Running casing in high-angle, high-reach wells is often recognized as one of the most difficult well construction operations. In such wells, friction drag and unexpected mechanical drag in the well may exceed the available values. The ability to reliably predict casing running conditions will greatly help reduce costs in complex wells. It is known that there is a complex and often elusive relationship between the drilled wellbore and the subsequent running of the casing string. It depends on many factors that affect the outcome of casing running operations. The article discusses a number of conditions that are considered key to understanding the relationship between drilling and running casing.
Keywords: casing running, wellbore quality, well geometry, well planning, friction coefficients.
Потребность в доступе к запасам углеводородов в условиях, требующих скважин с очень большим отходом от вертикали, будет продолжать расти. Вырастет доступ к морским запасам с близлежащих береговых участков или месторождений-спутников, которые считаются сейчас недоступными. Рекордные показатели отхода для скважин с увеличенным его значением в настоящее время превышают 10 км. Вполне вероятно, что такие достижения будут значительно превзойдены в течение следующих 5–10 лет. Недавними примерами сверхотходных скважин являются несколько 10-километровых скважин, пробуренных у острова Сахалин в России [1], 10-километровые рекордные скважины при разработке нефтяного месторождения Wytch Farm в Южной Англии [2], а также на месторождении Austral у Огненной Земли в Аргентине [3].
В будущем разработки с увеличенным отходом от вертикали вызовут потребность в надежных конструкциях скважин и высоконадежных технологиях для обеспечения их рентабельности. Особенностью таких конструкций скважин будет необходимость бурения и обсаживания скважины с увеличенной длиной по инструменту. В этом отношении одним из факторов успеха будет понимание взаимосвязи между пробуренным стволом скважины и сопутствующим спуском обсадной колонны. Некоторые аспекты этой темы уже исследовались ранее, в ходе которых были разработаны различные руководства и методологии [4], [5] и [6].
Часто проблемы бывают связаны с различным поведением буровой компоновки и обсадной колонны при взаимодействии со стволом скважины. Часть объяснения можно свести к следующим четырем основным проблемам:
- Качество ствола скважины,
- Геометрия скважины
- Практика подготовки скважины и спуска обсадной колонны
- Планирование скважин и интерпретация данных в режиме реального времени.
Наиболее распространенными атрибутами, связанными с качеством ствола скважины , являются извилистость и спиральность [7]; эффекты, которые в первую очередь зависят от конструкции КНБК и долота, а также от характеристик наклонно-направленного бурения. Однако качество ствола скважины выходит за рамки этого и должно учитывать такие эффекты, как слой остаточного шлама, сужение ствола скважины, потеря циркуляции и уступы.
Влияние толщины фильтрационной корки становится значительным в ситуациях с ограниченным зазором, когда возникает больший контакт между обсадной колонной и стволом скважины. В таких ситуациях повышается вероятность дифференциального прихвата. Смягчением дифференциального прихвата является интенсивное использование центраторов для увеличения зазора между обсадной колонной и стволом скважины.
Другие проблемы связаны с тем, что очистка скважин не была эффективной, несмотря на хорошие показатели и наблюдается наличие обширного слоя шлама.
Геометрия конструкции скважины включает в себя выбор размера скважины и обсадной трубы; влияние конструкции колонн и соединений, а также влияние стратегии централизации.
Понимание того, какой диаметр ствола необходим для данного диаметра обсадной трубы, является давней проблемой. В прошлом традиционный выбор обсадной колонны и размера долот часто приводил к определенным проблемам при спуске. Однако с появлением более надежных технологий расширения эта проблема может быть успешно решена.
Только изучая практические примеры, инженер сможет правильно понять связь между размером обсадной колонны, размером ствола, наклоном, жесткостью обсадной колонны и эффектами извилистости. К сожалению, современные программные модели крутящего момента и сопротивления крайне неадекватны, когда речь идет о реалистичном моделировании таких конфигураций.
Понимание влияния размера соединения на сопротивление скольжению обсадной колонны довольно тонкое. Соединения обсадных труб обычно выбираются с учетом требований, предъявляемых к растягивающим и сжимающим нагрузкам, давлениям разрыва и разрушения, требованиям к зазору, степени искривления, способности к скручиванию и стоимости. Однако выбор соединения, специально предназначенного для облегчения установки обсадной колонны, обычно не входит в эти критерии.
Интенсивное использование центраторов для облегчения установки обсадных труб в сложных скважинах является обычной практикой. Часто предполагается, что центраторы помогают свести к минимуму проблемы со спуском обсадной колонны. С точки зрения моделирования, центраторы должны значительно усложнить систему. Это связано с большим разнообразием типов центраторов; выбором места и частоты установки, а также сложностью измерения их чистого вклада в сопротивление движению обсадной колонны.
Централизация имеет тенденцию быть довольно острой темой — некоторые инженеры абсолютно уверены, что дополнительная централизация для облегчения установки необходима, в то время как другие считают это ненужными расходами. Веские доводы в пользу дополнительной централизации обычно можно сделать, если присутствуют истощенные пески. В таких случаях централизация помогает смягчить дифференциальное прилипание за счет улучшения зазора.
Практика спуска обсадной колонны имеет огромное значение. Как только буровая компоновка извлечена на поверхность, бригада на буровой обычно приступает к спуску обсадной колонны. В целях гарантии иногда проводятся специальные циклы очистки. Как минимум, для всех проблемных скважин необходимо провести анализ сопротивления спуску обсадной колонны. Также необходимо провести анализ работы насосов, чтобы рекомендовать график отключения для избежания поглощений бурового раствора. Эти результаты должны быть четко доведены до сведения бригады буровой установки заблаговременно до начала любых операций по спуску обсадной колонны.
Должны быть разработаны планы на случай непредвиденных обстоятельств для управления такими событиями, как отказ оборудования буровой установки, суровая погода, посадка вертолета, контроль скважины или другие события, которые могут прервать работу. Особый риск заключается в том, что работа будет остановлена на длительный период времени с обсадной колонной в открытом стволе.
Планирование скважин и интерпретация данных в реальном времени подразумевает моделирование крутящего момента и сопротивления.
При планировании операций бурения и спуска обсадной колонны часто возникает некоторая неопределенность в отношении коэффициентов трения и того, какие значения следует использовать при моделировании крутящего момента и сопротивления.
Распространенной ошибкой является то, что коэффициенты трения, рассчитанные на этапе бурения, используются для последующего спуска обсадной колонны. Следует отметить, что коэффициент трения при спуске обсадной колонны имеет тенденцию быть «значительно» выше. В таблице 1 ниже для иллюстрации этого момента используются примеры из различных регионов мира. Еще одно наблюдение, также отмеченное в [8], [9], заключается в том, что тип бурового раствора не оказывает существенного влияния на коэффициент трения при движении обсадной колонны.
Таблица 1
Коэффициенты трения при спуске и бурении
|
Район |
Раствор |
Бурение |
Спуск |
|
Северное море |
РНО |
0,10–0,20 |
0,25–0,40 |
|
Каспий |
РНО |
0,20–0,30 |
0,30–0,50 |
|
Аляска |
РВО |
0,15–0,25 |
0,30–0,40 |
Различные внутрискважинные механические воздействия могут серьезно повлиять на рабочие веса. К ним относятся наличие пластов выбуренной породы, осыпающихся сланцев, набухающих глин, неустойчивых образований, ключевых посадочных мест, уступов, прожилок и спиралевидных отверстий. Эти эффекты не следует смешивать с моделью сопротивления, что приведет к чрезмерному увеличению коэффициента трения.
Комплексный сбор данных, точные методы анализа и экспертная интерпретация информации о спуске обсадной колонны принесут дивиденды с точки зрения понимания проблем качества ствола скважины и предотвращения будущих отказов при спуске обсадной колонны. Автоматизация этого процесса крайне желательна. В дополнение к ведению учета необходимы фундаментальные научные исследования для дополнения существующих знаний, основанных на бурении и спуске обсадных труб.
Модели крутящего момента и гидравлического сопротивления, используемые для планирования скважин с большим отходом от вертикали и других сложных скважин, обычно дают только ориентиры для производительности. Существует еще один уровень детализации, часто связанный с динамикой, который также следует учитывать в процессе планирования. При планировании операций по спуску обсадных труб необходимо использовать реалистичные коэффициенты трения. Невыполнение этого требования может привести к тому, что обсадная колонна не достигнет глубины из-за чрезмерного сопротивления.
Литература:
- Viktorin, R.A., McDermott, J.R., Rush Jr., R.E., and Schamp, J.H., “The Next Generation of Sakhalin Extended-Reach Drilling”, IADC/SPE 99131, IADC/SPE Drilling Conference, Miami, Florida, USA, 21–23 February 2006.
- Meader, T., Allen, F. and Riley, G., “To the Limit and Beyond — The Secret of World-Class Extended-Reach Drilling Performance at Wytch Farm”, IADC/SPE 59204, IADC/SPE Drilling Conference, New Orleans, Louisiana, USA, 23–25 February 2000.
- Naegel, M., Pradie, E., Beffa, K., Ricaud, J., Delahaye, T., “Extended Reach Drilling at the Uttermost Part of the Earth”, SPE 48944, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, New Orleans, Louisiana, USA, 27–30 September 1998.
- Mason, C.J. and Chen, D. C-K., “Drilling Metrics for Improved Casing Running Performance”, SPE 89912, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Houston, Texas, USA, 26–29 Sep 2004.
- Mason, C.J. and Chen D. C-K., “The Perfect Wellbore”, SPE 95279, SPE Annual Technical Conference, Dallas, Texas, USA, 9–12 Oct 2005.
- Mason, C.J. and Chen, D. C-K., “The Wellbore Quality Scorecard (WQS)”, IADC/SPE 98893, IADC/SPE Drilling Conference, Miami, Florida, USA, 21–23 February 2006.
- Pastusek, P. and Brackin, V., “A Model for Borehole Oscillations”, SPE 84448, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Denver, Colorado, USA, 5–8 October 2003.
- Green, M. D., Thomesen, C. R., Wolfson, L. and Bern, P.A., “An Integrated Solution of Extended-Reach Drilling Problems in the Niakuk Field, Alaska: Part II- Hydraulics, Cuttings Transport and PWD”, SPE 56564, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Houston, Texas, USA, 3–6 October 1999.
- Krieger, A.G., Kidd, G.N., and Cocking D. A., “Northstar Drilling — Delivering the First Arctic Offshore Development”, Journal SPE Drilling & Completion, Issue Volume 18, Number 2, June. Pages 188–193, 2003.
