Преимущества бурения с верхним приводом
Преимущества бурения с верхним приводом
By Уоррен, компания Varco International Inc.
Бурильная система с верхним приводом признана в качестве одного из самых значительных достижений в технологии бурения со времен внедрения стола ротора. В сравнении с обычными буровыми, буровые, оборудованные системами с верхним приводом, неуклонно демонстрируют более высокую скорость бурения и уровень безопасности, на таких буровых значительно реже происходит прихват бурильной трубы. Кроме того, бурение с верхним приводом позволяет операторам бурить до горизонтов и пластов такого типа, которые оставались бы недоступными при обычном роторном бурении. Бурение с большим отходом и наклонно-направленное бурение позволили резко повысить добычу на конкретных месторождениях, причем подобные скважины могут быть пробурены только бурением с верхним приводом. Указанные преимущества, а также усовершенствованное регулирование работы скважины и проработка ствола скважины, безусловно оправдывают финансовые расходы на внедрение систем с верхним приводом.
Верхний привод – это буровой механизм, подвешиваемый ниже талевого блока и совершающий движение вместе с талевым блоком. Он вращает бурильную трубу сверху колонны, в отличие от методов бурения, при которых применяется стол ротора и вкладыши для вращения рабочей трубы. Верхний привод соединен с вершиной бурильной колонны и обеспечивает крутящий момент на колонну и одновременно подает буровой раствор и поддерживает вес колонны (напоминает работу обычного бурового вертлюга); поэтому верхний привод иногда называется «вертлюгом с приводом». Буровой вращательный момент, развиваемый двигателем верхнего привода, принимается направляющей или рельсовой направляющей и передается на мачту или подвышечное основание. Дифференциатор системы верхнего привода от вертлюга с приводом (вертлюг с приводом от двигателя) находится в манипуляторе для работы с трубами, который прямо соединен внизу с трансмиссией верхнего привода. Манипулятор для работы с трубами управляется бурильщиком дистанционно и устанавливает и разъединяет нижнее соединение верхнего привода для передачи крутящего момента на буровую колонну без необходимости выполнения операций вручную.
По мере того, как верхний привод при бурении продвигается вниз и приближается к полу буровой, вращение и циркуляция останавливаются, на трубу помещаются канаты для поддержки веса буровой колонны, и верхний привод отсоединяется от колонны буровиком с помощью манипулятора для работы с трубами. Затем буровик поднимает блоки, и тем самым и верхний привод, на уровень магазина для труб на полатях для верхового, где на элеватор под бурильные трубы, свешивающийся с верхнего привода, подается другая колонна (примерно 30 м). Эта колонна поднимается и вводится в колонну бурильных труб, затем верхний привод опускается до уровня, когда приводная система входит в зацепление с соединительным механизмом колонны труб. Включается двигатель верхнего привода, он вращает приводное основание, и одновременно осуществляется соединение с верхней и нижней частью свечи бурильных труб. На полу буровой для предотвращения вращения буровой колонны при установлении соединения применяется один задерживающий ключ. После надежного соединения канаты можно снять, циркуляцию возобновить и верхним приводом можно продолжать бурение при вновь опущенной на пол колонне. Весь процесс, с момента помещения канатов на колонну, добавления новой свечи бурильных труб, соединения и снятия канатов, что позволяет возобновить бурение, как правило занимает менее 90 секунд.
На Рис. 1. схематически представлен процесс бурения с использованием верхнего привода.
- Установка канатов на колонну Остановка циркуляции Остановка бурильного двигателя, используется манипулятор для работы с трубами
- Поднять колонну элеватором Ввести нижнюю часть колонны в буровую колонну
- Опустить блок к двигателю в верхнюю часть колонны Вращать двигатель и колонну, произвести оба соединения двигателем
- Снять канаты Начать циркуляцию Начать бурение
Процесс добавления новой бурильной колонны и пробуривания до пола включает в себя меньшее количество операций и меньшее участие буровой бригады по сравнению с технологией бурения с приводом на ведущую трубу. Как правило, буровики и буровые бригады осваивают технику бурения с верхним приводом за несколько часов. Имеющееся в их распоряжении оборудование и приспособления, такие как резьбовая компенсация, дистанционно управляемые клапаны-отсекатели для остановки тока бурового раствора, а также механизмы наклона элеваторов и связь с верховым и бригадой на площадке, повышают скорость, удобство и безопасность использования бурильных систем верхнего привода.
Если возникает необходимость, верхний привод также может эффективно применяться при бурении трубами, соединенными «внахлестку» (10 м), хотя более эффективно применение трехтрубок (колонн труб). Когда бурильная труба поддерживается и вращается сверху, вся колонна бурильных труб может использоваться одновременно, что продлевает время использования долота и обеспечивает более ровную буровую скважину. По сравнению с бурением с приводом на ведущую трубу, где соединение производится после бурения вниз соединением «внахлестку», бурение верхним приводом повышает скорость бурения путем исключения двух из трех соединений.
Как одно из самых важных преимуществ бурения с верхним приводом часто упоминается более высокая скорость бурения. это действительно важное преимущество по сравнению с бурением с приводом за ведущую трубу. Требуется меньшее количество соединений, а те соединения, которые устанавливаются, как правило обеспечивают более высокую скорость по сравнению с бурением с приводом за ведущую трубу. Задокументировано значительное количество отчетов, свидетельствующих о том, что на выполнение буровых программ потребовалось на 17-20% меньше времени (см. Рис. 2 и ссылки).
СЕДНЕТ 210 ПЕРВАЯ СКВАЖИНА
Дней с даты забуривания
колонна 30 дюймов 320 футов
ЗАДАЧА – 41 ДЕНЬ
ВЫПОЛНЕНО – 34 ДНЯ
ГЛУБИНА НИЖЕ УРОВНЯ СТОЛА РОТОРА
(напротив цифры 5500) колонна 13-3/8 дюймов 4391 футов
(напротив цифры 7500) колонна 9-5/8 дюймов 7671 фут
(напротив цифры 10000) колонна 7 дюймов
(напротив цифры 11000) конечная глубина 9782 фута
максимальное отклонение 33 (примечание переводчика: в оригинале нечетко пропечатан значок, поэтому непонятно – футов (обозначается значком ‘) или дюймов (обозначается значком ”).
При реализации некоторых программ бурения применение верхнего привода было оправдано только за счет того, что он обеспечивает более высокую скорость бурения. Однако использование верхнего привода дает и ряд других преимуществ, каждое из которых повышает эффективность эксплуатации буровой и повышает отдачу на инвестиции в бурение скважин. Например, при применении верхнего привода значительно реже происходит прихват бурильной трубы.
В историческом плане имевшие место время от времени «прихваты» буровой колонны в скважине считались делом обычным. Вероятность прихвата возрастает с увеличением глубины буримой скважины. Частота прихватов также может определяться свойствами конкретного пласта. Однако независимо от глубины бурения и свойств пласта, при использовании верхнего привода частота прихватов значительно сокращается. Бурение одновременно 30 метрами труб обеспечивает больше времени на проработку ствола скважины и циркуляцию твердых веществ на поверхность. Кроме того, в связи с тем, что используется меньшее число соединений, трубы останавливаются не столь часто. В результате меньше времени уходит на циркуляцию с целью обеспечения ровного распределения затрубной нагрузки. Все эти факторы помогают обеспечить свободу вращения колонны и долота и препятствуют прихвату.
Помимо прихватов, которые раньше часто происходили при бурении, буровые колонны при спускоподъемных операциях также могли наталкиваться на узкие места. Если колонна наталкивается на узкое место при спускоподъемных операциях на обычной буровой, требуются значительные усилия для подъема ведущей трубы и начала циркуляции и вращения трубы для ее провода через проблемный участок. При спускоподъемных операциях с использованием на буровой верхнего привода вращение и циркуляция обеспечиваются в любой момент в течение всего нескольких секунд. Бурильщику просто необходимо установить канаты, опустить верхний привод для зацепления с приводом колонны, установить соединение с манипулятором верхнего привода для работы с трубами, и начать циркуляцию. Это свойство дает бурильщику дополнительные преимущества в том смысле, что он может, когда это необходимо, “расширить скважину от забоя к устью». В результате, ствол скважины является обработанным и чистым, что обеспечивает успешный проход колонны.
Возможность быстрого и незатрудненного соединения с бурильной колонной во время спускоподъемных операций дает преимущества, которые более важны чем просто обеспечение значительно меньшего числа прихватов. Например, можно рассмотреть ситуацию, когда во время спускоподъемных операций происходит отбрасывание. В распоряжении бригады, работающей на буровой с ведущей трубой, имеется не много ресурсов и трудно не допустить выхода жидкости из скважины, не предпринимая радикальных мер. В случае, когда эта же ситуация возникает на буровой с верхним приводом, можно использовать канаты и происходит немедленное соединение верхнего привода, что позволяет установить контроль над скважиной в течение нескольких секунд после того, как обнаружено отбрасывание. Подобное быстрое реагирование на отбрасывание в скважине повышает безопасность на полу буровой и помогает предотвратить возможные травмы среди персонала.
Прочие аспекты применения верхнего привода способствовали тому, что больше внимание стало уделяться вопросам безопасности вокруг рабочей площадки буровой. При бурении с приводом за ведущую трубу роторный стол и вкладыш под ведущую бурильную трубу быстро вращаются на полу буровой, персонал находится поблизости. В связи с тем, что применение верхнего привода снимает необходимость использования механизма с вкладышами для вращения ведущей бурильной трубы, а роторный стол не используется для вращения трубы, единственное, что вращается на полу буровой – это гладкая бурильная труба. Кроме того, по той причине, что при применении верхнего привода исключаются 2 из трех соединений, персонал буровой в меньшей степени подвержен риску травматизма, в связи с чем случаи травматизма сокращаются и в реальности.
Экономия во времени бурения и сокращение риска травматизма среди персонала отражены в соответствующих данных, и эти преимущества могут быть выгодно использованы при работе любой буровой. В то же время, определенные преимущества применения верхнего привода обеспечивают значительное повышение добычи нефти и газа из залежей. Повышение добычи углеводородов обеспечивается сочетанием программ бурения с расширенным радиусом охвата и горизонтального бурения. При бурении скважин с большими отходами увеличивается горизонтальная площадь залежи, из которой можно вести добычу с данного места. Горизонтальное заканчивание позволяет обеспечить значительный рост конечной добычи из данной залежи. Все это создает огромные финансовые стимулы для оператора, и обеспечивается только применением систем верхнего привода.
В тех случаях, когда геологические, географические или экономические факторы ограничивают возможности по расположению точек заложения скважин, может быть выгодно отклонять скважины, бурящиеся из данного места, для того, чтобы достичь определенных мест залежи. Это достигается за счет бурения под углом 70 – 90 градусов от вертикали на повышенную глубину по стволу скважины. При бурении с помощью верхнего привода и принимая в расчет прочие параметры, такие как состав бурового раствора, в настоящее время нормальным считается увеличение длины горизонтального участка свыше 5 км.; в особых случаях длина горизонтального участка может превышать 10 км. (см. ссылки). Если бы места заложения скважин ограничивались максимальным углом в 40 градусов (самый большой угол, которого можно без затруднений достичь при бурении с приводом за ведущую трубу), общая горизонтальная площадь залежи, которую можно было бы вскрыть, составила бы примерно 10.6 км2. Если же максимальный угол увеличивается до 80 градусов от вертикали (что можно обеспечить только при бурении с верхним приводом), общая доступная площадь увеличивается в пропорции 30:1 до почти 320 км2. Благодаря этому конкретному преимуществу, на некоторых месторождениях, в основном морских, обеспечивалась экономия средств в размере до боле чем 2 млрд. долларов, результатом стала стандартизация применения верхнего привода практически на всех платформах и передвижных морских буровых установках.
Так же как и бурение с расширенным радиусом охвата, горизонтальное бурение позволяет получать более высокие финансовые результаты, но в силу совершенно иных причин. Интересно то, что применение горизонтального бурение в равной степени выгодно как на оншорных, так и на морских месторождениях. Базовой предпосылкой является следующее: имеющиеся данные свидетельствуют о том, что по сравнению со скважинами, законченными обычными методами, горизонтальные скважины обеспечивают прирост добычи на 300%, и, соответственно, значительный рост конечной нефтеотдачи (см. ссылки). Это происходит потому, что обычные скважины проникают в залежь вертикально и поэтому зоны добычи ограничены толщиной данной части пласта. Напротив, при горизонтальном заканчивании скважины протяженность продуктивной зоны увеличивается. Концепция горизонтальных скважин появилась в 40-е годы прошлого века, но применимой технически и экономически она стала только с внедрением верхнего привода.
Горизонтальные скважины обеспечивают повышенный дебит и конечную нефтеотдачу в силу целого ряда факторов. Как было сказано выше, горизонтальный участок ствола скважины обеспечивает более продолжительные перфорированные интервалы, что ведет к увеличению дебита. В пластах, которые залегают над водоносными зонами либо под газовыми шапками, увеличение расстояния до точки контакта с жидкостью может обеспечивать высокий дебит без образования водяного конуса в пласте. Кроме того, при большей длине ствола скважины сокращается уровень падения дебита и снижаются тенденции к образованию водяного конуса (см. ссылки). В трещиноватых формациях более продолжительный ствол скважины с большей вероятностью пересечет разрывы и таким образом обеспечит более высокий дебит и конечную нефтеотдачу. Горизонтальное бурение и применение верхнего привода могут позволит осваивать месторождения, на которых использование обычных методов и оборудования оказываются экономически неэффективными.
Профиль горизонтальной скважины JX-2
Фактическая вертикальная глубина, футов
колонна 13 2/3 дюймов, измеренная глубина по стволу 2670 футов
колонна труб 7 дюймов, измеренная глубина по стволу 10085 футов
хвостовик с щелевыми прорезями 4 ½ дюйма
измеренная глубина по стволу
трубы 5 ½ дюймов
колонна 9 ½ дюймов
измеренная глубина по стволу 9265
конечная глубина 11700 футов
хвостовик с щелевыми прорезями 7 дюймов
Хорошая вертикальная проницаемость в заливе Прудхо порождает серьезные проблемы с точки зрения образования водяного конуса в пласте. С помощью горизонтального бурения большая часть ствола скважины оказывается в продуктивном нефтяном пласте
Добычной ствол скважины Добычной ствол скважины
Перфорированный интервал для добычи нефти
С учетом скорости, безопасности и эффективности бурения, которые обеспечиваются применением верхнего привода, неудивительно, что большинство операторов и подрядчиков во всем мире сегодня считают системы с верхним приводом «стандартным оборудованием» при бурении как разведочных, так и эксплуатационных скважин. В настоящее время примерно на 92% всех передвижных морских буровых установок применяется верхний привод, верхним приводом оборудована каждая передвижная морская буровая установка, построенная за последние 9 лет. Хотя полностью потенциал верхнего привода был впервые реализован именно на морских буровых установках, подрядчики и операторы, разрабатывающие оншорные месторождения, в настоящее время понимают ценность верхнего привода и внедряют его рекордными темпами Более того, благодаря популярности применения верхнего привода на оншорных месторождениях, производители наращивают изготовление систем верхнего привода: более 72% всех систем верхнего привода, проданных за последние три года, предназначались для буровых на суше. Доказано, что буровые с верхним приводом бурят быстрее, безопаснее и более эффективно, они стали «промышленным стандартом» в бурении на нефть и газ.
и , компания Mobil Exploration. Доклад Общества инженеров-нефтяников Американского института горных инженеров № 000 «Успешное бурение под высоким углом на месторождении «Статфьерд». (R. C. Wilson and D. N. Willis, Mobil Exploration. SPE paper # 15465 “Successful High Angle Drilling in the Statfjord Field”).
Дж. П. Уилкерсон и Дж. Х. Смит, компания Standard Oil Production Co., и и , компания Standard Alaska Production Co.. Доклад Общества инженеров-нефтяников Американского института горных инженеров № 000 «Техника горизонтального бурения в заливе Прудхо на Аляске». ( J. P. Wilkerson and J. H. Smith, Standard Oil Production Co., and T. O. Stagg and D. A. Walters, Standard Alaska Production Co. SPE paper # 15372 “Horizontal Drilling Techniques at Prudhoe Bay, Alaska”).
, и , компания Standard Alaska Production Co.. Доклад Общества инженеров-нефтяников Американского института горных инженеров № 000 «Эксплуатация горизонтальных скважин в заливе Прудхо». (D. W. Sherrard, B. W. Brice, and D. G. MacDonald, Standard Alaska Production Co. SPE paper # 15376 “Application of Horizontal Wells at Prudhoe Bay”).
Источник
