Вертитрак» – «Бейкер-Хьюз Интек»

 

Система «Вертитрак» компании «Бейкер-Хьюз Интек» является первой автоматической системой вертикального бурения в промышленности. Обеспечивает надежный контроль отклонения для поддержания истинно вертикальной траектории, что важно при бурении солевых, наклонно залегающих отложений и сильнотрещиноватых. Система проводит траекторию вертикальной без влияния на параметры бурения и необходимости длительных коррекционных рейсов. «Вертитрак» объединяет новую эффективную силовую секцию от объемного забойного двигателя и технологию смещения долота от проверенной системы роторного управляемого бурения. Подобно системе «Автотрак», объединяет замкнутый забойный контроль с двухсторонним каналом связи. Однако в вертикальной скважине нет необходимости выносить шлам, лежащий на стенках скважины, или преодолевать значительное сопротивление движению бурильной колонны, как при горизонтальном бурении. Поэтому «Вертитрак» спроектирован для бурения без вращения бурильной колонны, но использование технологии забойного двигателя «Экстрим» в составе силового привода системы более чем компенсирует отсутствие вращения бурильной колонны — обеспечивая максимальную мощность на долоте для оптимальной эффективности бурения (рисунок 11.35).

Эффективность системы «Вертитрак» может быть дополнительно увеличена при добавлении высокоэффективного АТП долота компании «Хьюз-Кристенсен», специально спроектированного для бурения вертикальных скважин.

Рис. 11.35. Конструкция системы «Вертитрак»

 

Преимущества системы «Вертитрак»

Обеспечение вертикальности ствола:

- автоматическая корректировка для возвращения к вертикальной траектории и дальнейшее предотвращение отклонений;

- повышенная стабильность ствола скважины.

Экономия времени:

- сокращенные сроки бурения вертикального интервала;

- отсутствие длительных исправительных рейсов.

Состояние ствола скважины:

- значительное уменьшение извилистости, меньше искривлений по стволу скважины, нет необходимости в проработке и шаблонировке;

- отсутствие спиральной выработки;

- меньшая вероятность посадок и отворота инструмента;

- уменьшение сопротивления движению бурильной колонны, крутящего момента, износа элементов КНБК и обсадной колонны;

- отсутствие динамических заклинок и повреждений КНБК.

Кустовое бурение:

- уменьшает риск пересечения стволов скважин;

- бурение большего количества скважин с одной платформы.

Строгие проекты заканчивания скважин:

- скважины со строгим соблюдением диаметра;

- уменьшение износа насосного оборудования;

- легкий спуск обсадной колонны и уменьшенный износ в процессе эксплуатации;

- уменьшение диаметров скважины;

- уменьшение размеров обсадной колонны в верхних интервалах;

- снижение расхода цемента.

В дополнение к уменьшению длины ствола скважины, суммарных затрат на бурение и количества обсадных колонн для достижения конечного забоя, «Вертитрак» позволяет увеличить скорость проходки, обеспечить более точный контроль положения ствола.

Область применения

«Вертитрак» используется для бурения пластов с большим углом залегания, зон сброса-надвига и солевых отложений, которые склонны к значительному искривлению при бурении с долотами АТП. Применение его также целесообразно при строгих проектах обсадных колонн, требующих точного соблюдения диаметра и качества ствола скважины. Система может бурить скважины диаметрами от 215,9 до 711 мм.

«Вертитрак» – автоматическая система направленного бурения для бурения вертикальных скважин без вращения бурильной колонны. Улучшенная система роторного управляемого бурения сохраняет скважину вертикальной, уменьшает количество проблем стабильности скважины и увеличивает среднюю механическую скорость. Замкнутый забойный контур управления траекторией постоянно измеряет зенитный угол и создает усилия для корректировки траектории, необходимые для исправления любого отклонения от вертикали. Встроенный гидравлический пульсатор передает значение зенитного угла и состояние устройства на поверхность. Бурение совершенной вертикальной скважины без перегибов, смещений или спиралеобразования уменьшает трение и крутящий момент и улучшает качество ствола — облегчая строительство более строгих проектов и помогая увеличивать протяженность горизонтального участка при бурении скважин с большими отходами.

Работа

Как правило, система «Вертитрак» работает в режиме направленного бурения с задействованными опорами и вращением долота, обеспечиваемым силовой секцией «Нави-Дрилл Экстрим». Встроенные датчики вблизи долота измеряют зенитный угол в скважине и постоянно передают данные на поверхность.

Как только датчики зенитного угла вблизи долота определяют, что траектория скважины отклоняется от вертикальной (рис. 11.34), система управления активирует внутренние гидравлические насосы привода управления отклоняющими опорами (рис. 11.35). Эти насосы разработаны для создания необходимого усилия к каждой из трех опор для сопротивления любым отклонениям и возвращения ствола к нулевому зенитному углу, в сложных условиях наиболее наклонных пластов. Быстро устраняя любые отклоняющие тенденции, система «Вертитрак» возвращает ствол скважины к вертикали без снижения эффективности бурения. Как только система возвращает ствол скважины к необходимому значению зенитного угла, все три опоры нагружаются одинаково для стабилизации устройства и поддержания вертикальности ствола (рис. 11.36).

Замкнутый контур управления обеспечивает постоянную и непрерывную корректировку траектории, гарантируя, что ствол остается прямым с наименьшей возможной извилистостью. Это уменьшает трение и крутящий момент, вероятность отворота инструмента или динамическую заклинку. В результате система «Вертитрак» помогает контролировать износ КНБК и обсадной колонны в течение цикла жизни скважины.

В пластах крутопадающих и трещиноватых традиционное буровое оборудование требует переориентирования для поддержания вертикальности ствола – вызывая значительные задержки во время бурения и сильно искривленный ствол.

Система «Вертитрак» может поддерживать вертикальность скважины в пластах со значительным наклоном и трещиноватостью без влияния на ключевые параметры режима бурения, такие как нагрузка на долоте и выбор оптимального типа долота. Вдобавок гладкий вертикальный ствол помогает дополнительно снизить затраты в последующих операциях.

Рис. 11.34. Отклонение от вертикали, зарегистрированное датчиком

инклинометрии

Рис. 11.35. Возврат ствола к вертикали отклоняющими опорами

 

Рис. 11.36. Ствол вертикальный, нейтральное положение отклоняющих опор

 

Состав системы

«Вертитрак» – интегрированная система, объединяющая устройство направленного бурения, датчики телеметрии и высокоэффективную силовую секцию.

Трехосевые отклоняющие опоры

Три выдвигающиеся отклоняющие опоры создают мощное радиальное отклоняющее усилие на долоте. С использованием проверенной в системе «Автотрак» технологии, подпружиненные опоры активируются гидравлически для поддержания постоянного курса независимо от параметров режима бурения и тенденции искривления в пласте.

Гидравлические линии проходят через насосную секцию и соединяются с контрольным клапаном в отклоняющем блоке. Гидравлическое усилие, основывающееся на измерениях зенитного угла вблизи долота, прилагается к необходимой опоре для возвращения ствола скважины обратно к вертикали. Система заполняется гидравлической жидкостью, которая может создавать нагрузку более чем 3 тонны отклоняющего усилия на одну опору, поддерживая ствол скважины на проектной траектории в сложных условиях бурения.

 

Рис. 11.37. Статор силовой секции «Экстрим» в разрезе

 

Силовая секция «Экстрим»

Силовая секция «Вертитрак» включает улучшенную технологию винтового забойного двигателя «Нави-Дрилл» для создания значительной мощности на долоте. Дополнительное усилие, больше на 60-100 %, чем у традиционных забойных двигателей аналогичного размера, стало возможным при использовании фрезерованного статора с покрытием тонким слоем эластомера (рисунок 11.37). Уменьшение количества резины в статоре обеспечивает лучшую гидравлическую и механическую эффективность, тем самым сокращая трение и внутренний нагрев, химическое действие бурового раствора. В результате система «Вертитрак» обеспечивает повышенную надежность и увеличенную проходку на рейс.

Телеметрия

Блок телеметрии и пульсатора обеспечивает точное измерение зенитного угла с точностью до 0.01° и двухсторонний канал связи с поверхностью. Турбинный электрогенератор питает систему. Гидравлический насос создает давление на отклоняющие опоры для поддержания вертикальности ствола скважины при постоянной корректировке траектории. В дополнение включены следующие датчики:

- измерение температуры;

- статус устройства (отклоняющие опоры “включены” или “выключены”);

- вольтаж электрогенератора;

- давление масла в гидравлической системе.

Полная сборка приборов каротажа в процессе бурения может быть включена в компоновку для обеспечения полных данных о пластах в реальном времени. В этой конфигурации, передатчик «Вертитрак» выключен для предотвращения наложения сигнала. Хотя это предотвращает передачу данных о зенитном угле и прочих датчиков системы, возможности замкнутого контура управления забойной компоновкой сохраняются.

 

Пауэр В» – «Шлюмберже»

 

Новая система «Пауэр В», специально разработанная для вертикального бурения специалистами «Шлюмберже» базируется на технологии управляемого роторного бурения «Пауэрдрайв». Опыт использования показал, что эта простая и надежная система может быть скомпонована в длину не более 4 м для бурения скважин диаметром от 146 до 559 мм. Стандартная модель работает при температурах до 125°C, а специальная модель — до 150°C. Все модели работают при гидростатическом давлении до 138 МПа.

«Пауэр В» используется для поддержания вертикальной траектории ствола скважины и программируется на поверхности перед спуском. После спуска в скважину она самостоятельно без участия оператора управляет процессом бурения, сохраняя вертикальность траектории (рисунок 11.38).

Система снабжена трехосевой системой датчиков, регистрирующих любые отклонения от заданной траектории, а также азимут и величину отклонения. При возникновении отклонения система автоматически определяет направление, необходимое для возврата к вертикали. Возврат осуществляется с помощью отклонителей, отталкивающихся от стенок скважины. Именно такой режим исключает необходимость контроля и регулировки работы «Пауэр В» с поверхности.

Работа «Пауэр В» также не зависит от наличия телеметрической системы в составе КНБК – используется встроенный блок измерения зенитного угла и азимута. Тем не менее использование несложной системы для измерения зенитного угла в процессе бурения обеспечивает возможность получения данных об отклонении ствола в режиме реального времени.

Скорость вращения может регулироваться для обеспечения оптимальной гидравлической мощности и параметров очистки скважины. Вращение всех компонентов обеспечивает высокую эффективность очистки и позволяет достичь оптимальной гидравлической мощности даже при бурении вертикальных скважин, когда мощность насосов имеет ограничения по давлению. Эти факторы играют важную роль при бурении глубоководных скважин, где возможны ограничения по плотности бурового раствора, а также при проходке трещиноватых или неустойчивых пород.

Система «Пауэр В» обеспечивает также высокую точность проводки скважины, высокое качество ствола, большую скорость проходки и эффективную очистку скважины. Помимо повышения эффективности бурения при использовании системы возможно сокращение численности буровой бригады, что позволяет снизить затраты и создает дополнительные преимущества при ограниченных размерах буровой площадки.

 

 

Рис. 11.38. Сравнение траекторий вертикальных скважин при традиционном бурении и использовании «Пауэр В»

 

Рис. 11.39. Диаграмма поддержания зенитного угла по вертикали

Использование новейшей технологии вертикального бурения позволяет поддерживать угол отклонения в пределах 0,18° при конечном забое 2,796 м в секции 311 миллиметров (рисунок 91). Так, при бурении 406 мм секции за один рейс и 311мм секции за 8 рейсов с помощью «Пауэр В» механическая скорость бурения скважины Эни Мильянико-2 была на 20% выше, чем при бурении соседних скважин обычным методом с корректировкой траектории винтовым забойным двигателем.

 

Рис. 11.40. Временная диаграмма бурения скважины Мильянико-2 с

использованием системы «Пауэр В»

 

Вертикальное бурение в сложных пластах

Компания «Эни» ведет бурение разведочных скважин на месторождении Мильянико. Карбонатный коллектор простирается под зоной вязкопластичных аргиллитов, обусловливающих трудности при бурении стволов большого диаметра. В частности, глинистый шлам затрудняет оптимизацию гидравлических характеристик раствора.

Для бурения скважины Мильянико-2 была выбрана система «Пауэр В». Преследовалась цель повысить эффективность бурения и качество ствола, улучшить его очистку. Инструмент телеметрии во время бурения Слимпалс контролировал вертикальность траектории в режиме реального времени. Для повышения эффективности бурения и увеличения проходки в компоновку низа буровой колонны (КНБК) включили забойный двигатель «Пауэрпак».

Инструментом «Пауэр В» за один рейс был пробурен ствол диаметром 406 мм и глубиной 1736 метров. Механическая скорость на 21% превышала средний показатель по соседним скважинам. Интервал диаметром 311мм и длиной 1060м был пробурен за 8 рейсов, при этом скорость проходки была на 24% выше, чем на соседних скважинах. Оба интервала пройдены без замечаний к оборудованию на 15 суток раньше запланированного срока, рассчитанного по соседним скважинам (рисунок 11.40).

Исходя из успешных результатов при бурении на месторождении Мильянико-2 было принято решение применить систему «Пауэр В» диаметром 558 мм для бурения верхней секции скважины Монте Энок-5 на месторождении Грумента Нова (южная Италия). Данная система использовалась при бурении аллювиальных пород, богатых глиной, а от отметки установки кондуктора — в твердых известняках. Средняя скорость проходки была значительно выше, чем у традиционных КНБК.

 

Экономическая рентабельность

 

Хотя технология вертикального бурения может показаться относительно простой, иногда решаемые с ее помощью задачи сравнимы с практикой наклонно направленного бурения. Применение технологии востребовано на дорогостоящих проектах, например при разведке подсолевых залежей на акватории с большой глубиной. Управляемая роторная система в исполнении для вертикального бурения открывает новые возможности по сокращению затрат на строительство скважин добывающими компаниями, в первую очередь, за счет исключения корректировочных спусков для устранения отклонений и ускоренной проходки или двух указанных факторов совместно. Как и в других роторных управляемых системах, разработанных «Шлюмберже», непрерывное вращение, предусмотренное в «Пауэр В», снижает риски и повышает качество ствола.

 

Литература

1. Акбулатов Т.О., Левинсон Л.М., Салихов Р.Г., Янгиров Ф.Н. Расчеты при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин.- СПб, Недра, 2005.

2. Вудс Г., Лубинский А. Искривление скважин при бурении. – М.:Гостоптехиздат, 1960.

3. Телеметрические системы в бурении./Т.О.Акбулатов, Л.М.Левинсон –Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008.

4. Окнин В.Г., Полудень И.А. Экономическое обоснование протяженности горизонтального участка ствола при разработке нефтяных месторождений системой горизонтальных скважин// Сер.Экономика и управление нефтяной промышленности.-М.:ВНИИОЭНГ, 2005.- Вып. 4.

5. Справочник бурового мастера под ред.проф.В.П.Овчинникова и др. М., Инфоинженерия, 2006.

6. Акбулатов Т.О., Левинсон Л.М., Хасанов Р.А. Роторные управляемые системы. Учебное пособие. УГНТУ, Уфа, 2007.

7. Информационное обеспечение процесса бурения Акбулатов Т.О., Левинсон Л.М., Исмаков Р.А., Хасанов Р.А. УГНТП, Уфа, 2010

8. Управление искривлением скважин, Левинсон Л.М., Т.О. Акбулатов. Учебное пособие. Уфа.: Издательство «Монография», 2007.

9. Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам. – Оренбург: Изд-во «Летопись», 2005. – 664 с.

10. Крылов В.И., Крецул В.В. Гидродинамические особенности бурения горизонтальных скважин / Бурение скважин. – 2000. № 6.

11. Левинсон Л.М., Конесев В.Г. Строительство и навигация сложнопрофильных скважин. 2014. - 214с.