Розвиток технологій буріння і проводки, збільшення глибин залягання вуглеводнів і необхідність зростання продуктивності свердловин надають завданню щодо збільшення діаметра стовбура пробуреної свердловини все більшої актуальності. Розширювачі різного типу знаходять повсюдне застосування як при ремонті існуючого фонду свердловин, наприклад, при ЗБС, так і при освоєнні шельфових родовищ, де питання підвищення ефективності та безпеки набувають особливої важливості.
Основні переваги, які дає збільшення діаметра свердловини:
- спрощення спуску колон і можливість застосування проміжної обсадної колони більшого діаметра в процесі буріння завдяки розширенню стовбурів свердловин нижче місць звуження обсадної колони;
- зниження ризику виникнення аварій, викликаних гідравлічними ударами, за рахунок ефективного регулювання еквівалентної щільності циркулюючого бурового розчину при зменшенні швидкості потоку в затрубному просторі;
- спрощення операцій закінчення свердловин з відкритим стволом, свердловин із застосуванням гравійних фільтрів і хвостовиків більшого розміру;
- оптимізація цементувальних робіт.
Для виконання операцій з розширення стовбура свердловини можуть використовуватися бурові інструменти, які мають різні принципи роботи. У загальному випадку всі інструменти можна розділити на дві великі групи за ознакою можливості зміни робочого діаметру інструменту в процесі виконання робіт. При такому поділі в одну групу потраплять інструменти з фіксованим діаметром інструменту, такі як біцентрічние долота і наддолотного ексцентрикові калібратори, а в іншу - інструменти із змінним діаметром робочих органів, або розширювачі. Перші мають робочий діаметр, що обмежується діаметром прохідного отвору обсаджена частини свердловини, другі ж характеризуються можливістю збільшення діаметра робочих елементів вже після спуску в свердловину. Переваги і недоліки інструментів обох типів представлені в таблиці 1.
Таблиця 1. Порівняльна характеристика інструментів для розширення стовбура свердловини
Незважаючи на відчутний ефект застосування расширителей при будівництві свердловин, слід пам'ятати, що дана операція складна і може призводити до прихопити і затягувань. За даними деяких фахівців, до 20% всіх прихватов відбувається саме в процесі розширення стовбура свердловин.
Успіх і якість даної операції багато в чому залежить від якості і технологічності використовуваного обладнання, тому необхідно особливо ретельно підходити до вибору застосовуваного інструмента. Економія на обладнанні може привести до значних втрат коштів як в разі виникнення ускладнень при проведенні робіт з розширення, так і при подальших операціях - спуску обсадної колони або концевика та цементування.
Протягом багатьох років досить прості конструкції расширителей задовольняли потреби нафтової промисловості. Однак з початком активного застосування направленого буріння, значним збільшенням протяжності і ускладненням геометрії свердловин виникла потреба у використанні сучасних високотехнологічних інструментів, що відповідають всім вимогам високопродуктивного буріння - так почалася ера сучасних розширювачів, які вже встигли отримати повсюдне поширення.
Поряд з уже добре себе зарекомендували інструментами з механічним і гідравлічним принципом активації, з'явилися і інноваційні пристрої з радіочастотної активацій (RFID). Даний метод, наприклад, дозволяє значно розширити області застосування розширювачів і знизити вартість проведення робіт, забезпечуючи можливість багаторазової активації і деактивації інструменту в процесі буріння, що дозволяє виключити необхідність багаторазового проведення СПО для розширення різних інтервалів в одній свердловині.
Першим таким розширником, активує в свердловині із застосуванням методу радіочастотних міток, став інструмент RipTide TM компанії Weatherford, що увібрав в себе весь накопичений компанією досвід ефективного конструювання расширителей різних типів. Варто зазначити, що надійність роботи і можливість застосування різних методів активації бурового розширювача RipTide забезпечується його конструктивними особливостями (рис. 1).
Малюнок 1. Варіанти конструкції розширювача RipTide
Двокомпонентна конструкція розширювача, що складається з контролера і тіла розширювача, дозволяє адаптувати його компоновку під конкретні завдання. Робочі характеристики розширювача регулюються такими параметрами, як діаметр тіла розширювача, розмір різців, діаметр омивають насадок, а також метод активації. Ще простіше активації скидаються кулею застосуємо для одноразової активації інструменту за один спуск, а застосування радіочастотної активації актуально при роботі на великих глибинах або при розширенні кількох інтервалів за одну СПО.
До переваг розширювача RipTide також слід віднести збалансованість конструкції блоку різців, що складається з трьох рознесених на 120 ° ріжучих головок, що забезпечує значне зниження вібрації інструменту в процесі буріння. У свою чергу, різці, профіль і озброєння яких підбирається для конкретних умов буріння, оснащені високоміцними преміальними полікристалічними, або PDC, вставками, що характеризуються високою ударною міцністю і ерозійної стійкістю (варіанти конструкції різців і полікристалічних вставок наведені на рис.2). А широке розмаїття типорозмірів розширювача RipTide дозволяє виконувати роботи по розширенню інтервалів свердловин практично будь-якої конструкції.
Малюнок 2. Варіанти конструкції різців
Конструктивні особливості расширителей RipTide визначають його наступні переваги:
- Сумісність з роторними керованими системами
Розширювач RipTide може експлуатуватися з роторними і роторними керованими системами (УКР), причому як в вертикальних, так і в похилих свердловинах. Сумісність з РУС дозволяє використовувати інструмент при виконанні робіт по похило-направленого буріння на протяжних інтервалах буріння.
При виконанні робіт з використанням розширювача RipTide 8500, який активується кулею, за один рейс було пройдено 458 м в породах Булайской і Бельської світ різної міцності (від 5% до 95%). Буріння під експлуатаційну колону діаметром 215,9 мм проводилося з подальшим розширенням стовбура до 228,6 мм. Як озброєння розширювача застосовувалися блоки різців для середніх порід з PDC вставками розмірами 9,5 мм.
В процесі реалізації проекту було обрано такі режими:
При таких показниках середня швидкість буріння перевищила 20 м / ч.
Знос озброєння розширювача після його підйому на поверхню наведено на малюнку 3.
Малюнок 3. Зовнішній вигляд розширювача і знос озброєння блоку різців до і після рейсу
Відносно невисока швидкість буріння була викликана значною неоднорідністю порід в зазначеному інтервалі, що призводило до виникнення вібрацій і змушувала знижувати навантаження на долото. Незважаючи на це, загальний результат роботи показав хороші механічні характеристики при бурінні з одночасним розширенням стовбура свердловини, а також продемонстрував високу надійність і безвідмовність конструкції розширювача (рис. 4).
Малюнок 4. Збалансована конструкція блоку різців
Іншим прикладом ефективного використання розширювачів є спільне застосування бурового розширювача RipTide і розширюється хвостовика MetalSkin ® на морський свердловині з великим кутом відхилення в Мексиканській затоці. Бурової розширювач RipTide серії 6000 розміром 6,5 дюймів був застосований для опрацювання та розширення стовбура свердловини до 7 дюймів на ділянці довжиною 227 м, після чого був успішно встановлений 6 × 7 5 / 8- дюймовий хвостовик для необсаженной свердловин MetalSkin з метою ізоляції ділянки сланцевих порід, що набухають під впливом води. Розширюваний хвостовик MetalSkin довжиною 277 м був встановлений на глибині 2573- 2850 м з нахлестом 41 м без цементування. В результаті застосування зазначених технологій було отримано достатньо великий діаметр прохідного каналу, що дозволило оператору подолати зону повної втрати циркуляції за допомогою 5 7 / 8- дюймового бурового долота. Крім того, механічний бар'єр також дозволив оператору використовувати морську воду замість бурового розчину на нафтовій основі і успішно досягти проектної глибини.
- Різні варіанти виконання корпусу розширювача
Розширювач RipTide може бути активований як за допомогою традиційного механізму падаючої кулі, так і за допомогою електроніки, коли невеликі, але дуже міцні датчики RFID всередині бурильної труби передають інформацію на електронний зчитувач, розташований на контролері інструменту (рис. 5). Модель бурового розширювача RipTide з радіочастотної активацією (RFID) - це перший в галузі автоматичний бурової розширювач.
Малюнок 5. Радіочастотний датчик RFID
У випадках, коли вартість експлуатації бурової велика і перед буровими бригадами стоять завдання мінімізації невиробничого часу, наприклад, при бурінні на шельфі, то бурові компанії-підрядники та оператори родовищ все частіше звертають увагу на розширювачі з можливістю багаторазового активації і деактивації блоків різців при бурінні без проведення СПО.
Основна перевага такої технології очевидно на прикладі проведеної роботи на родовищі Оугурук на Алясці, де застосування бурового розширювача RipTide компанії Weatherford дозволило пробурити стовбур свердловини діаметром 10 5/8 дюйма і розширити його до 11 ¾ дюймів, забезпечивши додаткове затрубний простір для спуску хвостовика діаметром 9 5 / 8 дюйма всього за одну СПО.
Для вирішення поставленого завдання компанією Weatherford був використаний розширювач RipTide з RFID серії 10625, спущений спільно з РУС, завдяки чому вдалося розширити проміжну частину стовбура свердловини в інтервалі 2124- 2577 м, пройшовши 452,63 м сланцевих порід з пропластками аргеллітов і пісковика і здійснивши за один спуск п'ятикратну активацію інструменту: при наземних випробуваннях, нижче черевика діаметром 11 ¾ дюйма, на черевику для короткої опрацювання, на проектній глибині і при наземних випробуваннях після підйому. Результатом даної роботи для оператора став успішний і безпечний спуск обсадної колони діаметром 9 5/8 дюйма до проектної глибини.
В цілому, такі технологічні рішення Weatherford, як буріння з одночасним розширенням стовбура свердловин і можливістю багатократного активації інструменту, поряд з прийнятною вартістю послуг дозволяють замовникам компанії знаходити все нові можливості для оптимізації проектів і скорочення їх собівартості.