Способ разбуривания элементов технологического оборудования в скважине
METHOD FOR DRILLING OF PROCESS EQUIPMENT ELEMENTS IN WELL

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при освоении, ремонте и эксплуатации скважины, разбуривании элементов технологического оборудования в скважине, в частности, оснасток горизонтальной и наклонной скважины, хвостовиков зарезки боковых стволов, муфт гидравлического разрыва пластов в хвостовиках, сложных забоев, нормализации проходного сечения скважины, а также при очистке ствола скважины от шлама.
Известен способ роторно-турбинного бурения, согласно которому в рабочем органе, включающем связанные между собой забойные двигатели, например турбобуры, вращают породоразрушающие наконечники вокруг собственных осей, или/и еще вокруг центральной оси рабочего органа, осуществляют осевую подачу с колебательными движениями рабочего органа, очистку призабойной зоны и удаление разрушенной породы промывочной жидкостью на поверхность. Выработку осуществляют при помощи рабочего органа, выполненного в виде связанного рамой линейного ряда турбобуров, и центрального снаряда с внутренней колонной, причем для увеличения габаритов центральной части выработки на центральном снаряде устанавливают инерционный или складывающийся расширитель, который располагают с опережением по отношению к породоразрушающим наконечникам, установленным на турбобурах, при этом проводят дополнительную очистку призабойной зоны при помощи вращения шнекообразных или спиралевидных секций, установленных соосно на шпинделях линейного ряда турбобуров и внутренней колонне центрального снаряда, и подачи промывочной жидкости в призабойную зону с помощью расположенных между турбобурами со шнековыми или спиралевидными секциями напорных трубопроводов с гидронасадками, а также вакуумизации верхней части колонны труб центрального снаряда. (Патент РФ №2280747, кл. Е21В 7/00, E02D 17/00, опубл. 27.07.2006).
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ роторно-турбинного бурения, согласно которому осуществляют спуск рабочего органа, включающего турбобуры с породоразрушающим инструментом, гидроподачу рабочего органа и вращение породоразрушающего инструмента вокруг собственных осей, выравнивание стенок выработки, удаление продуктов разрушения. Непосредственно в процессе бурения производят одно-, двух- или п-ступепенчатое срезание междолотных выступов, а также дополнительное измельчение и перемешивание разрушенной породы при помощи резцов и скоб баровых цепей, установленных с возможностью движения вокруг шпинделей турбобуров, причем баровые цепи устанавливают на звездочках с диаметром одинаковой величины или с диаметром разной величины, увеличивающимся снизу вверх, при этом на одном из шпинделей устанавливают звездочки с жесткой фиксацией относительно шпинделя, а на другом - с возможностью вращения, а при бурении скважины большого диаметра производят вращение рабочего органа вокруг центральной оси (Патент РФ № 2291266, кл. Е21В 7/00, E02D 17/00, опубл. 10.01.2007 - прототип).
Известные способы применимы при бурении новых скважин, применение способов позволяет увеличить механическую и рейсовую скорость бурения.
Общим недостатком известных способов является то, что в существующих скважинах при ремонте и эксплуатации скважины, разбуривании элементов технологического оборудования в существующей скважине применение известных способов приводит к повреждению стенок эксплуатационной колонны скважины. Шнекообразные и спиралевидные секции или резцы и скобы баровых цепей в известных способах не предназначены для измельчения элементов технологического оборудования. При их взаимодействии не до конца измельченные элементы технологического оборудования располагаются между стенками эксплуатационной колонны скважины и шнекообразными и спиралевидными секциями или резцами и скобами баровых цепей, происходит истирание эксплуатационной колонны скважины и даже заклинивание оборудования и повреждение стенок скважины. При этом ухудшается вынос остатков технологического оборудования из скважины. Вращение колонны труб не ликвидирует прихваты и заклинивание колонны труб.
В предложенном изобретении решается задача ликвидации прихватов и заклинивания колонны труб при разбуривании элементов технологического оборудования в скважине.
Задача решается тем, что в способе разбуривания элементов технологического оборудования в скважине, включающем свинчивание на устье скважины колонны труб с винтовым забойным двигателем и с разбуривающим элементом на конце, спуск в скважину колонны труб, прокачку по колонне труб технологической жидкости и вращение винтового забойного двигателя и разбуривающего элемента, одновременное вращение колонны труб в направлении вращения винтового забойного двигателя и разбуривающего элемента, продвижение колонны труб вдоль скважины и подъем колонны труб, согласно изобретению, вращение колонны труб начинают после достижения рабочей нагрузки на разбуривающий элемент, начальное вращение колонны труб назначают в пределах 12-15 об/мин и поддерживают в пределах 12-40 об/мин, при увеличении нагрузки на разбуривающий элемент приподнимают колонну труб, достигая рабочей нагрузки, не прекращая прокачки технологической жидкости и вращения колонны труб, периодически приподнимают и опускают колонну труб, при этом отмечают вес колонны труб при подъеме и опускании, при большой разнице весов делают вывод о прихвате колонны, для освобождения от прихватов увеличивают скорость промывки и/или увеличивают скорость вращения колонны, выполняют расхаживание колонны вниз и вверх.
При осуществлении способа колонну труб на устье скважины полностью или частично возможно свинчивать из стальных бурильных труб с высаженными наружу замками или бурильных труб с высаженными внутрь концами.
Сущность изобретения
Разбуривание элементов технологического оборудования применяется после бурения, ремонта и эксплуатации скважин. В качестве элементов технологического оборудования, подлежащих разбуриванию, могут иметь место элементы, части оборудования или целые детали, извлечение которых из скважины невозможно или сопряжено с неоправданными затратами сил и средств, и которые вышли из строя или потеряли необходимость нахождения в скважине. Такими элементами могут быть, в частности, оснастки горизонтальной и наклонной скважины, хвостовиков зарезки боковых стволов, муфты гидравлического разрыва пласта, клапаны, выносимый из пластов песок, проппант, частицы породы, окалина, асфальтосмолопарафиновые отложения, цементная крошка, соли и т.п. Разбуривание может также применяться при очистке ствола скважины от шлама, отложений, продуктов реакции и прочих загрязнений и кольматирующих веществ.
В процессе эксплуатации и Проведения технологических операций в скважине накапливается песок, цементная крошка, окалина, тяжелые фракции нефти, соли и присутствуют элементы технологического оборудования. После проведения технологических операций необходимо удалить из скважины эти элементы. Промывкой такие элементы из скважины удалить не удается. Для их удаления проводят операцию разбуривания элементов с выносом образовавшегося шлама на поверхность.
Разбуривание элементов технологического оборудования сопряжено с рядом трудностей. В горизонтальной или наклонной части ствола скважины хвостовика шлам при движении от забоя к устью оседает в нижней части сечения хвостовика или ствола скважины, а также за муфтами бурильных труб. Это зачастую приводит к прихватам инструмента. При разбуривании по мере накопления шлама при натяжении бурильного инструмента (при движении инструмента к устью), колонна бурильных труб муфтами собирает перед и за собой шлам, вызывая прихват инструмента. Во избежание прихватов бурильного инструмента приходится производить постоянное расхаживание инструмента с одновременной промывкой ствола скважины и хвостовика, что сопряжено с дополнительными затратами времени и не гарантирует отсутствия прихватов в дальнейшем.
Предлагаемую технологию разбуривания элементов технологического оборудования выполняют следующим образом.
На устье скважины собирают колонну труб, для чего свинчивают на муфтах колонну труб полностью или частично из стальных бурильных труб с высаженными наружу замками и/или из бурильных труб с высаженными внутрь концами. Бурильные трубы с высаженными наружу замками свинчивают на наружных муфтах, бурильные трубы с высаженными внутрь концами свинчивают на внутренних муфтах. Наружные муфты препятствуют движению разбуренных элементов вверх к устью скважины, в то время как внутренние муфты не оказывают такого воздействия. Поэтому целесообразно колонну труб свинчивать на внутренних муфтах, что не всегда выполнимо на практике. Чаще всего на скважине присутствует какой-либо один вид труб, что, однако, не исключает частичное наличие другого вида труб. Наиболее целесообразно низ колонны труб на длину не менее длины разбуривания свинчивать из бурильных труб с высаженными внутрь концами, которые свинчивают на внутренних муфтах. Отсутствие наружных муфт способствует выносу разбуренных элементов из наиболее опасной с точки зрения прихватов зоны скважины. Стальные бурильные трубы с высаженными наружу замками соответствуют ГОСТ 32696-2014, ГОСТ 50278-92, ГОСТ 631-80, ГОСТ 7909-56, API Spec 5D, бурильные трубы с высаженными внутрь концами соответствуют ГОСТ 7909-56, API Spec 5D.
Низ колонны оборудуют винтовым забойным двигателем с разбуривающим элементом на конце. В качестве разбуривающего элемента используют фрез торцовый режущего или режуще-истирающего действия. Вооружение данного фреза для обеспечения эффективной работы максимально соответствует разбуриваемому материалу.
Колонну труб подвешивают на подъемнике с замером веса колонны. По колонне труб выполняют прокачку технологической жидкости, например, воды, воды с поверхностно-активными веществами, солевого раствора, и пр. с расходом порядка 5-20 л/с. Вызывают вращение винтового забойного двигателя и разбуривающего элемента. Частоту вращения винтового забойного двигателя поддерживают в пределах от 80 до 450 об/мин. Выполняют мероприятия по приработке разбуривающего элемента с элементами технологического оборудования, подлежащего разбуриванию. Для этого спускают на подвеске колонну труб до соприкосновения разбуривающего элемента с элементами технологического оборудования, подлежащими разбуриванию, и создают рабочую нагрузку на разбуривающий элемент. Величину рабочей нагрузки плавно увеличивают с 0 до 600 кг, давая возможность фрезу приработаться на элементе технологического оборудования. Начальная нагрузка, близкая к 0, обусловлена неравномерным контактом торцевой поверхности фреза и разрушаемой поверхности. Прирабатываясь, режущие поверхности фреза стачиваются, давление режущих элементов на разрушаемую поверхность становится равномерным, нагрузку постепенно доводят до плановой, то есть до 600 кг. Темпы набора нагрузки от 0 до 600 кг в каждом случае подбираются индивидуально, признаками для увеличения нагрузки на фрез служат отсутствие подклиниваний фреза и стабильность проходки. При начале разбуривания после достижения рабочей нагрузки на разбуривающий элемент сохраняя прокачку технологической жидкости производят одновременное вращение колонны труб в направлении вращения винтового забойного двигателя и разбуривающего элемента. Для этого на устье скважины монтируют привод для вращения - силовой вертлюг, механический или гидравлический ротор или их аналоги. Для обеспечения прокачки жидкости во вращающуюся колонну труб на верхнюю из труб (круглого или квадратного сечения) монтируют промывочный (буровой) вертлюг, позволяющий производить одновременную прокачку жидкости и вращение компоновки бурильных труб.
Начальное вращение колонны труб назначают в пределах 12-15 об/мин. и поддерживают в пределах 12-40 об/мин. Точечное значение вращения выполнить на практике практически невозможно, поэтому вращение поддерживают в заданном интервале. При разбуривании определяют вес колонны. Изменение веса поддерживают в рабочем интервале нагрузки на разбуривающий элемент, например, в пределах ±200 кг. При снижении веса колонны приподнимают колонну, снижая нагрузку на разбуривающий элемент, при увеличении веса опускают колонну, увеличивая нагрузку на разбуривающий элемент, достигая рабочей нагрузки. Продвигают колонну труб вдоль скважины до конца разбуриваемого участка.
При продвижении колонны труб, не прекращая прокачки технологической жидкости и вращения колонны труб, периодически приподнимают и опускают колонну труб. При этом отмечают вес колонны труб при подъеме и опускании. При большой разнице весов порядка ±2000-4000 кг делают вывод о прихвате колонны. Для освобождения от прихватов увеличивают скорость прокачки технологической жидкости и/или увеличивают скорость вращения колонны и/или выполняют расхаживание колонны вниз и вверх. По окончании разбуривания прекращают прокачку технологической жидкости, прекращают вращение колонны труб и поднимают колонну труб из скважины.
Вращение бурильных труб позволяет выносить шлам из-под бурильных труб, в том числе из-под муфт бурильных труб. Далее шлам в потоке технологической жидкости устремляется к устью. Применение бурильных труб с высаженными внутрь концами, имеющих равный (или практически равный) с телом трубы наружный диаметр, позволяет обезопасить процесс от прихватов, так как отсутствуют наружные муфты бурильных труб, за которыми скапливается шлам, а вращение таких бурильных труб позволяет выносить шлам к верхней части сечения, где шлам подхватывается потоком жидкости и выносится к устью. Бурение с вращением устья в комплексе с использованием винтового забойного двигателя позволяет развивать большую скорость разбуривания, нежели применение этих методов по отдельности.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1. В скважину спущена и зацементирована эксплуатационная колонна диаметром 168 мм на глубину 1840 м, спущен и зацементирован в интервале от 1810 до 2410 м хвостовик диаметром 114 мм. В скважине проведены работы по гидроразрыву пласта. В результате после гидроразрыва пласта в конструкции хвостовика остались 4 муфты гидроразрыва пласта. Для разбуривания этих муфт на устье скважины собирают колонну бурильных труб, для чего свинчивают бурильные трубы с высаженными внутрь концами на длину 450 м, т. е. на длину не менее длины разбуривания. Верхнюю часть колонны собирают из стальных бурильных труб с высаженными замками. Низ колонны оборудуют фрезом режуще-истирающего действия диаметром 95 мм, малогабаритным винтовым забойным двигателем МВЗД-73-ВМ высокой мощности диаметром 73 мм, обратным клапаном и фильтром. Колонна бурильных труб составляет 2256 м. Колонну труб подвешивают на подъемнике с замером веса колонны, т. е создают подвеску. По колонне труб выполняют прокачку воды с расходом порядка 7-14 л/с. Вызывают вращение винтового забойного двигателя и разбуривающего элемента. Частоту вращения винтового забойного двигателя поддерживают в пределах 12-40 об/мин. После спуска всей компоновки на глубину на 30 м выше первой муфты на 1956 м плавным допуском колонны труб нащупывают первую муфту разгрузкой колонны труб в 600 кг. Приступают к разбуриванию. Отмечают углубление подвески на 1 см, после чего механическим ротором подкручивают колонну труб с частотой вращения в пределах 12-15 об/мин, плавно наращивая частоту вращения в пределах 12-40 об/мин. При разбуривании определяют вес колонны. Изменение веса поддерживают в рабочем интервале нагрузки на разбуривающий элемент в пределах ±200 кг. При снижении веса колонны приподнимают колонну, снижая нагрузку на разбуривающий элемент, при увеличении веса опускают колонну, увеличивая нагрузку на разбуривающий элемент, достигая рабочей нагрузки. Продвигают колонну труб вдоль скважины до конца разбуриваемого участка. Конец разбуривания первой муфты обнаруживают по резкому нарастанию веса подвески на устье, при этом отмечают, что снялась нагрузка в 600 кг, которую оказывали разгрузкой на первую муфту.
3
Отмечают вес колонны труб при подъеме и опускании. Отмечают, что разница весов при подъеме и опускании подвески составляет ±2500 кг, что свидетельствует о наличии сил трения между колонной труб и стенками скважин и хвостовика, т. е. о прихватах колонны. Выполняют расхаживание колонны труб. С вращением углубляют подвеску на первые 5 труб, приподнимают подвеску с вращением на 2 трубы, проверяя отсутствие затяжек, снова спускают подвеску на 5 труб и снова приподнимают подвеску на 2 трубы, снова спускают подвеску на 5 труб, снова приподнимают подвеску на 2 трубы. Промывают скважину закачкой воды в объеме 58 м, что более, чем в 1,5 раза превышает объем ствола скважины, чтобы очистить скважину и хвостовик от продуктов разбуривания. Разбуривание 2-й, 3-й, 4-й муфты проводят аналогично.
По окончании разбуривания прекращают прокачку технологической жидкости, прекращают вращение колонны труб и поднимают колонну труб из скважины.
В результате удается полностью освободить скважину от муфт, не допустить прихвата и заклинивания колонны труб при разбуривании элементов технологического оборудования в скважине.
Пример 2. Выполняют как пример 1. Верхнюю часть колонны бурильных труб свинчивают из стальных бурильных труб с высаженными замками большего диаметра, чем нижняя часть колонны бурильных труб, например, СБТ-73 с наружным диаметром замков 105 или 108 мм. Наружный диаметр данных труб меньше внутреннего диаметра скважины для обеспечения прохождения внутри эксплуатационной колонны скважины. Так же при этом обеспечивается свободный вынос продуктов разбуривания на поверхность, что обеспечивается зазором между внутренним диаметром в 150 мм эксплуатационной колонны и наружным диаметром замка в 108 мм стальной бурильной трубы. Нижнюю часть колонны труб, которая при разбуривании заходит в хвостовик, свинчивают из стальных бурильных труб с высаженными наружу замками меньшего диаметра, чем внутренний диаметр хвостовика, например, СБТ-60 с наружным диаметром замков 77 мм. Наружный диаметр замков данных труб выбирают меньше диаметра фреза, составляющего 95 мм. В данном случае риски прихвата компоновки бурильных труб выше, чем при работе с применением бурильных труб с высаженными внутрь концами из-за возможности накопления шлама из разбуренных элементов и материалов за муфтами колонны стальных бурильных труб. По колонне труб выполняют прокачку воды с увеличенным расходом порядка 15-20 л/с. Ротором подкручивают колонну труб с частотой вращения в пределах 12-15 об/мин, плавно наращивая частоту вращения в пределах 30 - 40 об/мин.
При предложенных режимах разбуривания удается достичь положительного результата - разбурить без прихватов и заклинивания.
Применение предложенного способа позволит полностью освободить скважину от элементов технологического оборудования, не допустить прихваты и заклинивания колонны труб при разбуривании элементов технологического оборудования в скважине.