АКАДЕМИЯ  УПРАВЛЕНИЯ ПРИ ПРЕЗИДЕНТЕ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ИНСТИТУТ  ГОСУДАРСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ

     Кафедра экономической теории  
 

Специальность ___________________________________________________________

Специализация ___________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 

     КУРСОВАЯ  РАБОТА

     Прогрессивные технологии в бурении нефтяных и  газовых скважин  
 
 
 
 
 
 

     Автор работы

     ___________________                    _________                       __________________

     группа, курс                                      (подпись)                      (инициалы, фамилия) 

     Руководитель

     ____________________                 _________                     ___________________

     ученая  степень, звание                      (подпись)                    (инициалы, фамилия)

     МИНСК 2011

      СОДЕРЖАНИЕ 
 

ВВЕДЕНИЕ

     Под режимом бурения следует понимать сочетание параметров, которые влияют на показатели работы долота и которые бурильщик может оперативно изменять с поста управления. К числу таких параметров относятся осевая нагрузка на забой, скорость вращения долота (или число оборотов в минуту), расход промывочной жидкости. При бурении гидромониторными долотами на показатели работы большое влияние оказывает энергия струй, вытекающих из насадок долота, которая является функцией скорого истечения и диаметра струи.

     Сочетание этих параметров, обеспечивающее достижение наилучших показателей работы данного  долота с помощью данной буровой  установки, называют оптимальным режимом  бурения. Режим бурения называют скоростным, если на данном этапе достигнуты наивысшие показатели работы долот и использованы более мощная буровая установка и другие более совершенные технические средства по сравнению с теми, которые применяются для массового бурения скважин на данной площади.

     Если  сочетание параметров выбирают не для получения высоких показателей работы долота, а с целью предотвращения искривления скважины, принудительного искривления ее с заданной интенсивностью в нужном направлении, улучшения эффективности отбора керна и т. д., режим бурения называют специальным.

    Известно, что применение технологий, разработанных  на основе использования колтюбинговых установок, дает буровым компаниям, имеющим в своем парке такую технику, ряд постоянно подтверждаемых практикой преимуществ:

     обеспечение герметичности устья скважины на всех этапах выполнения внутрискважинных операций;

     отсутствие  необходимости освоения и вызова притока скважины, в которой выполнялись  работы с использованием колтюбинговой  трубы;

     возможность проведения работ в нефтяной или  газовой скважине без ее предварительного глушения;

     уменьшение  периода подготовительных и заключительных операций при осуществлении ремонтных  работ;

     сокращение  времени спуско-подъемных операций внутрискважинного оборудования;

     возможность бурения, спуска инструментов и приборов, а также выполнения  операций подземного ремонта в горизонтальной или сильно искривленной скважине;

     улучшение условий труда работников бригад подземного бурения;

     обеспечение экологической безопасности за счет предотвращения утечки пластовых и технологических жидкостей в закрытой системе циркуляции.

     Иногда  применение колтюбинговых технологий позволяет производить несколько операций ремонта и обслуживания скважины за один спуско-подъемный цикл, что значительно увеличивает скорость выполнения поставленных перед буровой компанией задач. Кроме того, мобильность колтюбинговых установок позволяет эффективно применять их на отдаленных месторождениях, разрабатывать индивидуальную схему ремонта и обслуживания для каждой скважины. В совокупности это дает значительный экономический эффект при бурении и проведении ремонтно-технологических работ в скважине с использованием колтюбинговой установки.

     Все более важное место занимают математические методы прогнозирования и диагностирования степени усложненности скважин. Изменилась организация буровых работ, особенно строительно-монтажных.

     Цель  работы – изучение прогрессивных  технологий в бурении нефтяных и  газовых скважин

1. основное  назначение и область  применения технологии

     Интенсивная разработка месторождений нефти и газа приводит к непрерывному ухудшению структуры запасов углеводородного сырья. Одним из основных направлений деятельности добывающих компаний является работа с фондом простаивающих скважин. В середине 90-х годов была освоена технология капитального ремонта скважин с применением установок "гибкая труба".

     Уже первый опыт эксплуатации установок "гибкая труба" при ремонте скважин  показал высокую эффективность  колтюбинговых технологий. Их преимущества следующие: по сравнению с традиционным капитальным ремонтом продолжительность операций по обработке призабойной зоны пласта сокращена в 3-4 раза и составляет не более 48 часов, за короткое время на скважине можно "сработать" несколько технологий и общее время пребывания в ремонте уменьшилось в 5-7 раз.

     Развитие колтюбинговых технологий, основанных на применении гибких непрерывных труб, первоначально было связано с обеспечением текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин. Однако мировая практика показывает, что наиболее значительные достижения в применении гибких труб связаны с освоением буровых работ. Сегодня колтюбинг занимает важную нишу на рынке нефтегазовых технологий и открывает поистине уникальные возможности сохранения окружающей среды и снижения себестоимости бурения.

            Колтюбинговые технологии базируются на использовании длинномерных (до 3000-5000 м) безмуфтовых гибких (обычно стальных) труб, наматываемых на барабан и многократно спускаемых в скважину, позволяют удешевить ремонтно-восстановительные работы, а также решать некоторые задачи, которые невозможно решить при применении колонны составных труб.  
Первые попытки создания колтюбинговой техники, в основе которой лежит использование гибкой трубы, были предприняты в начале 60-х годов прошлого столетия. Первоначально работы велись в направлении создания установок капитального ремонта в действующих скважинах небольшой глубины без их глушения.  
Сегодня из 50 – 60 известных операций, проводимых с использованием длинномерной гибкой трубы, в России наиболее широко распространены следующие: 
- ликвидация отложений парафина, гидратных и песчаных пробок в НКТ; 
- обработка призабойной зоны, подача технологических растворов, специальных жидкостей (в том числе щелочных и кислотных растворов) и газов; 
- спуск оборудования для проведения геофизических исследований, особенно в наклонных и горизонтальных скважинах; 
- установка цементных мостов; 
- выполнение работ по изоляции пластов и др. 
    Наиболее значительный эффект гибкие трубы дают при бурении. Именно это направление интенсивно развивается в настоящее время. Гибкие трубы позволяют проводить бурение на депрессии без глушения скважин и увеличить их дебит в 3-5 раз. Особенно перспективным является применение горизонтального бурения гибкими трубами дополнительных горизонтальных стволов из колонны старой скважины при доразработке истощенных месторождений на поздней стадии, вовлечении в разработку трудноизвлекаемых запасов, восстановление бездействующих и малодебитных скважин. Бурение гибкими трубами позволяет уже сегодня вовлечь в разработку значительную часть, а в перспективе – практически все забалансовые запасы углеводородов и добывать дополнительно в России до 50 млн. тонн нефти и до 30 млрд. куб. м. газа ежегодно.  
Для того, чтобы бурить скважину и особенно вскрывать продуктивные пласты наклонными и горизонтальными стволами на депрессии без их глушения (это наиболее эффективные и перспективные в настоящее время технологии в мировой буровой практике, на которые нацелены сегодня широко известные зарубежные фирмы), недостаточно создания мобильной колтюбинговой установки. Должна быть продумана вся архитектура комплекса, включая специальное наземное и противовыбросовое оборудование, внутрискважинный инструмент и контрольно-измерительные приборы, определена возможность его создания в кратчайшие сроки, выявлена необходимость и целесообразность разработки, изготовления и приобретения комплектующего оборудования, инструмента, КИП и оценена итоговая стоимость всего комплекса. 
Комплекс оборудования, внутрискважинного инструмента и КИП для бурения скважин с использованием колтюбинга существенно отличается от традиционного принятого. Существуют два класса мобильных колтюбинговых установок, применяемых для бурения и заканчивания скважин: традиционные и так называемые гибридные.  
Традиционная колтюбинговая установка, например, М-40 с тяговым усилием инжектора 40т, гибкой трубой диаметром 60,3 мм и длиной до 3500м или диаметром 73 мм и длиной 2200м производства группы компаний Белорусского фонда развития и поддержки изобретательства и рационализации (ФИД) представляет собой комплексную установку, смонтированную на полуприцепе с седельным тягачом повышенной проходимости. Она включает барабан с гибкой трубой, механизм подачи трубы (инжектор), направляющую трубу ("гусак") с изменяющимся радиусом для подачи труб в инжектор, кабину оператора с панелью управления и автономный силовой блок для обеспечения энергией барабана, инжектора и органов управления поста оператора. В состав комплекса входит: устьевое сборное основание под инжектор с самоподъемной вышкой, комплект устьевого противовыбросового оборудования с шлюз-лубрикатором. Вышка и шлюз-лубрикатор предназначены для проведения работ по спуску и подъему компоновки низа бурильной колонны (КНБК) в скважину под давлением. 
Отсутствие необходимости глушения скважин, а также значительное уменьшение времени проведения работ сразу определили особую привлекательность нового подхода, связанного с использованием гибких непрерывных стальных труб (колтюбинга). На сегодняшний день сервисными и добывающими компаниями, эксплуатирующими колтюбинговое оборудование, освоено большинство технологических операций, ранее выполняемых традиционными методами.

     Колтюбинговые технологии, связанные с ликвидацией  отложений в скважинах, поинтервальной обработкой, борьбой с обводнениями, доставкой и извлечением внутрискважинного оборудования, ловильными операциями, основательно утверждаются в нефтегазовом комплексе. Одновременно, несмотря на существующий дефицит оборудования и специалистов, данное перспективное направление динамично развивается и в области строительства скважин. При этом темпы развития чрезвычайно высоки: первое коммерческое бурение с колтюбингом произошло в начале 90-х, а уже к середине десятилетия колтюбингом бурилось по несколько сотен скважин в год по всему земному шару.

     Колтюбинг может быть использован для бурения новых скважин, для повторного вскрытия пласта, но наибольшую техническую и экономическую эффективность он имеет при бурении вторых наклонных или горизонтальных стволов из существующих скважин. Гибкие трубы позволяют проводить бурение на депрессии и увеличить дебит скважины в 3-8 и более раз. Популярность применения колтюбинга объясняется высокой эффективностью и безопасностью проведения операций.

     Использование колтюбинга совместно с другими  перспективными технологиями позволяет дополнительно извлекать до 40 % углеводородного сырья.

2. сущность процесса, описание последовательности и содержания отдельных операций

        Проведение буровых работ с  использованием колтюбинговой трубы  позволяет выполнять процесс в режиме депрессии, при котором давление бурового раствора на забое скважины меньше пластового давления. Подобный режим позволяет интенсифицировать процесс разрушения породы, снижает вероятность поглощения бурового раствора, исключает кальматацию пор вскрываемого продуктивного пласта.

    Колтюбинговые буровые установки существенно  компактней традиционных.

    Комплекс  внутрискважинного оборудования включает породоразрушающий инструмент, забойный двигатель, управляемый отклонитель, комплекс приборов для измерения  расхода бурового раствора, осевого усилия на долоте, частоты вращения долота, систему ориентации, комплект каротажного оборудования, систему передачи информации на поверхность.

    Обычно  для буровых работ используются колтюбинговые трубы с условным диаметром 60, 73 и 89 мм. Основным ограничением диаметра труб является размер барабана для их транспортировки.

    Система приготовления и очистки бурового раствора включает в себя газовый сепаратор, вибросито, гидроциклоны, илоотделитель и центрифугу.

    Бурение боковых стволов с наклонным или горизонтальным профилем выполняется в уже имеющейся вертикальной скважине через предварительно прорезанное окно в эксплуатационной колонне.

    После прорезки бокового окна (или нескольких окон) бурильная труба извлекается и в скважину спускается колонна лифтовых труб. Эта колонна 
по окончании бурения используется для эксплуатации скважины.

    В процессе бурения колтюбинговая  труба спускается через лифтовую колонну. Совместимость бурового раствора с пластовой жидкостью и бурение в режиме депрессии и исключает кальматацию пор продуктивного пласта и позволяет периодически исследовать скважину на приток. После бурения отвода заданной длины в скважину опускается перфорированная эксплуатационная колонна.

    Ограниченная  гидравлическим сопротивлением колтюбинговой трубы и ее прочностью максимальная подача бурового раствора может привести к снижению эффективности выноса частиц выбуренной породы нисходящим потоком жидкости. Особенно актуальной данная проблема становится при бурении горизонтальных участков скважины. Для преодоления этого применяются различные добавки в буровой раствор или

    использование пен.

    По  окончании процесса бурения начинается эксплуатация скважины без проведения каких-либо мероприятий по вызову притока.

    Для бурения новых, преимущественно  вертикальных, скважин используются колтюбиновые установки. Для увеличения нагрузки на долото и обеспечения устойчивости колтюбинговой трубы, она снабжается тяжелым низом из утяжеленных бурильных труб. Аналогичный прием используется при бурении с использованием традиционных буровых установок, однако замена основной части колонны бурильных труб на колтюбинговую трубу позволяет:

• исключить все операции, связанные с наращиванием колонны;
• вести бурение в режиме депрессии.

    В результате становится возможным:

• увеличить скорость проводки скважины;
• сократить время развертывания и свертывания комплекса для бурения:

    • сократить трудоемкость буровых работ и численность персонала; 
повысить безопасность ведения работ;

• существенно улучшить экологические показатели процесса бурения, полностью исключив разлив нефти, химических реагентов и другие виды загрязнения окружающей среды;
• сократить площадь поверхности, занимаемой буровой установкой;
• сократить общее время обустройства скважины и ускорить ее введение в эксплуатацию.

3. Оборудование, применяемое для данного  технологического процесса, принцип его действия, основные параметры и характеристики

     К настоящему времени сформировалось несколько определенных и отличающихся друг от друга направлений в проектировании и изготовлении комплексов оборудования.

     Операции:

     а) транспортные операции по доставке оборудования на место проведения работ;

     б) спуск и подъем колонны гибких труб;

     в) подготовка технологической жидкости, применяемой при ремонте скважины, – доставка жидкости,  ее подогрев и т.д.;

     г) собственно подземный ремонт – промывка пробок, сбивка клапана и т.д. К этой же группе операций относится и закачка жидкости в скважину;

     д) операции по восстановлению свойств  технологической жидкости, использованной в процессе подземного ремонта, – дегазация, очистка и подогрев. При определенной организации работ эта группа операций может не выполняться.

     Все элементы, входящие в комплекс рассматриваемого оборудования, выполняются мобильными. Отличаются они лишь количеством единиц, входящих в комплекс, типами транспортных средств, используемых для их перемещения, и компоновками основных узлов на последних. Столь пристальное внимание к средствам транспортирования обусловлено тем, что именно они в значительной степени определяют общую компоновку машин и их основные показатели.

     Рассмотрим  наиболее характерные и достаточно хорошо отработанные в настоящее время конструктивные решения.

     Наиболее  типичным из описываемых комплексов является оборудование фирмы "Dreco". Оно представляет собой два агрегата, один из которых осуществляет операции с трубой, второй обеспечивает подачу технологической жидкости.

     Агрегат, обеспечивающий работу с КГТ (рис.1), смонтирован на специализированном шасси с формулой "10 ´ 10". Оно включает два передних и три задних моста, которые все

     являются  ведущими. В конструкции используют серийно изготавливаемые мосты, установленные на раму, специально спроектированную для данного агрегата. Для перемещения последнего и  привода его механизмов во время работы служит дизельный двигатель, расположенный за кабиной водителя. Крутящий момент от двигателя передается карданным валом к раздаточной коробке, находящейся в средней части рамы, а от нее – к группе передних и задних мостов. Над двигателем смонтирована кабина управления агрегатом, которая может перемещаться вертикально по специальным направляющим на высоту около 1 м.

     В средней части рамы агрегата находится  барабан с колонной гибких труб, на нем смонтирован укладчик трубы. В кормовой части агрегата установлен гидроприводной манипулятор, предусмотрено место для перевозки транспортера, превентора и инструментов. Рядом с ними располагается катушка с гибкими трубопроводами, служащими для соединения транспортера с агрегатом. 
 
 

     Последний в рабочем положении на скважине опирается на четыре гидравлических домкрата. Для обслуживания оборудования агрегат имеет удобные лестницы и трапы, позволяющие безопасно перемещаться и работать на нем.

     Агрегат, обеспечивающий нагрев и закачивание технологической жидкости, показан на рис.2. Его оборудование смонтировано на специализированном автошасси с формулой "6 ´ 4", конструкция кабины управления которого аналогична применяемой в агрегате для работы с колонной гибких труб. И так же за кабиной водителя расположен двигатель. Кабина для обслуживающего персонала здесь отсутствует, а управление узлами агрегата осуществляется со специального пульта, расположенного в средней части установки. На агрегате имеется печь для нагрева технологической жидкости, насос для закачивания ее в колонну гибких труб, емкость для хранения, топливные баки и контрольно-измерительная аппаратура.

     Нагретая  жидкость подается от насоса к агрегату с КГТ по металлическому трубопроводу, снабженному быстроразборными соединениями.

     Необходимо  отметить, что кабины управления транспортными  базами не только описанного оборудования, но и всех других импортных агрегатов хорошо спроектированы. Они удобны при управлении машинами в дорожных условиях и обеспечивают достаточный обзор в рабочем положении при установке их на скважинах.

     Основным  недостатком рассматриваемого комплекса  является ограниченная проходимость, обусловленная прежде всего малым диаметром колес шасси. 

     Для полноты обзора конструкций агрегатов  следует отметить, что существуют различные варианты размещения комплекса оборудования на транспортном средстве и его прицепе, один из которых представлен на рис.3. Они интересны тем, что кабина оператора располагается в кормовой части за барабаном. При этом оператор имеет хороший обзор устьевого оборудования, однако наблюдение за процессом намотки трубы на барабан затруднено.

4. Оценка  сравнительной эффективности  и конкурентоспособности

     Для сравнения и оценки эффективности применения различных буровых установок, уровня технологии, режимов бурения, соответствия конструкции скважин условиям бурения, работы отдельных бригад, управлений, планирования, нормирования, проектирования бурения  используются различные технические и экономические показатели.      

       Технические  показатели темпов бурения и строительства скважин в целом  оцениваются по цикловой, коммерческой, технической, рейсовой  и механической скоростям связанных с продолжительностью цикла строительства скважин и продолжительностью отдельных операций.      

       Продолжительность цикла строительства  Тцс  складывается  из затрат времени Тпс  на подготовительные работы к строительству вышки, привышечных сооружений , затрат времени  Тмс  на монтаж оборудования, затрат времени Тпб  на подготовительные работы к бурению, затрат Тбк  на бурение и крепление скважины, затрат  Тис  на испытание ее и затрат  Тдм   на демонтаж оборудования (в часах):  

     Тцс  =  Тпс  +  Тмс  +  Тпб  +  Тбк  +  Тис  +  Тдм                      ( 1 )      

       Отношение длины  Lс   ствола скважины ( в м) к продолжительности цикла строительства, выраженной в календарных месяцах (продолжительность календарного месяца равна 720  ч), называется цикловой скоростью бурения (м/ст.-мес):   

     Vц   =  720 *Lс / Тцс                                            (  2  )  

     Цикловая  скорость характеризует общий уровень  техники, технологии и организации  производственного процесса в буровом  предприятии, взаимодейстивия последнего с субподрядными организациями (геофи-зическая служба, тампонажная контора, строительные подразделения, транспортное предприятия и др.), использование буровых установок, являющихся основными фондами. Она позволяет определить, сколько буровых установок необходимо иметь управлению для выполнения планового объема бурения.     

       Затраты времени на все виды  работ, совершаемых в период  от начала первого рейса  долота до завершения крепления скважины эксплуатационной колонной и ее опрессовки, составляют баланс календарного времени бурения. Баланс календарного времени бурения  Тбк  составляют четыре группы затрат:

     1.          Производительное время  Тпр  , в которое включают затраты времени на механическое бурение  Тм  , на спуско-подъемные операции и наращивание бурильной колонны  Тсп  , на крепление скважины  Ткр  и на подготовительно-вспомогательные работы (смена долот, проверка и смена забойных двигателей, приготовление и утяжеление промывочной жидкости, измерительные работы и т.п.)  Твсп.

     2.          Время на ремонтные работы  Тр  в период бурения и крепления.

     3.          Время на ликвидацию осложнений  Тос   , возникших по геологическим причинам  .

     4.          Непроизводительное время  .Тнп  , расходуемое на ликвидацию аварий, на простои по организационно-техническим причинам:  

     Тбк  =  Тпр  +  Тр  +  Тос  +  Тип                                          (  3  )      

       Отношение длины скважины к  календарному времени бурения,  выраженному в календарных месяцах,  называют коммерческой скоростью  ( в м/ст.-мес):  

     Vком   =  720 *Lс / Тбк                                   (4  )     

       Коммерческая скорость характеризует  общий темп бурения и крепления  скважины и зависит от природных  условий, технической вооруженности  буровой бригады, состояния технологии бурения, уровня организации труда, квавлификации и дисциплины членов буровой бригады, а также в немалой степени – от  уровня органи-зации  производственного процесса в буровом предприятии и взаимодействия его с такими субподрядными организациями, как транспортное предприятие, тампонажная контора и геофизическая служба.                   

       Отношение длины скважины  к производительному времени  называется  технической скоростью бурения ( в м/ст.-мес):

     Vтех   =  720 *Lс / Тпр                                                              (  5  )       

       Техническая скорость (в м/ ст.-мес) зависит от  природных условий, технических и технологических возможностей  буровых установок, способов и режимов бурения, квалификации  буровой бригады.     

       Общий уровень организации буровых  и  строительно-монтажных работ особенно четко проясняется при сравнении цикловой, коммерческой и технической скоростей бурения. Чем лучше организация строительно-монтажных работ, тем ближе  Vц   и  Vком  ; чем совершеннее технология бурения , меньше аварий и осложнений по вине бригады, ИТР, тем  Vком  ближе к  Vтех.      

       Различают три понятия коммерческой  скорости бурения – плановая, нормативная и фактическая . Плановую  скорость утверждают буровому  предприятию в зависимости от  фактически достигнутой в базисном  году и с учетом сокращения  непроизводительных затрат времени за счет использования более совершенных техники и технологии, улучшения организации производственного процесса, дисциплины и квалификации персонала. При расчете нормативной коммерческой скорости скорости учитывают сумму производительных затрат времени по действующим нормам и затрат времени на проведение ремонта оборудования в период бурения и крепления.Фактическую коммерческую скорость рассчитывают с учетом действительной длины скважины и действительного баланса времени бурения.