1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
В зависимости от конструкции, технического состояния скважины и поставленных задач возможны различные варианты технологии забуривания дополнительного наклонно направленного или горизонтального ствола. В ряде случаев технически и экономически целесообразным может явиться разбуривание башмака эксплуатационной колонны и углубление забоя; в других - отрезание и извлечение обсадной колонны или полное фрезерование до глубины зарезки дополнительного ствола; в третьих - вырезание щелевидного «окна» с клинового устройства, стационарного или извлекаемого («съемного»), рис. 1 или фрезерование секции обсадной колонны (превращение «в стружку»), рис. 2 [3].
Рис. 1. Схема забуривания ствола через щелевидное «окно» в обсадной колонне: а – создание щелевидного «окна»; б – забуривание дополнительного ствола; 1 – обсадная колонна, 2 – райбер, 3 – стационарный клиновой отклонитель, 4 – лакирующее и заякоревающее устройство,5 – цементный мост, 6 – щелевидное «окно», 7 – бурильная колонна, 8 – КНБК
Забуривание и проводка дополнительного ствола может осуществляться ориентированно в проектном направлении, совпадающем или несовпадающем с фактической траекторией ствола восстанавливаемой скважины и безориентированно.
Безориентированное забуривание дополнительного ствола из обсаженной колонной части скважины выполняется в случаях, когда любое продолжение работ по скважине ниже рассматриваемой глубины в обсадной колонне невозможно, а направление, в котором будет вырезаться «окно» в колонне с целью проведения дальнейших работ, принципиального значения не имеет. В этом случае «новый» дополнительный ствол строится в непосредственной близости от «старого» ствола.
Рис. 2. Схема забуривания в интервале вырезанного участка обсадной колонны: а – вырезание (фрезерование) участка обсадной колонны; б – забуривание дополнительного ствола; 1 – обсадная колонна, 2 – вырезающее устройство, 3 – интервал вырезанного участка, 4 – цементный мост, 5 – бурильный инструмент, 6 – КНБК
Рассмотрим каждый вариант зарезки бокового ствола более детально.
1.1. Строительство дополнительного ствола из вырезан-ного участка эксплуатационной колонны
Технология строительства дополнительного ствола из полностью вырезанного участка эксплуатационной колонны предусматривает выполнение следующих операций.
В обсадной эксплуатационной колонне вырезается и полностью удаляется в виде «стружки» часть колонны длиной 6 - 9 м. Из вырезанного участка обсадной колонны в проектном азимуте или безориентированно в открытом стволе роторным способом или с помощью забойного двигателя осуществляется проводка нового (дополнительного) ствола скважины. При необходимости, с этого же участка обсадной колонны можно пробурить еще один или несколько дополнительных стволов для вскрытия других продуктивных пластов. Кроме того, можно вырезать в этой же колонне, выше или ниже имеющегося, другие «окна», из которых пробурить новые дополнительные, в том числе, горизонтальные стволы [1, 3].
1.1.1. Вырезание участка эксплуатационной колонны с помощью раздвижных вырезающих устройств
Образование участка сплошного фрезерования в обсадной колонне позволяет упростить забуривание дополнительного ствола. Для этой цели применяют раздвижные фрезеры (труборезы), являющиеся разновидностью раздвижных буровых инструментов-расширителей. Эффективность применения раздвижных фрезеров и расширителей определяется качеством режущего органа, т .е. эффективностью резания, стойкостью к ударным нагрузкам, износостойкостью, проходкой и т. д. В то же время от конструктивных особенностей самого инструмента (надежность, простота использования, практичность) зависит эффективность проведения работ без осложнений, аварий при спускоподъемных операциях и в процессе последующего бурения [2].
В зависимости от способа и принципа действия трубореза, а также от механизма приведения его режущих органов в рабочее или транспортное положение их можно разделить на следующие группы: гидравлические, гидромеханические, механические и электромеханические.
Принцип действия труборезов гидравлического действия основан на передаче давления промывочной жидкости внутренним узлам, обеспечивающим раздвижение или сдвижение режущих органов. Гидромеханическим обычно называют инструмент, в котором один из его: механизмов совершает гидравлическое действие, а другой - механическое (например, возврат режущих органов в транспортное положение).
Труборезы механического и электромеханического действия не получили широкого распространения из-за сложности и невысокой надежности механизма раскрытия, поэтому ограничимся рассмотрением труборезов гидравлического и гидромеханического действия, как наиболее применяемых в практике бурения и отличающихся малыми габаритами, надежностью и практичностью.
Подобные труборезы выполняются по двум схемам: с неподвижным шпинделем и подвижным корпусом; с подвижным шпинделем и неподвижным корпусом.
Практически все используемые труборезы и расширители имеют трехлопастное исполнение (три режущих органа). При использовании первой схемы раскрытие режущих органов (лопастей) происходит при движении корпуса вверх относительно присоединенного к бурильной колонне шпинделя за счет давления промывочной жидкости в кольцевой камере, образуемой шпинделем и корпусом трубореза. Достоинство этой схемы заключается в возможности удержания лопастей в раскрытом положении при создании осевой нагрузки и упоре лопастей о забой даже при отключенной промывке. Компактность кулачкового механизма позволяет создавать конструкции с малым наружным диаметром корпуса.
При использовании второй схемы раскрытие режущих элементов происходит при движении шпинделя вниз относительно присоединенного к бурильной колонне корпуса за счет перепада давления промывочной жидкости. Достоинство данной схемы- возможность контроля фиксации момента окончания фрезерования колонны на поверхности по падению давления промывочной жидкости. Такими сигнализаторами оснащены труборезы ФС-135, разработанные АзИНМАШем, универсальное вырезающее устройство УВУ, разработанное ВНИИБТ для вырезания колонны диаметром 168мм. по этой же схеме выполнены расширители серии XL фирмы «Диамонд Борт Стратабит». Лопасти, имеющие форму прямоугольных пластин, поворачиваются на осях-шарнирах при поступательном движении подпружиненного остроконечного штока, соединенного с поршнем. Такое исполнение очень надежно с точки зрения предотвращения заклинивания инструмента в скважине.
Общим недостатком данных схем является невозможность создания достаточных усилий врезки лопастей в обсадную колонну при диаметре корпуса менее 140мм из-за небольшого (по сравнению с длиной лопасти) плеча передачи усилия штока относительно шарнира. Вследствие этого труборезы, выполненные по второй схеме, применяются для вырезания обсадных колонн диаметром более 146 мм.
Технология вырезки участка обсадной колонны включает несколько этапов:
1. Определение места вырезки.
Обсадная колонна в зоне фрезерования должна иметь хороший цементный камень. По каротажным диаграммам выбирается интервал с не менее 70 % заполнением и хорошим сцеплением цемента, желательно в песчаном пласте, чтобы обеспечить плавное отклонение бокового ствола.
2. Установка цементного моста.
Устанавливается ниже выбранного интервала выреза колонны на 40-50 метров с целью создания зоны зумпфа для тяжелой металлической стружки и перекрытия остающейся ниже части эксплуатационной колонны.
3. Проведение ГИС (МЛМ, инклинометр)
Проводится с целью определения местонахождения муфтовых соединений обсадных труб с помощью магнитного локатора для уточнения интервала вырезания участка эксплуатационной колонны и точного пространственного положения скважины.
4. Шаблонировка эксплуатационной колонны.
Проводится при помощи скребка-шаблона соответствующего диаметра и длиной не менее 18 метров для определения возможности прохождения компоновки с вырезающим устройством.
5. Сборка и спуск компоновки с вырезающим устройством до расчетной глубины. Длина УБТ или бурильной трубы, используемой вместо УБТ должна быть не менее 12 метров. Все переводники, применяемые в компоновке должны иметь на торцах фаску под углом 45?. Компоновка должна быть собрана таким образом, чтобы над столом ротора было не менее 2/3 длины ведущей трубы. Спуск компоновки производить со скоростью не более 0,5 м/с. Если в компоновке есть обратный клапан, то при спуске каждые 500 м производить долив инструмента, при этом не превышать расход выше 4 л/с и не вращать колонну.
6. Отрезание эксплуатационной колонны.
• начать вращение бурильной колонны без работающих насосов (рекомендуется начинать с 60 об/мин).
• вращая бурильную колонну, включить насос (рекомендуемая подача Q=10 - 16 л/сек, P=10,0-15,0 МПа), замерить вращающий момент и давление на стояке
• оставить в таком режиме на 5-10 минут, наблюдать за давлением и крутящим моментом. Если падения давления не наблюдается, то необходимо прибавить обороты ротора до 80-90 об/мин. Через 10-15 мин должно произойти падение давления на 0,30-3,0 МПа. Если падения давления не наблюдается, но вращающий момент уменьшился, то резанье колонны закончено. Об этом также говорит наличие в промывочной жидкости шлама заколонного цемента или вид выносимой стружки (ширина стружки примерно равна толщине стенки отрезаемой трубы).
7. Проверка разрезания эксплуатационной колонны.
• остановить буровые насосы и вращение ротора
• приподнять бурильный инструмент
• при входе вырезающего устройства в верхнюю часть отрезанной колонны возможны затяжки. Превышение веса при натяжении не должно превышать более 4,5 тонн над собственным весом бурильной колонны.
• включить буровой насос (не вращая ротор). Давление на стояке должно быть больше чем при разрезании колонны.
• выключить буровой насос и опустить бурильную колонну до точки резанья колонны
• Начать вращение бурильной колонны с первоначальным режимом резанья (N=60 об/мин, Q=10-16 л/сек). Постепенно увеличивая число оборотов до 80-90 об/мин наблюдать за моментом. Если увеличения момента нет, то процесс резанья колонны закончен. Если наблюдается рост момента, то повторить процедуру разрезания эксплуатационной колонны.
8. Фрезерование эксплуатационной колонны.
• фрезерование ведут с Р=0,5-2,5 т, производительностью Q=12-16 л/сек и N=60-100 об/мин, при этом вращающий момент не должен превышать предельно допустимый на бурильные трубы.
• после 1 метра проходки остановить вращение и не выключая насоса разгрузить бурильный инструмент не более 2 тонн. В случае положительного результата (снижение веса на крюке) продолжить фрезерование до проектной глубины, не превышая механическую скорость 0,5-1,5 м/час.
• если при фрезеровании крутящий момент резко возрастает, следует остановить вращение и промывку. Поднять инструмент на 1 метр. Затем возобновить вращение до 60 об/мин, включить насос и медленно опускать инструмент до появления крутящего момента, доводя параметры до режима фрезерования
• по окончании фрезерования расчетной длины поднять инструмент на 1 метр и промыть скважину в течении 1,5 - 2 циклов. По окончании промывки остановить вращение и циркуляцию. Поднять инструмент до точки начала резания колонны. В момент входа вырезающего устройства в верхнюю часть колонны может быть затяжка. Превышение веса при натяжении не должно превышать более 4,5 тонн над собственным весом бурильной колонны. Если вырезающее устройство не входит в колонну, то необходимо опустить инструмент на 1 метр и вращать со скоростью 60 об/мин без циркуляции, после чего поднять инструмент в обсадную колонну.
9. Контроль за выносимой стружкой.
Постоянно должен осуществляться контроль за выносимой стружкой. По размеру, форме и количеству выносимой стружки можно судить о качестве фрезерования колонны. Хорошая стружка должна быть слегка загнута, длиной до 35 мм, 1мм в толщину и шириной примерно равной толщине стенки отрезаемой трубы. При недостаточной нагрузке стружка длинная, волокнистая. При слишком большой нагрузке стружка длинная, закрученная и толстая. В выносимой массе может быть порода и цемент. Для улавливания металлической стружки из промывочной жидкости, на виброситах необходимо расположить магнит.
10. Проверка наличия вырезанного участка. При помощи ГИС (МЛМ или индукционный каротаж) проверяется наличие вырезанного участка.
11. Установка цементного моста в интервале фрезерования эксплуатационной колонны. Устанавливается с целью укрепления стенок скважины в интервале вырезанной колонны. Верхняя граница моста должна быть не менее 10 метров выше интервала фрезерования.
12. Определение «головы» цементного моста и его подбурка на 0,5 метра ниже начала интервала выреза колонны.
13. Сборка отклонителя и телесистемы.
14. Спуск отклоняющей компоновки, ее ориентирование и забурка второго ствола.
1.1.2. Вырезающее устройство: принцип работы и технические характеристики
Представленное на рисунке 3 вырезающее устройство пред¬назначено для сплошного фрезерования участка эксплуатационных колонн. Отличительные особенности разработанной конструкции от ранее известных видов следующие [1].
Рис. 3. Вырезающее устройство: 1 – переводник; 2 – корпус; 3 – насадка; 4 – прокладка; 5 – поршень; 6 – уплотнение; 7 – пружина; 8 – толкатель; 9 – гайка; 10 – фиксатор; 11 – пружина; 12, 16 – болты; 13 – шпонка; 14 – вставка; 15 – корпус; 17 – шайба; 18 – упор; 19 – ось; 20 – эксцентрик; 21 – резцы; 22 – наконечник; 23 – кольцо; 24 – центратор
1. Применены новый механизм возврата резцов в транс¬портное положение и ограничитель их раскрытия на заданный
диаметр.
2. Соединение поршня 5 с толкателем 8 выполнено с помо¬щью резьбы МК 50x4x1:16, в результате чего повысилась на¬дежность работы этого узла. Усилено уплотнение поршня вто¬рым резиновым кольцом 6, увеличен диаметр поршня от 90 до 100 мм, что исключило износ поршня и увеличило расход промывочной жидкости при большем сечении насадки 3 без сни¬жения надежности крепления и раскрытия резцов.
3. Снижена масса резца за счет уменьшения его длины и сечения, что повысило его продольную устойчивость к осевым нагрузкам и уменьшило до 60 мм длину лезвия резца. Применен селективный подбор режущих пластин, их укладка на ре¬зец при его напайке. Уменьшена длина хода толкателя, что значительно снизило силу удара лезвия резца о стенку трубы при их раскрытии. Повышена прочность элементов крепления резцов: упора 18, оси 19, болтов 16.
4. Применены лопастные центраторы: верхний над двига¬телем, нижний 24 на конце вырезающего устройства с арми¬рованными лопастями (использованы твердосплавные зубки).
5. Применена пластинчатая пружина 11, обеспечивающая надежную работу аварийного механизма для возврата резцов в транспортное положение.
После спуска инструмента на необходимую глубину во внутреннюю полость закачивают промывочную жидкость под давлением приблизительно 10 МПа. Жидкость, воздействуя на подпружиненный поршень 5, заставляет перемещаться шток 8 и наконечник 22. Последний своей конусообразной поверхностью отжимает пять резцов 21, выводя их в рабочее по¬ложение.
Фрезерование производится постепенной подачей инстру¬мента при постоянном давлении нагнетания промывочной жид¬кости. При завершении процесса давление жидкости сбрасы¬вается. Поршень 5 под действием пружины 7 возвращается в исходное положение, а наконечник 22 своим верхним уступом упирается в эксцентрик 20 и возвращает резцы в транспорт-ное положение для извлечения вырезающего устройства из скважины.
С помощью разработанного устройства на ряде скважин удалось вырезать одним комплектом резцов (лопастей) участки колонны длиной до 17 м без заклинивания резцов и прихвата инструмента. На вырезаемых участках колонн на скважинах старого фонда стволы имели зенитный угол от 0 до 20°. В од¬ном случае не удалось вырезать полностью заданный интервал. Причиной неудачи был большой зенитный угол в месте вырезания участка, составив¬ший 23°. За два спуска ВУ-168 всего вырезали 2,2 м. В процессе вырезания наблюдалось резкое снижение скорости резания. После каждого подъема ВУ-168 выявлен повышенный износ резцов (лопастей).
Разработанные устройства ВУ-146 и ВУ-168 имеют более высокие эксплуатационные показатели (см. табл. 4). В среднем на одну скважину отфрезеровано 11,4 м обсадных труб различного диаметра. Средняя механическая скорость фрезерования была равна 0,773 м/ч, а затраты времени фрезерования на один интервал составили 14,74 ч. Фре¬зерование окна с вырезающими устройствами проводили вращением инструмента ротором. В 20 скважинах окна вскрыты с применением гидравлических забойных двигателей. Особенно важное место занимает предложенная технология фрезерования окна с применением гидравлических двигателей в скважинах, где затруднено вращение всего инструмента или это приводит к большим энергетическим затратам. Работы по вскрытию окна по этой технологии возможно проводить со станков, в которых отсутствуют достаточно мощные роторы, и станков меньшей грузоподъемности.
При сравнении разработанных вырезающих устройств с однотипным инструментом, который применялся на месторождениях АНК "Башнефть", видны преимущества первых. Как уже отмечалось выше, ТРГ-146 имеет механическую скорость 0,296 м/ч, тогда как с использо¬ванием ВУ-146 на трех скважинах тремя комплектами резцов вырезано 33 м с механической скоростью 0,74 м/ч.
С вырезающим устройством ВУ-168 профрезеровано 255,2 м. Механическая скорость составила 0,8 м/ч, а подобным инструментом (УВУ-168 разработки ВНИИБТ) получена на двух скважинах скорость 0,11 м/ч. Необходимо отметить, что вскрытие окна с применением ВУ-146 и ВУ-168 было проведе¬но без значительных осложнений в процессе работы.
Технические характеристики вырезающих устройств
В разделе приведены основные технические данные и характеристики вырезающих устройств типа УВ, УВУ, ТГМ разработанные ВНИИБТ (табл. 1, 2), а также характеристики вырезающих устройств типа УВУ разработки ТЯЖПРЕССМАШ, РЯЗАНЬ.
Таблица 1
Технические характеристики вырезающих устройств
Техническая характеристика
Вырезающее устройство
УВ-114 УВ-216 УВУ ФР-168 ТГМ-146 ТГМ-168 ТРГ-146
Диаметр срезаемой колонны, мм 140-146 245-273 168-219 168 146 168 146
Осевая нагрузка на резцы, кН не более
при прорезании колонны
при торцевании колонны
40
5-10
40
5-10
40
5-10
10
40
15
17
5-18
Частота вращения, с-1 0,5-1,5 0,5-1,5 0,66-1,17 0,63-1,03 - - 0.63-0.7
Температура рабочей среды, град, не более 100 100 100 100 - - 100
Средняя механическая скорость вырезания, м/ч 0,68 0,68 0,68 0,9 - - -
Перепад давления на устройстве, МПа 2-4 2-4 2-4 3-4,5 - - -
Продолжение таблицы 1
Проходка на комплект резцов по трубе из стали группы прочности Д для забуривания ствола, м, не менее 9 9 9 10 - - -
Подача бурового раствора, л/с 10-14 10-16 10-14 7-14 5 5 6-12
Число резцов 5 5 5 6 3 3 3
Наружный диаметр, мм 114 216 140-190 140 123 140 120
Длина, мм 3524 2030 3830 1210 370 370 1050
Масса, кг 97 275 310-336 200 17 22
Таблица 2
Технические характеристики вырезающих устройств
Техническая характеристика Вырезающее устройство
УВУ УВУ-01 УВУ-02
Диаметр срезаемой колонны, мм 168 178 219
Наружный диаметр корпуса, мм 138 148 190
Диаметр по раскрытым резцам, мм 212+/-2,3 220+/-2,3 265+/-2,6
Осевая нагрузка на резцы, кН
не более 40 40 40
Частота вращения, с-1 0,66-1,17 0,66-1,17 0,66-1,17
Температура рабочей среды, град, не более 100 100 100
Средняя механическая скорость вырезания, м/ч 0,3-1 0,3-1 0,3-1
Перепад давления на устройстве, МПа 2-4 2-4 2-4
Проходка на комплект резцов по трубе из стали группы прочности Д для забуривания ствола, м, не менее 18 18 18
Подача бурового раствора, л/с 10-16 10-16 10-16
Число резцов, шт 5 5 5
Присоединительная резьба З-88 З-88 З-88
Длина, мм 1916+/-11,5 1916+/-11,5 1916+/-11,5
Масса, кг 166+/-8 172+/-9 212+/-11
1.1.3. Возможные неисправности и способы их устранения при работе с вырезающим устройством
Возможные неисправности и способы их устранения при работе с вырезающим устройством описаны в табл. 3.
При врезании в колонну и ее фрезеровании запрещается:
1. Поднимать инструмент выше места врезки в колонну при включенном насосе.
2. Менять скорость ротора при нагруженном инструменте и включенном насосе.
3. Отрывать инструмент не дав ему разгрузиться. В случае внезапной остановки насоса и загруженном инструменте продолжать вращение ротора до разгрузки инструмента, после чего можно остановить ротор и оторвать инструмент от забоя.
Таблица 3
Неисправности и способы их устранения при работе с вырезающим устройством
Неисправность Причина Способ устранения
Перепад давления на УВУ при прокачивании промывочной жидкости в количестве 10-16 л/сек более 4 МПа Забито отверстие в насадке Извлечь поршень и прочистить насадку
Перепад давления при тех же условиях менее 2 МПа Размыты отверстие насадки или уплотнительные кольца, негерметичность резьбовых соединений Извлечь поршень и заменить насадку или уплотнительные кольца, герметизировать резьбовые соединения
При выключении насоса резцы не утапливаются в пазы корпуса Толкатель с поршнем в не возвращается в крайнее положение из-за грязи, задиров, поломки пружины, сгиба резцов На устье: Промыть и смазать цилиндр, поршень, толкатель, резиновое кольцо, заменить пружину
На забое: Промыть скважину в течении 1-2 циклов. Дать натяжку бурильной колонны. Превышение веса не должно превышать более 4,5 тонн над собственным весом бурильной колонны
В процессе вырезания участка колонны инструмент про-валивается Резцы изношены по периферии, торец колонны раз-вальцован наружу, недостаточное количество прокачи-ваемой жидкости, размыто отверстие насадки Заменить резцы, обработать торец трубы с «навеса», увеличить промывку, заменить насадку
Резкое увеличение механической скорости фрезерования без увеличения осевой нагрузки Фрезерование трубы происходит не по полному торцу Приподнять инструмент, увеличить промывку и повторно фрезеровать тот же участок колонны. Сменить резцы и повторить фрезерование того же участка колонны.
Продолжение таблицы 3
Резкое снижение механической скорости фрезеро-вания при увеличении осевой нагрузки до 40 кН (4 т) Сработаны резцы Заменить резцы
Резкое увеличение механической скоро-сти фрезерования при снижении осевой на-грузки до 10 кН Сработаны резцы Заменить резцы
Затяжки при подъеме бурового инструмента в обсадной колонне Скопление металлической стружки вокруг низа КНБК Промыть скважину вязким раствором не менее 1-го цикла без вращения бурового инструмента
Резкое увеличение момента на роторе. Затяжки при отрыве от забоя Сработаны резцы, КНБК проваливается в колонну Поднять КНБК, заменить резцы
4. Быстрый подъем инструмента в интервале фрезерования и начала врезки (не более 0,5 м/сек).
5. Осуществлять резкую загрузку УВУ.
6. Оставлять загруженным УВУ , включать ротор или насос при загруженном инструменте.
В случае «полета» УВУ на забой после его ловли и отрыва от забоя КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ производит промывку. Необходимо поднять инструмент и произвести разборку, чистку и смазку.
1.1.4. Технология зарезки бокового ствола из вырезанного участка эксплуатационной колонны на примере проведенных экспериментальных работ на Туймазинской площади
Фрезерование сплошного участка эксплуатационной колон¬ны рассмотрим на примере проведения работ на скв. 1012 Туймазинской площади. Цель этих работ - вырезание участка обсадной колонны диаметром 168 мм в интервале 992-1002 м по новой технологии с использованием труб НКТ диаметром 63,5 мм вырезающего устройства ВУ-168 с приводом от секционного забойного двигателя Д1-127.
