МЕТОДИКА  РАЗРАБОТКИ  ПРОГРАММ  РАСЧЕТА  ПРОФИЛЯ  СКВАЖИНЫ  В  ВИДЕ  КРИВОЙ  С  НЕПРЕРЫВНОЙ  КРИВИЗНОЙ  НА  ПРИМЕРЕ  СИММЕТРИЧНОЙ  БИКЛОТОИДЫ

И.Л. Барский – к.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник
А.Б. Левина – к.ф.-м.н., ученый секретарь
Б.Р. Лалаянц – аспирант
Р.В. Иванычев – заведующий отделом
П.А. Макаров – заведующий сектором
ОАО НПО «Буровая техника»

Возрастание степени сложности решаемых геолого-технических задач при выборе профилей наклонно-направленных и горизонтальных скважин предопределяет создание современных научно-методических подходов их проектирования. В статье обосновано проектирование профиля с сохранением непрерывности кривизны в соответствии с естественным изгибом бурильной или обсадной колонны. В основу методики положено использование так называемого «натурального уравнения кривой», выражающего функциональную зависимость между кривизной кривой и длиной дуги, фактической длиной ствола скважины. Найдено решение для геометрии проектного профиля скважины в виде симметричной биклотоиды, реализованное для PC в среде Excel, позволяющее снизить напряжения изгиба колонны в стволе скважины, величину сил трения при перемещениях бурильного инструмента, и обеспечить надежное доведение осевой нагрузки на долото.

Ключевые слова: кривизна; кривая; интенсивность искривления; уравнение окружности; клотоида; биклотоида; трехинтервальный профиль.

METHODS  OF  DEVELOPMENT  OF  PROGRAMS  FOR  CALCULATION  OF  WELL  PROFILE  AS  A  CURVE  OF  CONSTANT  CURVATURE  AS  EXEMPLIFIED  BY  A  SYMMETRICAL  BICLOTHOID

I.L. Barsky – Ph.D. in Physics and Mathematics, Leading Research Associate  
A.B. Levina – Ph.D. in Physics and Mathematics, Academic Secretary
B.R. Lalayants – Postgraduate Student
R.V. Ivanychev – Head of Department
P.A. Makarov – Head of Department
OAO NPO “Burovaya Tekhnika”

The growing  complexity of geological and technological tasks to be solved  for selection of the profile of directional and horizontal wells determines creation of advanced scientific-methodological approaches to well profile design. The article provides the rationale for designing of a profile with constant curvature according to the natural curvature of a drill string or a casing. The method is based on the use of the so-called natural equation of a curve that shows functional relationship between the curvature of the curve,  arc length and the actual borehole depth. The authors provide an Excel format solution for the geometry of the projected well profile as a symmetrical biclothoid. The solution allows to reduce the bending stress of   the string in the wellbore, the friction force during drilling tool pulling and running, and to ensure stable weight on bit.

Key words: curvature; curve; deviation intensity; circle equation; clothoid; biclothoid; three interval profile.

 

ДИНАМИЧЕСКИЙ  АНАЛИЗ  ПРОЦЕССА  УГЛУБЛЕНИЯ  СКВАЖИНЫ

Г.С. Оганов – д.т.н., генеральный директор
С.А. Ширин-Заде – д.т.н., профессор, главный научный сотрудник
А.А. Парамонов – начальник отдела
ОАО НПО «Буровая техника»

Технологический процесс углубления скважины в условиях изменяющихся горно-геологических характеристик пластов можно отнести к хаотическому.
Применение аппарата синергетической теории информации для оценки фактических данных по ГИС позволяет проанализировать динамический режим проводки скважины и выдать практические рекомендации по выбору основных элементов компоновки низа бурильной колонны. Предложено для определения интенсивности изменения осевой нагрузки на долото воспользоваться моделью ограниченного роста – уравнением Ферхюльста. Регулирование осевой нагрузки на долото в соответствии с разработанной методикой позволяет обеспечивать устойчивый динамический режим бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин.

Ключевые слова: динамическая устойчивость; синергетические принципы; хаотический режим; фрактальная размерность; пространственная размерность.

DYNAMIC  ANALYSIS  OF  THE  BOREHOLE  DEEPENING  PROCESS

G.S. Oganov  – Ph.D. in Engineering, General Director
S.A. Shirin-Zade – Ph.D. in Engineering, Professor, Chief Research Associate
A.A. Paramonov – Head of Department
OAO NPO “Burovaya Tekhnika”

The process of borehole deepening in conditions of changing geological characteristics of formations can be classified as chaotic. 
The use of the synergetic theory of information for assessment of well logging data allows to analyze the dynamic mode of well drilling and provide recommendations on selection of BHA main elements. To assess the intensity of weight-on-bit change, it is recommended to use the limited growth model known as Verhulst’s equation. Regulation of the weight-on-bit according to the proposed method allows to achieve a stable dynamic mode of drilling of vertical and directional wells.

Key words: dynamic stability; synergy principles; chaotic regime; fractal dimention; 3D.

 

ОБОРУДОВАНИЕ  ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ  СКВАЖИН  И  РАЗОБЩЕНИЯ  ПЛАСТОВ

Цыбин А.А. – д.т.н., заслуженный изобретатель РФ, начальник отдела разработки скважинного оборудования
Моржиц П.А. – старший научный сотрудник отдела разработки скважинного оборудования
Цыбин С.А. – старший научный сотрудник отдела разработки скважинного оборудования
Пантелеев А.В. – директор
Соломаткин А.А. – заместитель директора по производству.
ООО «ВНИИБТ – Буровой инструмент» Котовский филиал

Приведены конструкции оборудования, изготавливаемого Котовским филиалом ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент», для повышения качества крепления скважин и разобщения пластов: устройства УСЦ для ступенчатого цементирования обсадных колонн, устройства УСЦС1 для секционного спуска и цементирования обсадных колонн, пакера ПМПЦ.М для подвески и цементирования хвостовиков, пакера ПРПЦ с циркуляционным клапаном для манжетного цементирования хвостовиков-фильтров. Показаны преимущества внутриколонных гидравлических пакеров ПМПЦ.М и заколонных гидравлических пакеров ПРПЦ с металлическими уплотнительными элементами трубчатого типа из высокопластичного алюминиевого сплава по сравнению с отечественными гидравлическими пакерами типа ПХН, ПХЦЗ, ТОКС, ПГП и ПГМЦ.
Даны результаты заводских испытаний заколонного пакера ПРПЦ-102 с циркуляционным клапаном для манжетного цементирования хвостовиков и для разобщения пластов.

Ключевые слова: крепление скважин; разобщение пластов; заколонные газоводоперетоки; двухступенчатое и манжетное цементирование; подвеска и цементирование хвостовика; пакер; секционный спуск колонны; металлический уплотнительный элемент.

WELL  CASING  AND  FORMATION  ISOLATION  EQUIPMENT

A.A. Tsybin, Ph.D. in engineering, Honored Inventor of RF, Head of Downhole Tools Department  
P.A. Morzhits – Senior Research Associate of the Downhole Tools Department
S.A. Tsybin – Senior Research Associate of the Downhole Tools Department
A.V. Panteleev – Director
A.A. Solomatkin – Deputy Operations Director
OOO “VNIIBT – Burovoy Instrument”, Kotovo Branch

The article focuses on equipment manufactured by the Kotovo branch of OOO “VNIIBT – Burovoy Instrument” for quality well casing and formation isolation: USTs tools for stage cementing of casing strings, USTsS1 tools for casing string running and cementing by sections, packer PMPTs.M for liner hanging and cementing, packer PRPTs  with a circulation valve for collar cementing of liner filters. The article describes advantages of tubing hydraulic packers  PMPTs.M  and casing hydraulic packers PRPTs with tube-type metal sealing elements made of high-ductile aluminum alloy,   as compared to other domestic hydraulic packers such as PHN, PHTsZ, TOKS, PGP and PGMTs.
The authors provide the factory tests results of PRPTs-102 packer with circulation valve for collar cementing of liners and formation isolation.

Key words: well casing; formation isolation; annular gas and water flows; two-stage cementing and collar cementing; liner hanging and cementing; packer; string running by sections; metal sealing element.

 

ПОСТРОЕНИЕ  НОВОГО  КЛАССА  ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ  ПРОФИЛЕЙ   НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ  СКВАЖИН,  СООТВЕТСТВУЮЩИХ ЕСТЕСТВЕННОМУ  ИЗГИБУ  БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ.

Г.С. Оганов – д.т.н., генеральный директор
И.Л. Барский – к.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник
А.М. Гусман – д.т.н., профессор, заведующий научно-консультативным отделом
В.В. Прохоренко – к.т.н., начальник отдела
ОАО НПО «Буровая техника»

Проектирование профиля направленной скважины основано на использовании на криволинейных участках дуг окружностей. Трудности сопряжения криволинейных и прямолинейных участков профиля наклонно-направленных и горизонтальных скважин на стадии проектирования и фактической реализации на практике потребовали разработки нового подхода. Предложенные решения предусматривают, что переходные кривые отличаются линейным изменением кривизны в зависимости от измеренной глубины, а общая непрерывность кривизны позволяет проектировать профили наклонных и горизонтальных скважин и боковых стволов в соответствии с естественным поведением бурильной или обсадной колонны в наклонной скважине. Проектные профили при этом обеспечивают меньшую длину по стволу и величину напряжений изгиба при перемещениях бурильной и обсадной колонны в скважине.

Ключевые слова: проектный профиль; кривизна; клотоида; симметричная и несимметричная биклотоида; бурильная колонна.

CREATING  OF  A  NEW  CLASS  OF  ENERGY-EFFICIENT  DIRECTIONAL  WELL  PROFILES  MATCHING  THE  NATURAL  CURVATURE  OF  THE  DRILL  STRING.

G.S. Oganov – Ph.D. in Engineering, General Dictor
I.L. Barsky – Ph.D. in Physics and Mathematics, Leading Research Associate
A.M. Gusman – Ph.D. in Enginering, Professor, Head of Scientific Advisory Department 
V.V. Prokhorenko – Ph.D. in Engineering, Head of Department
OAO NPO “Burovaya Tekhnika”

Designing of a directional well profile is based on the use of circular arcs in deviated intervals.  Difficulties associated with connecting of deviated and straight intervals of the profiles of deviated and horizontal wells at the design stage and during the actual implementation called for a new approach. The offered solutions suggest that the connecting curves differ in  linear variation of curvature depending on the measured depth, and the general continuity of curvature allows to design profiles of directional and horizontal wells and sidetracks that match the natural behavior of a drill string or a casing in the deviated well. Besides, projected profiles  provide for lesser borehole depth and lower bending stress while moving the drill string and the casing in the well.

Key words: projected profile; curvature; clothoid; symmetrical and asymmetrical biclothoid; drill string.

 

ОСОБЕННОСТИ  УПРАВЛЕНИЯ  ПРОЦЕССОМ  БУРЕНИЯ  СКВАЖИН  С  ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИНТОВЫХ  ЗАБОЙНЫХ  ДВИГАТЕЛЕЙ.

В.И. Молодило – к.т.н., начальник отдела
ООО «ВНИИБТ – Буровой инструмент»

В процессе бурения скважин долотами режущего типа отмечаются зоны неустойчивой работы ВЗД, участки перегруженного и недогруженного режима. Оптимизация режима работы ВЗД – один из главных путей повышения эффективности процесса бурения. В работе приведены принципиальные эксплуатационные особенности гидравлических двигателей различных типов: гидродинамического (турбобур) и гидростатического (ВЗД) действия.
Результаты проведенных исследований позволили разработать требования к технологическому процессу управления и контроля работы ВЗД, обеспечивающие повышение срока службы ВЗД и показателей бурения скважин.

Ключевые слова: автономный регистратор; гидравлическая система; винтовые забойные двигатели; стендовые характеристики; неуравновешенный режим; параметры режимов бурения.

CONTROL  OF  DRILLING  PROCESS  INVOLVING  THE  USE  OF  DOWNHOLE  DRILLING  MOTORS.

V.I. Molodilo – Ph.D. in Engineering, Head of Department
OOO “VNIIBT – Burovoy Instrument”

In the process of well drilling using cutting type drill bits there occur zones of unstable DDM operation, intervals of overload and underload.  Optimization of DDM operation is one of the ways to improve drilling performance. The article provides key performance data of downhole motors of different types: hydrodynamic (turbodrill) and hydrostatic (screw downhole motor).
Results of the conducted researches allowed to develop requirements for the screw downhole motor control processes that will help to increase service life of the motors and improve drilling performance.

Key words: autonomous recorder; hydraulic system; screw downhole motor; test-bench characteristics; unbalanced mode; drilling mode parameters.

 

ПУТИ  СОЗДАНИЯ  ЭФФЕКТИВНЫХ  ДОЛОТ  PDC  ДЛЯ  БУРЕНИЯ  КРЕПКИХ  ПОРОД.

А.М. Гусман – д.т.н., профессор, начальник отдела
А.А. Лышенко – младший научный сотрудник
ОАО НПО «Буровая техника»

Дальнейшее совершенствование технологии проводки стволов скважин с помощью долот PDC неуклонно будет связано с изменением характера разрушения забоя и использованием новых решений в области управления динамикой поведения бурильной колонны и КНБК. Предложена специальная конструкция поликристаллической алмазной пластины со ступенчатым профилем с меньшим вылетом передней ступени. Проведенные экспериментальные и теоретические исследования позволили разработать рекомендации по оптимизации конструктивных параметров резцов и углов их установки, обеспечивание повышение показателей производительности по сравнению с традиционными.
Разработаны компоновки низа бурильной колонны, которые практически устраняют флаттерную неустойчивость бурильной колонны с долотом и расширяют возможность применения PDC в различных геолого-технических условиях.

Ключевые слова: алмазнотвердосплавные долота; угол резания; ступенчатый резец; дифференциальное давление; неустойчивые поперечные колебания.

DEVELOPMENT  OF  HIGH  PERFORMANCE  PDC  BITS  FOR  HARD  FORMATIONS.

A.M. Gusman – Ph.D. in Engineering, Professor, Head of Department
A.A. Lyshenko – Junior Research Associate 
OAO NPO “Burovaya Tekhnika”

Further development of PDC-bit drilling technology will be steadily connected with  the changing fracture modes and the application of new drill string and BHA control solutions. The authors propose a special design of a polycrystalline diamond bit, a stepped profile  with a shorter front step.  The conducted experiments and researches allowed to develop recommendations on optimization of the cutter design and the angle of cutter setting aimed at achieving higher bit performance.
The authors developed bottomhole assemblies that allow to eliminate instability of the drill string with the bit and to extend the scope of PDC application in different geological and technical conditions.

Key words: hard-allow diamond bits; digging angle; corrugated tool; differential pressure; unstable transverse oscillations.

 

ПУТИ  ДАЛЬНЕЙШЕГО  СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ  ВИНТОВЫХ  ЗАБОЙНЫХ  ДВИГАТЕЛЕЙ.

Д.Ф. Балденко – д.т.н., профессор, главный научный сотрудник
ОАО НПО «Буровая техника»
Ф.Д. Балденко – к.т.н., доцент
РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

В связи с возросшим объемом бурения нефтяных и газовых скважин с применением ВЗД различного назначения, особую актуальность приобретают разработки, направленные на создание новых и совершенствовании существующих конструкций винтовых забойных двигателей. В настоящее время определены основные направления совершенствования ВЗД по пути повышения долговечности двигателей, модификации характеристик ВЗД долотам типа PDC, применимости специальных двигателей к особым условиям бурения; управления траекторией стволов наклонно-направленных и горизонтальных скважин. В работе представлены результаты анализа существующих конструктивных исполнений ВЗД, показаны их преимущества и недостатки. Рассмотрена задача выбора геометрических параметров рабочих органов двигателя применительно к конкретным условиям бурения скважины.

Ключевые слова: рабочие органы ВЗД; ротор; статор; параметры зацепления; удельная нормальная нагрузка; кинематическое отношение.

WAYS  OF  FURTHER  IMPROVEMENT  OF  SCREW  DOWNHOLE  MOTORS.

D.F. Baldenko – Ph.D. in Engineering, Professor, Chief Research Associate
OAO NPO “Burovaya Tekhnika”
F.D. Baldenko – Ph.D. in Engineering, Associate Professor
The Gubkin University of Oil and Gas

With the increased number of oil and gas wells drilled using screw downhole motors of different purpose, special importance is attached to development of new screw downhole motors and improvement of existing models.  The current approach to improvement of screw downhole motors involves such tasks as increasing of motor service life, increasing of performance of screw downhole motors to be used with PDC bits, creation of special motor types for special drilling conditions; directional and horizontal well path control tasks. The article analyzes the existing designs of screw downhole motors, their advantages and shortcomings, as well as the problem of selection of the rotor and stator geometry parameters for specific drilling conditions.   

Key words: operating elements of screw downhole motor; rotor; stator; lobe configuration; unit load; kinematic parameters.

 

ОСОБЕННОСТИ  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  ВИНТОВЫХ  ЗАБОЙНЫХ  ДВИГАТЕЛЕЙ  ПРИ  БУРЕНИИ  СКВАЖИН.

М.Г. Бобров – к.т.н., коммерческий директор
С.Г. Трапезников – начальник отдела
ООО «ВНИИБТ – Буровой инструмент»

Строительство наклонно-направленных, горизонтальных и многозабойных скважин базируется на широком применении винтовых забойных двигателей. Отличие конструкций скважин, решение различных технико-технологических задач в процессе проводки привело к созданию большого количества вариантов исполнения и типоразмеров винтовых забойных двигателей – «прямые», двигатели-отклонители с фиксированным углом искривления, двигатели-отклонители с регулируемым углом искривления. В работе даны рекомендации по выбору забойного двигателя, исходя из геолого-технических условий бурения и решаемых задач по управлению траекторией ствола ствола скважины, базирующиеся на определении и соответствии ряда факторов: длины секций рабочих органов ВЗД; характеристик ВЗД; производительности буровых насосов, очистки забоя от шлама; бурового раствора; и т.д. Учет данных факторов при выборе винтовых забойных двигателей позволяет повысить технико-экономические показатели при бурении и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин.

Ключевые слова: винтовой забойный двигатель; заходность пары; частота вращения; угол искривления; интенсивность искривления; пара «ротор-статор».

THE  USE  OF  SCREW  DOWNHOLE  MOTORS  FOR  WELL  DRILLING.

M.G. Bobrov – Ph.D. in Engineering, Commercial Director
S.G. Trapeznikov – Head of Department
OOO “VNIIBT – Burovoy Instrument”

Drilling of directional, horizontal and multilateral wells is based on a wide use of screw downhole motors. Differences in well structures and various drilling challenges have led to creation of a great number of models and standard sizes of screw downhole motors – “straight”, deflecting motors with a fixed curvature angle, deflecting motors with regulated curvature angle.    The article provides recommendations on the downhole motor selection depending on geological and technical conditions of drilling and well path control tasks, recommendations are based on the following factors: length of sections of operating elements; screw downhole motor performance data; mud pump discharge capacity; cuttings removal from the bottomhole; drilling mud; etc.     Taking these factors into account while selecting a screw downhole motor allows to increase well drilling and workover performance

Key words: screw downhole motors; number of starts; rotation speed; angle of curvature; deviation intensity; rotor-stator.

 

СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КОМБИНИРОВАННОГО БУРЕНИЯ НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН С ПОМОЩЬЮ ДВИГАТЕЛЯ-ОТКЛОНИТЕЛЯ.

В.В. Прохоренко – к.т.н., заведующий отделом
ОАО НПО «Буровая техника»

Современная технология строительства наклонно-направленных и горизонтальных скважин предусматривает комплексное использование преимуществ различных способов управления траекторией ствола скважины. В работе рассмотрен комбинированный способ бурения, при котором управление траекторией осуществляется путем чередования режима скольжения и вращения через определенные интервалы ствола. Проанализировано поведение КНБК, включающее долото, двигатель-отклонитель, с установленными на его корпусе центраторами. Показано, что от диаметра и места установки центраторов зависит эффективность и работоспособность отклоняющей КНБК при вращении бурильной колонны.

Ключевые слова: винтовой забойный двигатель-отклонитель; турбобур-отклонитель; режим слайдирования; центратор; искривленный переводник; аналитическая модель КНБК.

CURRENT  TECHNOLOGY  OF  COMBINATION  DRILLING  OF  DIRECTIONAL  WELLS  USING  A  DOWNHOLE  DRILLING  MOTOR-DEFLECTOR.

V.V. Prokhorenko – Ph.D. in Engineering, Head of Department
OAO NPO “Burovaya Tekhnika”

The current technology of directional and horizontal well drilling makes integrated use of benefits provided by different well-path control techniques. The article focuses on the combination drilling method where well path is controlled through interchanging sliding and rotation modes in appropriate wellbore intervals. The  author analyzes the behavior of BHA that includes a drill bit and a deflecting downhole drilling motor bearing centralizers.  It is shown that the diameter and position of the centralizers determine performance of the deflecting BHA  while rotating the drill string.

Key words: downhole drilling motor; turbodrill-deflector; sliding mode; centralizer; bent sub; BHA analytical model.

 

ПЕРСПЕКТИВЫ  ПРИМЕНЕНИЯ  НИЗКОЛИТРАЖНОГО  ВЫСОКОНАПОРНОГО  БУРЕНИЯ.

Ю.Р. Иоанесян – д.т.н., профессор
Г.П. Чайковский – к.т.н., заместитель генерального директора
В.В. Попко – к.т.н., заведующий отделом
ОАО НПО «Буровая техника»
С.В. Гладышев – ведущий инженер
ООО «ВНИИБТ – Буровой инструмент»

Разработка и реализация эффективной гидравлической программы является важной составляющей оптимизации процесса проводки скважин. Традиционно выбор расхода промывочной жидкости осуществляется только исходя из требований транспорта бурового шлама по затрубному пространству. Турбобур с разделенным потоком обеспечивает существенное снижение удельного расхода промывочной жидкости, подаваемой на забой. При таком режиме промывки снижается дифференциальное давление на забой; меньшая турбулизация потока приводит к снижению водоотдачи в пласт, что повышает эффективность строительства скважины. Данные турбобуры могут расширить область эффективного применения турбинного способа бурения особенно при использовании безопорных долот типа PDC.

Ключевые слова: турбинное бурение; промывка забоя; удельный расход; низколитражный режим; тормозной момент; энергетические характеристики.

PROSPECTS  FOR  APPLICATION  OF  HIGH  PRESSURE  DRILLING  AT  LOW  CIRCULATION  RATES.

Yu.R. Ionesyan – Ph.D. in Engineering, Professor
G.P. Chaikovsky – Ph.D. in Engineering, Deputy General Director
V.V. Popko – Ph.D. in Engineering, Head of Department
OAO NPO “Burovaya Tekhnika”
S.V. Gladyshev – Leading Engineer
OOO “VNIIBT – Burovoy Instrument”

Development and implementation of an efficient hydraulic program is an important part of the well drilling optimization process. The selection of a circulation rate is traditionally determined by requirements of the drill cuttings transport though the annulus.  A split-flow turbodrill enables to materially reduce specific rate of circulation.  This flushing mode allows reducing of bottomhole differential pressure; lower flow turbulence leads to lower water loss which helps to increase drilling performance.   These turbodrills are able to extend the range of effective application of the turbine drilling, especially when used with PDC bits.

Key words: turbine drilling; bottomhole flushing; specific flow rate; low circulation rate; braking moment; output performance.