«геология жəне тұРАҚты даму» Ғылыми-теориялық конференциясы еңбектері

 
400 
 
 
Одной из основных проблем рационального использования 
подземных вод является освоение гидрогеологических скважин 
на  стадии  вскрытия  водоносных  пластов  вращательным 
способом  с  промывкой  глинистым  раствором.  В  практике 
известны более 20 способов разглинизации [3]. 
Одним из прогрессивных способов разглинизации является 
вибрационный,  заключающийся  в  воздействии  на  водоносный 
пласт и закольматированный  фильтр высокочастотных гидрав-
лических  ударов.  Последние  передаются  жидкости,  заполняю-
щей  скважину,  рабочим  органом,  представляющим  колонну 
труб  с  дисками.  Рабочий  орган  совершает  продольные  колеба-
ния с амплитудой 5-10 мм при частоте 10-15 Гц с помощью виб-
Рис.1 Схема вибрационного освоения 
 
водоносного пласта: 1 – гидроударник; 
 2 – 
наковальня; 3 – диск; 4 – фильтр; 
 5 – 
боек; 6 – отстойник; 7 – заглушка; 
8 – 
глинистая корка;  
9 – 
водоносный пласт. 

 
401 
ратора, расположенного на поверхности. Возникающие перепа-
ды давления в пределах 0,2-0,5 МПа с одновременной  откачкой 
эрлифтом  способствуют  эффективной  разглинизации  водонос-
ного пласта и фильтра [3]. 
Основной  недостаток  указанного  технического средства –  его  
эффективное применение при малой глубине залегания  водоносно-
го пласта  (до 200) м из-за расположения вибратора на поверхности. 
По  этой  причине  амплитуда  и  энергия  колебаний  дисков  рабочего 
органа по мере роста глубины залегания пласта уменьшаются и ста-
новятся недостаточными для разглинизации [3] . 
Для повышения эффективности декольматации пластов, за-
легающих  на больших  глубинах,  нами  предложено  устройство, 
состоящие из забойного  генератора ударных импульсов 1, (на-
пример гидроударника) и подпружиненной наковальни 2 с дис-
ком 3 (рис.1), диаметр которого близок к внутреннему диаметру 
фильтра  4.  После  спуска  устройства  на  бурильных  трубах  и 
включения в работу генератора 1 боек 5 наносит по наковальне 
2  высокочастотные  удары,  которые  через  диск  3  передаются 
жидкости.  В  результате  в  последней  формируются  волны  сжа-
тия,  которые  со  скоростью  звука  перемещаются  к  заглушке  7 
отстойника и, отражаясь  трансформируются в обратные волны 
растяжения.  Так  при  этом  виде  деформации  прочность  жидко-
сти мала, в ней образуются разрывы, которые затем захлопыва-
ются под действием большого перепада давления. В результате 
возникающих знакопеременных давлений        глинистая корка 8 
на  водоносном  пласте  (а  часто  и  на  фильтре)  обрушается,  а 
последующая  эрлифтная  откачка  выносит  продукты  деколь-
матации на поверхность.[3] 

 
402 
Определим  параметры  единичного  гидравлического  удара 
по жидкости диском 3 наковальни. Допустим, что энергия удара 
бойка 5 гидроударника по наковальне равна 
2
2
mV
Е
=
. Учиты-
вая достаточно большую скорость диска (4-5 м/с), значительную 
инерцию  жидкости,  а  также  малые  зазоры  между  диском  3  и 
внутренним диаметром заглинизированного фильтра (отверстие 
фильтра  зарастают  также  химическими  осадками  в  процессе 
эксплуатации), модель процесса можно представить следующим 
образом: жесткий груз, имеющий массу М, наносит удар со ско-
ростью  
V
 по торцу массы 
0
m
, которая опирается на пружину  
жесткостью к
пр
.
 
Масса 
0
m
 в свою очередь наносит жесткий удар 
по жидкостному волноводу, имеющему податливость 
δ
 и дли-
ну 
L
  (рис.1)  (ме-
стной  податливо-
стью  при  ударе 
массы  М  по  массе 
m
0
  пренебрегаем). 
Данная  схема  рас-
чета  сводится  к 
динамической  
модели  на  рис.  2. 
Учитывая,  что  в 
данном 
случае 
имеется 
парал-
лельное  соедине-
ние  пружин,  экви-
валентная 
жест-
кость  определяет-
ся  по  следующей 
формуле: 
пр
ж
э
к
к
к
+
=
, 
где к
ж
 – 
жесткость жидкого волновода. 
Рис. 2 

 
403 
Тогда  эквивалентная  податливость  определяется  по  следу-
щей формуле:                                                                            
пр
ж
пр
ж
э
δ
δ
δ
δ
δ
+
=
, 
где 
δ
ж
 – 
жесткость жидкого волновода; 
δ
пр
 – 
жесткость пружины. 
Решение такой задачи известно [1].  
Усилия, возникающие в жидкости в сечении I-I (ударяемый 
торец волновода) зависят от этапов удара: первый этап удара – 
это  период  времени  t  в  пределах 
a
L
t
2
0
≤
≤
;  второй  этап  - 
a
L
t
a
L
4
2
≤
≤
;  третий  этап  - 
a
L
t
a
L
6
4
≤
≤
  и  т.д.  (здесь  а  –  ско-
рость звука в жидкости; а = 1000-1300 м/с). 
Так как длина фильтра с отстойником значительна (обычно  
L = 10-15 м и более), удар должен закончиться на первом этапе 
времени  t  (0  ≤  t  ≤ 
a
L
2
).  Усилия  Р
Н
(t)  в  сечении    I-I  волновода 
(рис.1) определяются зависимостью: 
( )
)
sin(
0
nt
e
n
V
t
P
mt
э
H
−
=
δ
,                             (1) 
где  
2
2
2
0
)
(
4
)
(
1
EF
a
m
М
n
э
э
δ
δ
−
+
=
;                     
EF
a
m
э
δ
2
=
.[1] 
Кроме  указанных  выше,  в  формулу  (1)  входят  следующие 
обозначения: 
Е  –  модуль  упругости  жидкостного  волновода,  для  воды 
Е=2·10
9
 Па 

 
404 
F 
– 
площадь 
сечения 
жидкостного 
волновода 
)
1
.
(
4
2
рис
D
F
π
=
 податливость воды 
н
м
ж
/
10
5
6
−
⋅
=
δ
. 
Определим длину жидкостного волновода L
1
,  при  которой 
удар  заканчивается  на  первом  этапе.  Подставив  значения  n  и 
a
L
t
2
=
 (1), видим, что 
( )
0
=
t
P
H
 тогда, когда множитель 
      
(
)
π
δ
δ
=
⋅
−
+
a
L
EF
a
m
М
э
э
1
2
2
2
0
2
4
)
(
1
.                    (2) 
Из (2) следует, что длина 
1
L
 равна 
                
(
)
2
2
2
0
1
4
)
(
1
2
EF
a
m
M
a
L
э
э
δ
δ
π
−
+
=
.                        (3) 
Из (1) следует, что усилие 
( )
t
P
H
 в начале удара возрастает, 
а к концу времени 
a
L
t
2
=
 убывает до нуля. Найдем максимум 
усилия 
( )
t
P
H
. Взяв производную  
( )
dt
t
dP
H
 и приравняв её нулю, 
получим: 
  
(
)
[
]
0
)
sin(
)
exp(
)
cos(
exp
0
=
−
−
−
nt
mt
m
nt
mt
n
n
V
э
δ
.  (4) 
Из  (4)  найдем  время  удара  t
*
,  при  котором  усилие   
( )
t
P
H
 
максимально. Это время равно: 
          t
*
=






m
n
arctg
n
1
.                                 (5) 
Подставив (5) в (1), получим 
  
























−
=
m
n
arctg
m
n
arctg
n
m
n
V
P
э
t
H
sin
exp
0
max
)
(
δ
.    (6) 
Максимальное давление в волне равно 

 
405 
  
Па
D
t
P
F
t
P
P
H
n
2
max
max
0
)
(
4
)
(
π
=
=
.                 (7)            
Проиллюстрируем  полученные  зависимости  конкретным 
примером при следующих исходных данных: для разглинизации 
используется  гидроударник  Г59У(рис.3)  имеющий  энергию 
единичного удара Е=70 Дж. Фильтровая колонна геотехнологи-
ческой скважины имеет внутренний диаметр 72 мм и длину вме-
сте с отстойником L=20м.[4] 
Масса груза М = 5,6 кг, масса наковальни с диском состав-
ляет m
0
=4
 кг, скорость удара V
0
=5 
м/с
,  диаметр диска D=0,07 м, 
податливость пружины 
δ
пр 
= 9,17
⋅
 10
-6
 
м/Н
.[4] 
 
 
С учетом зависимостей получены следующие результаты: 
-  длина  L
1
,  пройденная  волной  сжатия  за  время  удара; 
L
1
=8,7 
м
; 
- время удара t
у
= 0,00818 
с
; 
- максимальная сила удара Р
max
= 7,3 
кН
; 
Рис.3. Гидроударники Г-59, Г-
76 
1-верхний переходник , 
2 –центраторы, 3-патрубок,   
4 -клапан     5 -пружина 
клапана,  6 - ограничитель,    
7,8 – регулировочные врокладки,  
  9 -манжета, 10–поршень, 
11 -цилиндр,12 –утяжелитель,  
13- корпус    14- пружина бойка, 
15 - насадка, 16 – ре-
гулировочные 
прокладки,  17 –резиновоекольцо, 
18-щлицевой шток,19 - щлицевой 
стакан, 20 -нижний переходник,  

 
406 
- максимальный перепад давления р
0max 
≈ 1,9 МПа
. 
Общее время удара: 
0174
,
0
2
1
=
=
a
L
t
у
  
с
.
 
Частоту  повторения  ударов  гидроударником  нужно  выби-
рать, исходя из общего времени удара. Тогда отраженная волна 
не будет гасить волну следующего удара:
 
47
,
57
1
=
=
у
t
f
. 
Найдем  напряжение  в  корке,  глинизирующей  отверстие  в 
фильтре. Для корки толщиной 1 мм и диаметром 5 мм, данную 
задачу можно решить рассматривая ее как пластину, жестко за-
деланную  по  контуру.  Тогда  максимальное  напряжение  в  пла-
стине на которую действует равномерно распределенная нагруз-
ка р
0max
 определяется по следующей формуле [2]: 
9
,
8
4
3
2
max
0
max
=






=
h
R
p
r
σ
 МПа. 
Поскольку  предельные  напряжения  в  корке      глинистого 
раствора  (0,0002-0,0005  МПа)  или          глинистоцементного  рас-
твора (0,1-0,4 МПа) известны, то под действием удара произой-
дет разрушение корки.  [1,2]                                                                                                                                                                           
 
ЛИТЕРАТУРА 
 
1. Бидерман В.Л., Малюкова Р.П. Усилия и деформации при про-
дольном  ударе.  Сб.  Расчеты  на  прочность  в  машиностроении. 
М:Машиностроение, 1964, вып.10, с. 261-306. 
2.    Биргер  И.А.,  Шорр  Б.Ф.,  Шнейдерович  Р.М.  Расчет  на  проч-
ность деталей машин. М: Машиностроение, 1966, 616 с.                                                                              
 3.    Ратов  Б.Т.  Разработка  техника  –технологических  средств 
гидровибрационного  освоения  водоносных  пластов.  //Автореф.дисс. 
Алматы: Изд-во КазНТУ. -2006.   
4.    Киселёв  А.Т.  Меломед  Ю.А.  Техника  и  технология  гидро-
ударного бурения. М:1988 г    
 

 
407 
Калмахан Ж. Научный Руководитель: 
 
Молдабеков М.С. 
 
КОЛТЮБИНГОВОЕ БУРЕНИЕ - НОВЫЙ ЭТАП  
В РАЗВИТИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ 
ТЕХНОЛОГИЙ ВТОРЖЕНИЯ В НЕДРА 
 
Развитие колтюбинговых технологий, основанных на примене-
нии гибких непрерывных труб, первоначально было связано с обес-
печением  текущего  и  капитального  ремонта  нефтяных  и  газовых 
скважин. Однако мировая практика показывает, что наиболее значи-
тельные достижения в применении гибких труб связаны с освоени-
ем  буровых  работ.  Сегодня  колтюбинг  занимает  важную  нишу  на 
рынке нефтегазовых технологий и открывает поистине уникальные 
возможности сохранения окружающей среды и снижения себестои-
мости  бурения.  Отсутствие  необходимости  глушения  скважин,  а 
также  значительное  уменьшение  времени  проведения  работ  сразу 
определили особую привлекательность нового подхода, связанного 
с  использованием  гибких  непрерывных  стальных  труб  (колтюбин-
га). На сегодняшний день сервисными и добывающими компания-
ми,  эксплуатирующими  колтюбинговое  оборудование,  освоено 
большинство  технологических  операций,  ранее  выполняемых  тра-
диционными  методами.  Колтюбинговые  технологии,  связанные  с 
ликвидацией  отложений  в скважинах, поинтервальной обработкой, 
борьбой с обводнениями, доставкой и извлечением внутрискважин-
ного  оборудования,  ловильными  операциями,  основательно  утвер-
ждаются  в  нефтегазовом  комплексе.  Одновременно,  несмотря  на 
существующий дефицит оборудования и специалистов, данное пер-
спективное направление динамично развивается и в области строи-
тельства  скважин.  При  этом  темпы  развития  чрезвычайно  высоки: 
первое  коммерческое  бурение  с  колтюбингом  произошло  в  начале 
90-х,  а  уже  к  середине  десятилетия  колтюбингом  бурилось  по  не-
сколько сотен скважин в год по всему земному  шару.  Колтюбинг 
может  быть  использован  для  бурения  новых  скважин,  для  по-
вторного вскрытия пласта, но наибольшую техническую и эко-
номическую эффективность он имеет при бурении вторых наклон-

 
408 
ных или горизонтальных стволов из существующих скважин. Гиб-
кие трубы позволяют проводить бурение на депрессии и увеличить 
дебит скважины в 3-8 и более раз. Популярность применения кол-
тюбинга  объясняется  высокой  эффективностью  и  безопасностью 
проведения  операций.  Колтюбинговые  технологии  базируются  на 
использовании  длинномерных  (до  3000-5000  м)  безмуфтовых  гиб-
ких  (обычно  стальных)  труб,  наматываемых  на  барабан  и  много-
кратно  спускаемых  в  скважину,  позволяют  удешевить  ремонтно-
восстановительные работы, а также решать некоторые задачи, кото-
рые невозможно решить при применении колонны составных труб. 
Первые  попытки создания колтюбинговой техники,  в основе кото-
рой лежит использование гибкой трубы, были предприняты в начале 
60-х годов прошлого столетия. Первоначально работы велись в на-
правлении  создания  установок  капитального  ремонта  в  действую-
щих  скважинах  небольшой  глубины  без  их  глушения.                                                                      
Сегодня из 50 – 60 известных операций, проводимых с использова-
нием длинномерной гибкой трубы, в России наиболее широко рас-
пространены следующие: 
-  ликвидация  отложений  парафина,  гидратных  и  песчаных 
пробок в НКТ; 
-  обработка  призабойной  зоны,  подача  технологических 
растворов,  специальных  жидкостей  (в  том  числе  щелочных  и 
кислотных растворов) и газов; 
-  спуск  оборудования  для  проведения  геофизических 
исследований,  особенно  в  наклонных  и  горизонтальных 
скважинах; 
- установка цементных мостов; 
- выполнение работ по изоляции пластов и др. 
Использование  колтюбинговых  установок  совместно  с 
азотно-бустерным  комплексом  позволяет  проводить  освоение 
скважин  пенными  системами,  снизить  уровень  жидкости  до 
необходимой  глубины,  продувать  скважины  газообразным 
азотом. Наиболее значительный эффект гибкие трубы дают при 
бурении.  Именно  это  направление  интенсивно  развивается  в 
настоящее  время.  Гибкие  трубы  позволяют  проводить  бурение  на 
депрессии  без  глушения  скважин  и  увеличить  их  дебит  в  3-5  раз. 

 
409 
Особенно  перспективным  является  применение  горизонтального 
бурения гибкими трубами дополнительных горизонтальных стволов 
из  колонны  старой  скважины  при  доразработке  истощенных 
месторождений  на  поздней  стадии,  вовлечении  в  разработку 
трудноизвлекаемых  запасов,  восстановление  бездействующих  и 
малодебитных  скважин.  Бурение  гибкими  трубами  позволяет  уже 
сегодня вовлечь в разработку значительную часть, а в перспективе – 
практически  все  забалансовые  запасы  углеводородов  и  добывать 
дополнительно в России до 50 млн. тонн нефти и до 30 млрд. куб. м. 
газа  ежегодно.  Для  того,  чтобы  бурить  скважину  и  особенно 
вскрывать  продуктивные  пласты  наклонными  и  горизонтальными 
стволами на депрессии без их глушения (это наиболее эффективные 
и перспективные в настоящее время технологии в мировой буровой 
практике,  на  которые  нацелены  сегодня  широко  известные 
зарубежные 
фирмы), 
недостаточно 
создания 
мобильной 
колтюбинговой установки. Должна быть продумана вся архитектура 
комплекса,  включая  специальное  наземное  и  противовыбросовое 
оборудование,  внутрискважинный  инструмент  и  контрольно-
измерительные  приборы,  определена  возможность  его  создания  в 
кратчайшие  сроки,  выявлена  необходимость  и  целесообразность 
разработки,  изготовления  и  приобретения  комплектующего 
оборудования,  инструмента,  КИП  и  оценена  итоговая  стоимость 
всего  комплекса.  Комплекс  оборудования,  внутрискважинного 
инструмента  и  КИП  для  бурения  скважин  с  использованием 
колтюбинга  существенно  отличается  от  традиционного  принятого. 
Существуют  два  класса  мобильных  колтюбинговых  установок, 
применяемых для бурения и заканчивания скважин: традиционные и 
так  называемые  гибридные.  Традиционная  колтюбинговая 
установка,  с  тяговым  усилием  инжектора  40т,  гибкой  трубой 
диаметром  60,3  мм  и  длиной  до  3500м  или  диаметром  73  мм  и 
длиной  2200м  представляет  собой  комплексную  установку, 
смонтированную  на  полуприцепе  с  седельным  тягачом 
повышенной  проходимости.  Она  включает  барабан  с  гибкой 
трубой,  механизм  подачи  трубы  (инжектор),  направляющую 
трубу  ("гусак")  с  изменяющимся  радиусом  для  подачи  труб  в 
инжектор,  кабину  оператора  с  панелью  управления  и  автономный 

 
410 
силовой  блок  для  обеспечения  энергией  барабана,  инжектора  и 
органов  управления  поста  оператора.  В  состав  комплекса  входит: 
устьевое  сборное  основание  под  инжектор  с  самоподъемной 
вышкой,  комплект  устьевого  противовыбросового  оборудования  с 
шлюз-лубрикатором.  Вышка  и  шлюз-лубрикатор  предназначены 
для  проведения  работ  по  спуску  и  подъему  компоновки  низа 
бурильной  колонны  (КНБК)  в  скважину  под  давлением. 
Использование  колтюбинга  совместно  с  другими  перспективными 
технологиями  позволяет  дополнительно  извлекать  до  40  % 
углеводородного сырья. Сегодня в мире эксплуатируется более 1000 
колтюбинговых  установок,  в  т.ч.  более  половины  в  Северной 
Америке.  Безусловно,  такие  работы  требуют  наличия  целого 
комплекса 
оборудования, 
включающего 
навигационное, 
нагнетательное, 
циркуляционное, 
внутрискважинное, 
грузоподъемное и так далее.  
Колтюбинг,  одно  из  самых  динамично  развивающихся  в 
мире  направлений  газонефтепромыслового  оборудования, 
включает  в  себя  металлургическую  составляющую  – 
производство специальных металлических колонн гибких труб, 
конструкторскую 
– 
проектирование 
наземного 
и 
внутрискважинного  оборудования  и,  наконец,  приборное 
обеспече-ние  программы  обработки  информации.  Совершенно 
очевидно, что его использование сегодня и дальнейшее развитие 
приведет  к  коренным  изменениям  в  бурении  и  КРС,  прежде 
всего,  в  отдаленных  районах  с  суровыми  климатическими  и 
сложными  геологическими  условиями.  И  только  системный 
подход  к  совершенствованию  этого  разнородного  комплекса 
оборудования  может  обеспечить  достижение  положительных 
результатов в полном объеме.  
Термин 
«колтюбинг» 
подразумевает 
совокупность 
долговечных  колонн  гибких  труб  (КГТ),  комплекса  наземного 
оборудования,  состоящего  собственно  из  колтюбингового 
агрегата  (обеспечивающего  спуско-подъем  колонны  КГТ),  и 
комплекс 
оборудования, 
включающий 
буровой 
насос, 
компрессоры  для  нагнетания  инертного  газа  или  бустерную 
установку, 
генератор 
инертного 
газа, 
нагреватель 

 
411 
технологической  жидкости,  устьевое  дроссельное  устройство  и 
устьевое 
оборудование, 
содержащее, 
в 
частности,  
противовыбросовое оборудование, В состав внутрискважинного 
оборудования  могут  входить  различные  насадки,  породо-
разрушающий  инструмент,  пакеры,  режущий  инструмент, 
отклонители и забойные двигатели. К приборному обеспечению 
относятся оборудование для каротажа, исследования скважины, 
инклинометрия.  Роль  колтюбинга  как  совокупности  новой 
техники, реализующей новые технологии, трудно переоценить.  
Циркуляционные  системы  для  колтюбингового  бурения,  в 
том числе для бурения на депрессии. 
Эффективность  применения  колтюбинговой  техники,  а 
также  надежность  и  долговечность  гибкой  трубы  при  бурении 
скважин  и  зарезке  вторых  стволов  зависит  от  ряда  факторов. 
Одним  из  них  является  качество  буровых  растворов,  а 
конкретнее  —  содержание  в  нем  твердой  фазы.  Даже  при 
удачной  рецептуре  бурового  раствора,  основанной  на 
применении  высококачественных  химических  реагентов, 
накопление  в  нем  выбуренной  породы  способно  на  30–40% 
снизить стойкость долот и механические скорости бурения. Как 
следствие, 
увеличивается 
количество 
спускоподъемных 
операций,  что  естественно  приводит  к  преждевременному 
износу гибкой трубы. Устранить влияние этого фактора можно 
только  применением  современных  циркуляционных  систем  с 
полномерной системой очистки бурового раствора.  

жүктеу/скачать 27,56 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: