná 100. výročí narození akademika A.A. Trofimuka. Inovativní řešení ve výstavbě vrtů / Sbírka materiálů. Ufa, 2011. s. 32. 3. Suleimanov A.A. Hodnocení způsobů optimalizace použití vrtáků PDC // Inženýrská praxe. 2012. č. 1. s. 106.

Reference

1. V.I. Molodilo. „VNIIBT-Vrtací přístroj“ LLC, zpráva // Celoruská vědeckotechnická konference věnovaná 100. výročí akademika A.A. Trofimuka „Inovační řešení při stavbě vrtů“ / sborník prací. Ufa, 2011. 2. A.A. Gorbunova. „Servisní vrtací společnost“ LLC, zpráva // Celoruská vědeckotechnická konference věnovaná 100. výročí akademika A.A. Trofimuka „Inovační řešení při stavbě vrtů“ / sborník prací. Ufa, 2011. S. 32. 3. A.A. Sulejmanov. Hodnocení optimalizačních způsobů použití vrtáků PDC // Inženýrská praxe. 2012. Č. 1. S. 106.