XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION (19-21.04.2018)

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

доктор технічних наук, Чудик І. І. ПРАКТИЧНИЙ АНАЛІЗ ЕНЕРГОЗАТРАТ ПРОЦЕСУ ПРОМИВАННЯ СВЕРДЛОВИНИ

Доктор технічних наук, Чудик Ігор Іванович

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

ПРАКТИЧНИЙ АНАЛІЗ ЕНЕРГОЗАТРАТ ПРОЦЕСУ ПРОМИВАННЯ СВЕРДЛОВИНИ

Сучасні темпи економічного, науково-технічного та соціального розвитку людства зумовили різке підвищення попиту на нафту та газ і збільшили об'єми їх споживання. Першочергово освоювалися перспективні родовища з великими запасами вуглеводневої сировини, що дозволяло в найкоротші терміни отримати високі дебіти нафти і газу із продуктивних пластів. Розвиток економічної сфери держав, високий рівень споживання нафти і газу поступово призвели до виснаження великої кількості перспективних нафтогазових родовищ і послабили енергетичну безпеку України.

В зв'язку із цим необхідність розгортання геологорозвідувальних і бурових робіт постала на родовищах нафти і газу із складними гірничо-геологічними умовами буріння, де глибина свердловин перевищувала 5000 м із накладеними обмеженнями на гірничо-видобувні роботи в рекреаційних зонах, морських акваторіях і континентальному шельфі. Паралельно з цим почали вводитися в розробку дрібні і низькопродуктивні родовища нафти і газу на невеликих глибинах та освоюватися поклади вугільного і сланцевого газу. Для їх розкриття гостро постала проблема буріння як вертикальних так і похило-скерованих свердловин складної просторової орієнтації.

Основними етапами будівництва вищезгаданих свердловини є: підготовчі роботи; будівництво бурової установки (встановлення вишки, привишкових споруд, котельних будівель, бурового і енергетичного обладнання); буріння свердловини; кріплення свердловини; випробування свердловини на продуктивність (або освоєння нагнітальної свердловини); демонтаж бурової установки і її передислокація на нову точку буріння.

          Не зважаючи на сучасний високий рівень техніки і технологій коефіцієнт корисної дії при передачі енергії від приводу бурового станка до долота при бурінні свердловин не перевищує 15%, [1]. Це обумовлює необхідність розроблення ефективних методів управління процесами буріння і промивання свердловин з урахуванням енергетичних витрат. На її реалізацію поставлено наукові засади підвищення коефіцієнта корисної дії при передачі енергії до долота для ефективного буріння свердловин та зменшення сумарних енергетичних втрат процесу їх спорудження.

Успішне буріння таких свердловини можливе лише при ефективній промивці з якісною очисткою вибою від подрібненої гірської породи. Від цього процесу у великій мірі залежать терміни будівництва свердловини, матеріальні й енергетичні затрати. Буровикам постійно приходиться вирішувати багато практичних задач, пов'язаних із визначенням та управлінням гідродинамічними тисками при промивці свердловини та спуско-підіймальні операції з метою забезпечення якісної очистки від шламу вибою і ефективного буріння. Практичне виконання цих задач є доволі складним, що підтверджується великою кількістю наукових праць, опублікованих у вітчизняних та зарубіжних джерелах, що підтверджено промисловими результатами. Тому для більш детального аналізу даної проблеми необхідно провести аналіз енергоємності процесу промивки свердловини з метою визначення оптимальних режимів роботи бурових насосів із заданими техніко-технологічними параметрами буріння з чим пов'язана дана публікація.

При промиванні свердловини течія бурового розчину відбувається здебільшого у циліндричних каналах: всередині колони бурильних і обважнених труб, кільцевому просторі, трубопроводах і з'єднувальних шлангах. При циркуляції бурового розчину в кожному з елементів циркуляційної системи відбуваються втрати гідравлічної потужності бурових насосів, які у значній мірі визначають енергоємність і ефективність процесу промивання свердловини.

Для визначення величини подачі насоса із заданими параметрами густини бурового розчину, конструкції свердловини та бурильної колони і мінімальними енергетичними витратами, необхідною умовою є встановлення додаткового критерію - енергоефективності процесу буріння. Враховуючи сучасний рівень техніко-технологічно промислового виробництва забезпечення виконання багатьох процесів у промисловості відбувається із мінімальними енергетичними затратами. В зв'язку із цим при бурінні свердловин необхідною умовою є дослідження розподілу втрат енергії, зокрема у площині їх поглиблення вибою і  промивання.

З теорії і практики одним із основних факторів збільшення механічної швидкості є якісне і своєчасне очищення гірничої виробки від вибуреної породи потоком бурового розчину, [1]. За її недостатньої витрати шлам із вибою свердловини виноситься погано, повторно перемелюється і зумовлює зменшення темпів проходки, що обґрунтовано низкою наукових і практичних досліджень [1-3]. Про те, при великих подачах насоса внаслідок турбулентності і завихрення потоку бурового розчину суттєво збільшується диференційний тиск на вибій і гідравлічний опір в кільцевому просторі. Внаслідок цього шлам інтенсивніше осідає на вибій, що обумовлює зниження механічної швидкості буріння.

         Для практичної визначення фактичного впливу величини бурового розчину на зміну техніко-економічних показників буріння (ТЕП) було проведено промислові дослідження на свердловині Славецька-7 на в інтервалі буріння 174,6÷301,8 м.

У відповідності до конструкції свердловини і гірничо-геологічних умов під час буріння свердловини використовувалися такі бурові долота:

•· під кондуктор: ІІІ - 295,3 М - ЦВ;

•· під експлуатаційну колону: ІІІ - 215,9 МС - АУ.

Метою даного промислового експерименту є встановлення ефективності використання енергоефективного режиму промивання свердловини. Реалізація поставленої мети дослідження відбувалася в два етапи. На першому етапі, в інтервалі буріння свердловини 174,6÷292,8 м під час промивання свердловини була встановлена подача насоса 0,03 м3/c при якій було отримано деякі техніко-економічні параметри буріння.

На другому етапі в інтервалі буріння свердловини 292.8-301.8 м подачу насоса було зменшено до величини 26 л/с. При цьому теж було встановлено відповідні показники буріння. Так при однотипних гірничо-геологічних і техніко-технологічних умовах, було отримано механічну швидкість 4.51 м/год, яка на 39,6 % перевищує попередньо встановлену. При цьому тільки під час промивання свердловини було отримано економію 4600 МДж енергії.

В результаті проведення експериментальних досліджень встановлено ефективність використання енергоефективного режиму промивання свердловини під час буріння. Окрім того було доведено практичну цінність основ проектування і вибору подачі насоса для забезпечення ефективного процесу промивання свердловини.

         Окрім того в результаті проведених досліджень було:

•    визначено величину максимально необхідної потужності для буріння кожного з інтервалів свердловини Славецька-7 для окремих ланок бурового станка, які беруть участь в процесі буріння та процентне кожного із складових величин окремого технологічного процесу в порівнянні із загальним;

•    отримано функцію роботи сил опору під час буріння свердловини за якою визначається необхідна величина енергозатрат процесу поглиблення вибою свердловини;

•    встановлено значення енергії, необхідної для поглиблення проектної свердловини і проведення спуско-підіймальних операцій;

•    обчислено за величиною витраченої на буріння енергії свердловини масову витрату дизпалива, необхідного для забезпечення процесу поглиблення вибою, спуско-підіймальні операції.

На основі проведених теоретичних досліджень встановлено, що під час буріння свердловини на руйнування гірської породи, промивання вибою свердловини та винесення шламу на денну поверхню було витрачено  енергії з максимальною при цьому виробничою потужністю  при роботі бурової установки 127 год. При цьому під час промивання свердловини споживалося від 44 до 89% загальної потужності приводу бурової установки, від 9 до 33% - на подолання тертя в опорі вертлюга, від 1 до 23 % - на обертання долота і руйнуванні ним вибою свердловини; від 0.1 до 2.6 % - на подолання опору при обертанні бурильної колони разом в стовбурі свердловині, що становить лише 17.7% від загальної величини енергії.

Таким чином з аналізу промислових матеріалів буріння свердловини встановлено експериментальні залежності зміни в часі і з глибиною потужності та витрат енергії процесу. Підтверджено, що енерговитрати процесу буріння свердловини найбільше залежать від величини продуктивності насоса, яку необхідно корегувати за механічною швидкістю, виходячи із умов буріння. Додатковими заходами при цьому є зменшення часу на виконання спуско-підіймальні операції, скорочення їх кількості та використання породоруйнівного інструменту без гідромоніторного промивання вибою або збільшення механічної швидкості проходки хоча б у двічі.

Література:

1.       Маковей Н. Гидравлика бурения. Перевод с румынского. Москва. - Недра. - 1986. - 537 с.

2.       Стетюха Е. И. Гидродинамические расчеты в бурении [Текст] / Е. И. Стетюха. - К.: Техника, 1981. - 115 с.

3.       Об ефективности очистки скважин при бурении / Г. А. Гарунов, Н. В. Мустафаев, Г. А. Матаев, В. С. Семенякин / Изв. Вузов нефть и газ. - №9. - 2006. - С. 17. - 21.


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>