Многочисленными экспериментальными исследованиями и широкой промысловой аппробацией установлено, что повышение скорости истечения промывочной жидкости из гидромониторных насадок долот является важным резервом увеличения показателей породоразрушающего инструмента и совершенствования технологии бурения скважин, особенно при бурении относительно мягких пород.(1).
Массовое применения гидромониторных долот в Западной Сибири при бурении турбинным способом верхних интервалов скважин под кондуктора Ø244,5мм на глубины до 1000м ставит актуальным вопрос количественной оценки влияния увеличения перепада давления на долоте, что равнозначно увеличению скорости истечения промывочной жидкости из его насадок, на механическую скорость бурения. В данных геолого-технических условиях применяются трехшарошечные долота и безопорные долота, оснащенные режущими твердосплавными пластинами PDC. В качестве привода данных долот используются:
-односекционные турбобуры Т12РТ-240, конструкция которых имеет одну принципиальную негативную особенность – уплотнение кольцевого зазора вращающего вала осуществляется обрезиненным ниппелем, который воспринимает перепад давления в долоте;
-новые односекционные турбобуры ТВ1-240, в которых резинометаллическая пята расположена в нижней части вала и, наряду с воспринятием ею гидравлической нагрузки от
перепадов давлений на турбобуре с долотом и реакции забоя, выполняет дополнительную функцию – уплотняет вращающий вал, являясь сальником лабиринтно-торцевого типа.
Две принципиально различные схемы уплотнения вала в турбобурах Т12РТ-240 и ТВ1-240 потребовали проведения экспериментальных исследований по определению эффективности их работы, т.е. утечек g через уплотнение при росте перепада давления на долоте Ра. Кроме того, необходимо было определить потери вращающего момента на трение в различных конструкциях резино-металлических пят, т.е. Мтрn (Ра). Данные экспериментальные исследования были проведены на универсальном буровом стенде ВНИИБТ при использовании натурных образцов турбобуров Т12РТ-240 и ТВ1-240, бурового раствора плотностью 1,17-1,20г/см³(2). Перепад давления на долоте подбирался изменением диаметра гидромониторных насадок; утечки, определяемые объемным способом, и затраты момента трения в резино-металлических пятах при различных перепадах давления в долоте определялись на устье при разгонных частотах вращения (np) вала турбобуров. Полученные результаты приведены на Рис. 1-2. Анализ экспериментальных данных позволил констатировать следующее:
-утечки g промывочной жидкости (Рис.1) через диаметральные зазоры неизношенного обрезиненного ниппеля турбобура Т12РТ-240 составляют 15л/с при перепаде давления в долоте Pg=2,5МПа или 25% от общего количества жидкости, поступающей в турбобур.
Вытекающая из-под ниппеля жидкость образует экранирующий «веер» встречному восходящему потоку в затрубном пространстве, ухудшает очистку долота и создает условия осложняющие состояние ствола реальной скважины (наддолотные сальники, затяжки, поршневание);
-утечки промывочной жидкости через пяту-сальник в турбобуре ТВ1-240 cоставляют 3 л/с при Рg=5МПа или 5% от общего количества жидкости, поступающей в турбобур. Данная гидравлическая характеристика пяты-сальника позволяет технически организовать принципиально улучшенную гидромониторную очистку долот при турбинном бурении верхних интервалов скважин в Западной Сибири;
-затраты момента трения в резино-металлической пяте Мтрn турбобура Т12РТ-240 на разгонных оборотах достигают более 30% от максимального (тормозного) момента Мт при перепаде давления в долоте Рg всего 2.5МПа (Рис.2), тогда как аналогичные затраты Мтрn в турбобуре ТВ1-240 в два раза ниже и сравниваются при Pg=5МПа.
Существенное преимущество в затратах Мтрn в ТВ1-240 объясняется новой конструкцией резинометаллической пяты с «утопленной» в подпятник резиной с существенно улучшенными характеристиками трения (3).
Следует отметить еще одно конструктивное преимущество турбобура ТВ1-240 - применение оптимизированной новой турбины с более низким (на 50% ) рабочим перепадом давления, что позволяет распределить этот резерв давления на улучшение гидравлической очистки долота.
Конструктивно-технологические преимущества турбобура ТВ1-240 и его эффективность проверялись при проведении сравнительных промысловых испытаний в ОАО «Сургутнефтегаз» при бурении под кондуктора на 24 скважинах Северо-Лаботьюганского месторождения. Анализ показателей работы долот в строго сопоставимых геолого-технических условиях показал ощутимое преимущество турбобуров ТВ1-240 по сравнению Т12РТ-240. Получено увеличение механической скорости в 3 раза при бурении под кондуктора глубиной до 500 м, а при бурении под кондуктора большей глубины увеличение составило 1,8 раза. Такой эффект достигнут за счет минимизации утечек в затрубное пространство из-под ниппеля турбобура, исключившей образование наддолотных сальников, а также улучшения гидравлических параметров очистки долота и забоя от выбуренной породы.
ОАО «Сургутнефтегаз» полностью заменил свой парк односекционных турбобуров на ТВ1-240, который составил в 2012г. более 100 шт.
Представленный материал показывает неоспоримое преимущество турбобура ТВ1-240 над Т12РТ-240 и в очередной раз доказывает наличие существенного резерва в повышении эффективности бурения за счет совершенствования гидравлической очистки долота, особенно в мягких породах.
Литература
1. Гусман А.М. Управление очисткой забоя скважины при бурении шарошечными долотами // Бурение и нефть, 2005, №2, с. 6-9.
2. Чайковский Г.П., Чайковский П.Г. Влияние перепада давлений в долоте и уплотнения вала шпинделя на характеристику турбобура //Нефтяное хозяйство.-2000, №11, с. 86-88.
3. Попко В.В., Чайковский П.Г., Мялицин Н.К. Применение резинометаллической пяты с «утопленной» резиной в турбинном бурении //Вестник АБП – 2013, №2, с. 27-30.
