close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4064.Новые буровые долота от ведущих компаний

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
World Oil: БУРЕНИЕ
НОВЫЕ БУРОВЫЕ ДОЛОТА
ОТ ВЕДУЩИХ КОМПАНИЙ
P. Fischer, редактор WO
Специалисты нефтегазовой отрасли работают над повышением твердости и долговечности долот.
С помощью новой металлургической технологии продолжается совершенствование даже таких
систем как долота с коническими шарошками
В настоящее время скорости проходки в бурении
стали настолько велики, что время перебазирования и монтажа буровых установок на скважинах
начинает превалировать в общих затратах времени.
Одновременно увеличивается долговечность долот.
В связи с этим задачей буровых подрядчиков является определение числа буровых установок, которые
потребуются для бурения необходимого числа скважин. К сожалению, признаков достижения предельной скорости проходки или момента поломки долота (т.е. рейса для смены долота) не существует. К
достижениям 2009 г. относятся усовершенствования
конструкции долот, а также некоторые новые металлургические технологии изготовления режущих
элементов и долот с коническими шарошками.
КОМПАНИЯ NOV
Компания NOV недавно разработала фирменный режущий элемент – зуб Downhole ReedHycalog TuffCutter Forged-In. Новый твердый сплав,
использующийся для изготовления режущего элемента долота, имеет высокое содержание карбида
вольфрама.
В традиционных технологиях изготовления режущих элементах долот для нанесения твердого
карбидвольфрамового покрытия, требуется сварка. Карбид вольфрама начинает плавиться при температуре 1182 °С. Температура при сварке равна
примерно 1650 °С. Это повреждает поверхностные
гранулы карбида вольфрама, что приводит к снижению его содержания на поверхности и увеличению
его содержания в основании сварочного материала.
Максимальное содержание эффективного карбида
составляет примерно 40 %.
Фирменный твердый металл Forged-In имеет повышенное содержание карбида вольфрама, в результате можно использовать традиционные способы сварки. Процесс Powder Forge ограничивает
температуру сварки до 1149 °С, тем самым предотвращая возможность расплавления гранул карбида
вольфрама. Получающийся твердый металл представляет собой однородную смесь гранул карбида
вольфрама по всей нанесенной толщине с объемным содержанием примерно 60 %.
Наличие твердого метала и двух других фирменных металлов FullGage на поверхности зуба, и
42
Защита TuffJacket
Твердый металл
Forged-In
Твердый
металл
Forged-In
Твердый метал
FullGage
Рис. 1. Конструкция режущего элемента и распределение твердых
металлов на зубе Downhole ReedHycalog TuffCutter Forged-In
компании NOV
покрытия TuffJacket, защищающего внешнюю поверхность конуса, позволило разработать самое последнее поколение долот компании - TuffCutter.
Пример работы долот. Рассмотренные долота
устанавливают рекорды скорости проходки в высоко абразивных формациях с отличным показателем
сработанности, например, на антиклинали пайндейл
в окр. Саблитт, шт. Вайоминг. Конусная шарошка, спущенная в интервал меса с использованием
12 1/2-дюймового долота ТС11, прошла в среднем
760 м за 13 ч. и 12 рейсов со средней скоростью
проходки 60 м/ч. Долото другой компании прошло
в среднем 757 м за 16,7 ч и 47 рейсов со средней
скоростью проходки 50 м/ч. В среднем степень
сработанности сократилась на 64 % во внутренних
рядах и на 57 % во внешних рядах (по сравнению с
другим долотом).
Что касается режущих элементов с поликристаллическими алмазными резцами (polycrystalline diamond cutter – PDC), компания разработала новые
ударопрочные режущие элементы DuraForce. Они
представляют собой самое последнее поколение
хорошо известных режущих элементов PDC типа
Raptor Deep-Leached Thermostable со значительно
более высокой ударной вязкостью. Самой сложной
проблемой повышения ударопрочности является существенное снижение или сведение «на нет» риска
быстрой потери алмазной матрицы. Это происходит
№1 январь • 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
World Oil: БУРЕНИЕ
Рис. 2. Сравнение показателей сработанности долота с прямыми
смещенными режущими элементами (слева) и долота Downhole
DuraForce компании NOV (справа) после бурения в округе Шелби,
шт. Техас. На новом долоте нет признаков быстрой потери алмазной
матрицы
тогда, когда внутренние остаточные напряжения
внутри режущего элемента приводят к потере больших кусков поликристаллического алмаза в результате чрезмерной нагрузки на элемент или удара.
Помимо значительного снижения долговечности, быстрая потеря алмазной матрицы может отрицательно сказаться на устойчивости тщательно
выполненного вооружения долота. Основание режущего элемента, операции после обработки, геометрия контактной поверхности и материалы (как
алмаз, так и карбид) – все это влияет на внутренние
остаточные напряжения.
Режущие элементы DuraForce спроектированы
так, что остаточные напряжения между алмазом и
карбидом значительно снижаются. Перепроектирование геометрии и изменение состава материалов влияют на снижение риска быстрой потери алмазной матрицы, тем самым значительно улучшая
показатели работы долота (рис. 2). Это может быть
подтверждено значительным увеличением долговечности и скорости проходки с одновременным
снижением стоимости бурения.
Дополнительные примеры работы долот. Установив двойной рекорд, 9 7/8-дюймовое долото
DSF616 (шесть лопастей, режущие элементы DuraForce, 16 мм), спущенное на забойном двигателе
компании NOV, пробурило самый протяженный
интервал с самой высокой скоростью проходки в
пласте босье париж (шт. Луизиана). Долото вошло в
пласт на глубине 565 м, прошло вертикально интервал протяженностью 1954 м со скоростью проходки
29,4 м/ч. В сравнении со средними показателями
по соседним скважинам, долото пробурило интервал на 10,3 % длиннее при скорости проходки на
77,5 % выше и со стоимостью одного метра проходки
на 42,24 % ниже, что привело к экономии затрат на
сумму примерно 66 тыс. долл.
№1 • январь 2010
Целью следующего спуска долота было подтверждение долговечности режущих элементов
при бурении самого протяженного интервала за
один рейс с высокой скоростью проходки. Долото
DSF713 диаметром 8 3/4” (семь лопастей, режущие
элементы DuraForce,13 мм) установило рекорд скорости проходки и пртяженности интервала в пласте
де сото париж, (шт. Луизиана). Долото вошло в пласт
на глубине 2458 м и пробурило интервал протяженностью 1016 м с отличной средней скоростью проходки 9,8 м/ч. Долото продемонстрировало высокую
долговечность и получило степень сработанности
1-2-WT-S-X-I-BT-TD. В сравнении со средними показателями по соседним скважинам, долото DuraForce
достигло скорости проходки на 90 % больше, пробурило интервал на 312 % длиннее со стоимостью
одного метра проходки на 65,36 % меньше, что привело к экономии примерно 200 тыс. долл.
КОМПАНИЯ SMITH
Превосходная износостойкость, ударопрочность
и повышенная термостойкость новых режущих
PDC-элементов. Пласты твердых и/или абразивных пород и переслаивающиеся интервалы, сложенные песчаниками и карбонатными породами,
традиционно были факторами, ограничивающими
применение долот PDC. Высокая твердость пород
и изменчивая природа пластов делают ритмичное,
стабильное бурение почти невозможным. Даже
самые прочные долота PDC не могут выдержать
тяжелый режим бурения в сложных условиях с сохранением целостности режущих элементов при
высокой скорости проходки.
Напряженный процесс разработки конструкции
нового долота начался с анализа уровня теплоты при
трении, выделяющейся на границе раздела порода/
режущий элемент. Высокая температура является
основным фактором, который затрудняет бурение
в пластах твердых и абразивных пород. Кроме того,
поскольку долота PDC требуются для бурения более протяженных интервалов на больших глубинах,
усиливается механизм термической деструкции
и микровыкрашивания, что еще больше снижает
долговечность режущих элементов PDC.
Специалисты изучили три важнейшие рабочие
характеристики, которые определяют долговечность режущих элементов PDC: термостойкость,
износостойкость и сопротивление удару. Анализ
показал, что для различных случаев требуются разные характеристики режущих элементов. В целом,
износостойкость и термостойкость необходимы при
бурении песчаников, алевролитов и других пластов
абразивных пород, в то время как большее сопротивление удару более всего подходит при бурении
переслаивающихся интервалов и пластов с более
высокой твердостью.
В результате изучения условий применения была
создана программа исследования и разработки, в
которой основное внимание уделялось выбору и
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
World Oil: БУРЕНИЕ
Данные о рейсах по четырем соседним скважинам
Диаметр, дюйм
Тип
Скв.
Заводской номер
Глубина выхода из пласта, м
12 1/2
12 1/2
12 1/2
12 1/2
12 1/2
12 1/2
12 1/2
MDSi816LBPX
PDC
TCI
PDC
KH813TBPXC
MDSi816LBPX
MDSi816LBPX
4
4
4
1
1
2
5
JY2671
4260
4514
4609
3712
3618
4215
2192
JY4740
JY8563
JY9681
Рис. 3. Долото MDSi816 диаметром 12 1/2″ с новой технологией
изготовления Onyx сокращает затраты и устанавливает рекорды
обработке исходных материалов для PDC-долот.
Инженеры-производственники разработали метод
их изготовления при высоких давлениях и температурах и оригинальный метод окончательной отделки, которые обеспечивали превосходные качество
и показатели режущих элементов. Применение
этих двух методов повлияло на улучшение термических характеристик режущих элементов, повысив износостойкость и усталостную долговечность
по сравнению со стандартными долотами PDC или
долотами PDC повышенного качества. Компания
дала технологии изготовления новых режущих элементов название Onyx. Новые режущие элементы
способны сохранять в абразивных песчаниках и
крепких карбонатах острую, эффективно режущую
кромку. Большая долговечность влияет на увеличение суммарной проходки с максимальными скоростями проходки. В процессе проведения промысловых испытаний были установлены новые эталоны
показателей работы в самых жестких условиях бурения, в том числе на месторождениях Западной
Африки, Восточного Техаса и Северного моря.
Пример показателей работы долот. Бурение
сложного 12 1/4-дюймового интервала ствола в Западной Африке с использованием долот PDC дало
неудовлетворительные результаты. Глубоководные
работы оказались дорогими, причем стоимость суточной эксплуатации буровой установки превышала 1 млн долл. Интервал представлял собой переслаивающийся глинами твердый и абразивный
песчаник с прочностью на сжатие более 137,9 МПА.
Обычно для бурения 12 1/4-дюймового интервала
требовалось от четырех до восьми долот на рейс. В
большинстве случаев долота PDC поднимали сильно
44
Интервал, м Время, ч
1197
254
95
764
406
1135
1702
53
53
25
57
110
128
80,3
Скорость проходки
22,80
4,83
3,77
13,38
3,67
8,87
21,18
Степень сработанности
2-3-WT-N-XXX-IN-CT-PR
5-8-RO-A-XXX-IN-WT-PR
1-1-WT-A-EEE-IN-LT-TD
3-7-RO-S-XXX-1-WT-PR
4-8-RO-S-XXX-1-WT-PR
2-3-WT-N-XXX-IN-CT-TD
1-2-WT-A-XXX-IN-DL-TD
сработанными в результате образования кольцевых
желобов и износа режущих элементов. Первоначальной целью стало бурение 12 1/4-дюймового интервала за один рейс или сокращение до минимума
числа спускоподъемных операций.
Для достижения этой цели специалистам необходимо было разработать конструкцию долота, которая оставалась бы динамически устойчивой для того,
что минимизировать нежелательное нагружение
долота и предотвратить возникновение вибраций
во время бурения. В результате было разработано
восьмилопастное 12 1/4-дюймовое долото MDSi816
с оптимизированной геометрией лопастей и насадок в целях улучшения очистки и максимального
увеличения гидравлического КПД и снабженное
дублирующими режущими элементами (рис. 3).
Долото на роторной управляемой компоновке
работало с отличными результатами в скв. 2 и 5
в пласте сильно абразивных пород. В скв. 2 долото пробурило весь 12 1/4-дюймовый интервал от
башмака до проектной глубины впервые в истории разработки месторождения и региона. Сокращение времени спускоподъемных операций дало
компании-оператору шестидневный выигрыш во
времени за счет исключения непроизводительных
затрат времени и сократило затраты на 2 млн долл.
В скв. 5 суммарная проходка и показатели скорости проходки долота были намного выше. В сравнение со средними показателями по трем скважинам
(шесть рейсов долота), новое долото PDC пробурило
на 165 % больше (1702 м) со скоростью проходки
21,18 м/ч – увеличение на 122 % – помимо заканчивания интервала ствола за один рейс (см. табл.).
В качестве дополнительного преимущества долото
подняли со степенью сработанности 1-2-WT-A-XXXIN-DL-TD.
КОМПАНИЯ VAREL INTERNATIONAL
Надежность нового долота PDC. Долото Diamond
Edge (рис. 4) представляет собой фирменное буровое долото PDC, спроектированное для работы на
высоких скоростях проходки и в условиях, предусматривающих использование большего числа
лопастей и режущих элементов. Его оригинальная
схема вооружения способствует большему повышению устойчивости долота и улучшению ритмичной
работы благодаря сочетанию возможностей скорости проходки с традиционной единичной схемой
режущих элементов и продляющими долговечность
№1 январь • 2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
World Oil: БУРЕНИЕ
конструктивными особенностями
и долговечное, чтобы сохранить
множественной схемы режущих
управляемость после бурения
элементов. В результате было разабразивных песчаников. Кровработано долото, которое с мили пластов находились на глунимальным износом работает на
бине 1774–2411 м (конгломерат
20 % быстрее, чем традиционные
бенд), 2411–2469 м (мабл фоллс)
долота PDC.
и 2469–2505 м (барнетт).
Новое долото имеет преимуДолото DE713PUX пробурищество асимметричной конструкло до глубины 2475 м за 30,5 ч с
ции лопастей (с целью предотвозросшей до 13,8 м/ч скоростью проходки – это в два раза
вращения вибрации благодаря
точно заданной множественной
быстрее, чем бурение традициасимметрии режущих лопастей).
онным долотом, Крме того, при
Такой подход способствует улучиспользовании традиционной
шению устойчивости долота и потехнологии требуется два долота
вышению скорости проходки.
на один рейс. Затраты на бурение
Эти долота работают в расодного фута проходки составили
46,72 долл., или на 42 % меньше,
ширенном диапазоне нагрузок,
быстро проходя пласт даже с нечем при использовании долота
большими нагрузками на долото в Рис. 4. Новое долото Diamond Edge компании FH123B.
более мягкой породе. Когда твер- Varel International
В другой скважине (в шт. Тедость пласта возрастает, долото
хас, окр. Аптон), 7 7/8-дюймовым
может воспринять повышенную
долотом Diamond Edge DE716X
нагрузку при плавном крутящем
был пробурен интервал 1772 м до
моменте и сохранить более выпроектной глубины 3242 м. В рейсе использовалась самая низкая
сокую конкурентную скорость
проходки.
средняя нагрузка на долото (по
Данное техническое решение
крайней мере, на 10 % меньше,
представляет собой отход от трачем при бурении других скважин
диционных долот с множественв этом районе). Бурильщик достиг
ной схемой, которым требуются
проектной глубины за 120,5 ч,
более высокие нагрузки для бучто меньше обычного времени
рения даже в мягкой породе. Эти
на 7 %.
долота обычно долговечны, однако медленно работают в более
КОМПАНИЯ HUGHES
твердой породе. Традиционные
CHRISTENSEN
долота с множественной схемой
Повышенная устойчивость
могут создавать нерегулярный
нового долота. Компания Baker
Hughes представила новое секрутящий момент при воздействии дополнительной нагрузки.
мейство долот PDC от компании
Новое долото имеет оригиHughes Christensen (рис. 5), с
нальную режущую систему, Рис. 5. В новых долотах PDC компании более высокой устойчивостью и
специально созданную для пере- Hughes Christensen объединены технологии усовершенствованными режуи режущих элементов самого щими элементами, которые обеходных зон и бурения твердых устойчивости
последнего поколения
пород. Такая инновационная конспечивают улучшенные показаструкция дает возможность компаниям-операторам тели бурения пластов барнетт-шейл, трэвис-пик и
оценить по достоинству ее эффективность за счет других.
повышенной скорости проходки, устойчивости и
Основное внимание при разработке новой кондолговечности.
струкции долота было сосредоточено на повышении
Примеры работы долота. Крупной компании- динамической устойчивости и показателях рабооператору в округе Хилл (шт. Техас) потребовалось ты в различных сложных условиях. При бурении
долото, которое могло бы проходить пласты, извест- в твердой породе или прохождении твердых проные своей чрезвычайной твердостью и абразив- пластков, переслаивающих пласты, скорости проностью. Она использовала 8 3/4-дюймовое долото ходки падают, что приводит к уменьшению глубины
Diamond Edge DE713PUX вместо долота с кониче- резания. При использовании традиционных долот
скими шарошками (эти долота компания традицион- PDC небольшая глубина резания становится прино применяла). Проект скважины предусматривал чиной появления разрушительного биения долота.
отклонение от вертикали на большой глубине, для При возникновении биения долота режущие элечего требовалось долото, достаточно управляемое менты калибруют ствол скважины неравномерно,
№1 • январь 2010
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
World Oil: БУРЕНИЕ
что приводит к очень неэффективному бурению,
значительному снижению скорости проходки и зачастую преждевременной поломке вооружения долота, сказывающихся на продолжительности рейсов
долота и, соответственно, увеличении общей стоимости бурения.
При модернизации конструкции долота проектировщики использовали фирменную динамическую
модель, которая оптимизировала распределение сил
для того, чтобы повысить устойчивость долота и обеспечить скорости проходки, во многих случаях на
40 % больше, чем в соседних скважинах. При новом
методе проектирования вооружение долота в целом
нагружается более равномерно, оптимизируя тем
самым эффективность и устойчивость при непрерывно возрастающих скоростях проходки. Повышение энергетического КПД позволяет новым долотам
быстрее бурить в мягких и твердых породах.
Режущие элементы нового поколения. Наряду с
оптимизированными методами проектирования, в
новом семействе долот PDC предусмотрены режущие элементы нового поколения, которые значительно более износостойки, чем другие конструкции. Созданные с помощью алмазной технологии
изготовления, новые режущие элементы отличаются оптимизированной контактной поверхностью
подложки карбида, что имеет принципиальное значение для уравновешивания напряжений в режущих элементах. Используя анализ конечных элементов, группа разработала конструкцию, которая
существенно уменьшает остаточные напряжения,
перемещая при этом главные напряжения от уязвимой режущей кромки.
В зависимости от условий бурения семейство
новых долот отличается выбором технологии изготовления режущих элементов, направленной на то,
чтобы решить проблемы, связанные с конкретным
случаем применения. Один тип режущих элементов
приспособлен специально для пластов абразивных
пород, в то время как другой спроектирован скорее
для того, чтобы отвечать требованиям условий бу-
рения, в которых необходимы как стойкость к истиранию, так и ударопрочность.
Примеры улучшения работы долот. В самых различных практических случаях новое семейство долот систематически демонстрирует более высокую
долговечность и скорость проходки по сравнению
с другими долотами PDC в сопоставимых скважинных условиях.
В пласте барнетт-шейл в Северном Техасе
8 3/4-дюймовое долото новой конструкции пробурило интервал песчаника атока и конгломерата
бенд протяженностью 571 м со средней скоростью
проходки 14 м/ч, выдерживая при этом наклонный
прямолинейный участок до точки набора кривизны.
Данный интервал традиционно бурили с использованием долот с коническими шарошками, однако
новое долото PDC пробурило весь интервал с более высокой и эффективной скоростью проходки.
В этом рейсе компания-оператор сэкономила почти
35 ч времени бурения и 58 тыс. долл.
В басс. Пайсенс (шт. Колорадо) два долота новой конструкции успешно пробурили нижний
7 7/7-дюймовый интервал переслаивающегося
песчаника и глинистого сланца протяженностью
более 914 м и достигли проектной глубины. В этих
рейсах проходка была на 37 % больше при скорости
проходки на 22 % выше, чем в среднем по соседним
скважинам. В двух рейсах компания-оператор в
совокупности сэкономила 34 ч времени бурения и
49 тыс. долл.
В переходной зоне трэвис-пик/коттон-вэлли в
округе Лаймстоун (шт. Техас) 7 7/8-дюймовое долото PDC нового поколения пробурило рекордные
387 м пласта, в котором чередуются слои твердого
песчаника и мягкого глинистого сланца. При скорости проходки 6,5 м/ч долото бурило на 31 % быстрее,
чем в среднем по соседним скважинам, и что более
примечательно, проходка была на 122 % выше, чем в
среднем в сопоставимых скважинах в радиусе 6 миль
(1 миля = 1,609 км). В этом рейсе компания-оператор
сократила затраты на бурение на 24 долл/фут.
Перевел С. Сорокин
ДЛЯ ВАШЕГО УДОБСТВА
Уважаемые читатели!
Напоминаем Вам, что редакция журнала «Нефтегазовые технологии»
предлагает бесплатную электронную рассылку архивных статей за 2007–2008 гг.,
подобранных по рубрикам.
Заказать бесплатно подборку статей можно
по телефону: (495) 670-74-81 или по адресу: art@ogt.su.
На нашем сайте Вы можете ознакомиться с материалами обзоров,
аналитической статистикой, справочниками.
По всем возникающим вопросам обращайтесь
по электронному адресу: art@ogt.su. или по телефону: (495) 670-74-81.
46
№1 январь • 2010
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
31
Размер файла
649 Кб
Теги
компания, долота, новый, 4064, ведущие, буровые
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа