Указанная информация может оказаться очень полезной и для предприятий, монопольно выпускающих долота, таких как «Волгобурмаш», на которые поступает большое число заявок. По той причине, что по ряду регионов нет точных сведений о числе бурящихся соседних скважин, зачастую поступают заказы на столько-то долот для мягких пород, столько-то долот для средних и т.д. в рамках годовой заявки.
При этом долота отрабатываются на производстве не по оптимальной программе. Это означает, что при заказе не предусматривается необходимого числа долот для бурения ими в данном районе при наименьших затратах на процесс бурения.
ПРЕДЫСТОРИЯ
В настоящее время поиск оптимальных сочетаний параметров режима бурения (при наличии соседних скважин) осуществляется методом отбора «лучших» результатов бурения того иного буровика при проходке под ту, или иную обсадную колонну. Результат отбора вносится в геолого-технический наряд ГТИ. При этом за наилучшее достижение принимается либо максимальная проходка за рейс, либо максимальная Vмех (механическая скорость проходки). Иначе говоря, оптимальность определяется субъективно, а не по единой системе, в то время как критерием оптимизации является минимизация стоимости метра проходки. А при существующей практике это, как правило, не учитывается. Также никак не оценивается ни ресурс отработки долота, ни процент вскрытия им своих резервов.
ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ
С целью устранения отмеченных недостатков, препятствующих осуществлению системного анализа (при грамотном подборе долот для бурения одной скважины), проф. В.О. Белоруссовым были составлены две новые программы: «ПРИВОД» (правдивый процент износа вооружения долота) [1] и «ЭПИЗОД» (экспертная проверка процента износа закрытой опоры долота) [2]. Эти программы разработаны для проведения прогнозных оценок вероятных результатов бурения на одной скважине. При этом допустимое время работы долота на забое при заданном режиме и геологии, будет определяться по расчету ресурса опоры (как это принято в машиностроении), а не при помощи неточных инструментальных замеров (особенно для закрытой опоры), которые поступают с промыслов.
Известно, что в настоящее время оценка процента износа вооружения долота выполняется приближенно, а оценка процента износа закрытой опоры вообще «на глазок». При этом три разных оценщика дают три разных результата.
Иными словами, настало время для решения этой проблемы, подобно тому как недавно был наведен порядок с выпуском в свет кода IADC (для единообразия описания характера износа вооружения долота) хотя при этом не был проанализирован порядок учета износа опоры, особенно закрытой.
Решить перечисленные проблемы можно при помощи программ «ПРИВОД» и «ЭПИЗОД», дающих достаточно точные сведения об износе зуба и опоры, что особенно важно, так как этот показатель влияет на проходку на долото, а контроль износа опоры во времени необходим для предотвращения возможной поломки долота. Как ее не допустить? За счет чего?
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ИДЕИ
Идеи о том, как выйти из положения, если с помощью инструментальных замеров не удается получить точных сведений об износе зуба, опоры (что, в свою очередь, необходимо для прогноза отработки долот во времени) выдвинули еще 50 лет назад Галле и Вудс [3]. Ученые предложили осуществлять оценку износа с помощью расчетов на предел выносливости. Но это было сделано для фрезерованного зуба открытой опоры. Примерно через 25 лет после этого Борджуин, Милхайм и Женевье [4], перепроверив расчеты Галле и Вудса, предложили свои – для случаев использования зубкового твердосплавного вооружения и закрытых опор, что было более актуально. Однако и те и другие отмечали, что это только методика, так как гарантировать соответствие теории с практикой они берутся только в случае определения истинных значений процента износа зуба и опоры. Однако определить этот параметр при помощи проведения замеров (тем более с требуемой по международному коду IADC точностью 12,5%) не удается на протяжении многих лет.
ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ
Выше уже были расшифрованы цели программ «ПРИВОД» и «ЭПИЗОД». Конечно, любые прогнозы, тем более строящиеся на допущениях к расчетам (в процессе бурения одной скважины, когда нет сведений по соседним), являются приблизительными и требуют в дальнейшем отладки программы и корректировки прогнозов.
В самом деле, ведь «ЭПИЗОД» не обеспечивает данные по износу отдельных элементов закрытой опоры. Износ оценивается опосредовано. Нагрузка на долото, необходимая для расчетов по программе, берется по норме 1–2 т/дюйм диаметра долота (если раньше она не дается заказчиком). Обороты: средние 45–90 при роторе, или 150 при ВЗД, или 300 при турбине (если планируют ее использовать).Необходимо также предоставить данные по типоразмеру долота, конструкции скважины и геологии месторождения, которые тоже достаточно приблизительные. Что касается программы «ПРИВОД», в этом случае необходимо знать было ли долото в употреблении или нет и страну – производителя.
В процессе подготовки прогнозов в пределах нормы вероятных ошибок (12,5%) были оценены и риски неизбежных неточностей. При прогнозах опосредствованного износа вооружения риск ошибок меньше, чем при прогнозах износа опоры, так как в случае ошибки и износа, скажем, не на 50–60, а на 100% ничего страшного не произойдет. Бурение просто приостановится. Впрочем, до этого никогда не доходит. Буровики во всем мире бурят, руководствуясь не процентом износа вооружения долота, а максимальной скоростью Vмех; долото поднимают при падении скорости в два раза (по РД), когда и износ вооружения примерно равен 50–60%.
Ошибки при износе опоры на недопустимую по расчету величину (более 80%) более опасны экономически. Этого нельзя допустить. Поэтому первые расчеты (или для первых скважин) выполняются с двойной страховкой. Во-первых, прогноз не допускает более 80% износа и учитывает допустимую ошибку расчета 12,5%, т.е. при недопущении износа по расчету более чем на 92,5% (при любых обстоятельствах). Кроме того, расчет для скважин делается с максимальным запасом. Если опора закрытая, то сначала рассчитывается ее износ, исходя из того, что ее прочность в два раза больше, чем прочность открытой опоры. Расчет износа открытой [3] опоры известен: он зависит от нагрузки, числа оборотов в минуту и времени. Исследования, проведенные в последнее время, в частности Д.Х. Туктаровым из компании «Смит Продакшн Текнолоджи» с помощью программы «ЭПИЗОД» показали, что ресурс работы закрытой опоры повышается от двух до 10 раз при герметизации и смазке. Поэтому принимаемый при расчетах для первой скважины ресурс повышения прочности закрытой опоры является абсолютным минимумом и эта опора никогда не выйдет из строя после окончания контрольного времени. А при дальнейшем бурении, ее износ будет корректироваться, как было сказано выше. Конечно, на первую скважину (с целью предотвращения аварии с шарошкой) заказчику придется заказать большее число долот с закрытой опорой, чем на последующие скважины при бурении их в отмеченном регионе.
При этом в расчете износа опор долот (в соответствии с программой «ЭПИЗОД») впервые, в отличие от расчетов американских специалистов, будет учитываться и качество смазки и характер вибраций и конструкция закрытой опоры. Другими словами, расчет будет произведен наиболее точно со всеми поправками, упомянутыми выше.
Что касается расчета в соответствии с программой «ПРИВОД», то при определении ресурса вооружения долота, делается поправка на:
твердые терригенные или карбонатные породы;
мягкие терригенные породы, типа сеноманских отложений в Западной Сибири;
сетчатые известняки с хорошей буримостью;
окременелые известняки с плохой буримостью;
абразивные песчаники;
крепкие породы, типа гранитов.
Сведения по геологии перед расчетом заказа необходимы. Иначе по умолчанию будет выполнен расчет для одной скважины на максимальный темп износа закрытой опоры, прочность которой только в два раза выше открытой опоры. Это может повлиять на увеличение числа заказываемых долот.
ПРИМЕР
Рассмотрим конкретный пример Борджуина, Милхайма, Женевье 1986 г. [4] расчета безопасного (с точки зрения аварии) времени работы на забое. Расчет ведется для долота, которое уже поработало в скважине, но рейс был прерван до его полной отработки. Типичный случай. Такие долота, как правило, спускают на второй рейс. Но сколько времени можно им безопасно работать до допустимого износа опоры? Из работы [4] следует, что в США знают ответ на этот вопрос. Проверим.
Дано. Диаметр трехшарошечного долота 7,875” (200 мм). Долото класса 6–1–6, для средних пород с закрытой опорой, износом вооружения (Teeth) Т-5 (62,5%) и опоры (Bearing) B-6 (75%), по диа- метру 1 мм после 64 ч работы долота на забое под осевой нагрузкой Рд = 30 000 фн, т.е. 13,6 т при 70 об/мин (Ротор).
Требуется. Определить, сколько еще времени опора может работать на забое до отработки ресурса за счет определения констант режима и долота.
Ответ. До полной отработки данная опора может безопасно работать 104 ч. Иными словами, с учетом отработанного долотом времени 64 ч., опора может еще безопасно работать 104 – 64 = 40 ч.
ОБСУЖДЕНИЕ
Если приведенный расчет, при тех же исходных данных, произвести по программе «ЭПИЗОД», то получается, что прогнозируемый процент износа данной опоры через 64 ч (после рейса) равен не 75, а 45,6% . Ошибка составляет примерно 25%.
В выкладках российских специалистов для гарантии достоверности получаемых данных предусмотрена определенная проверка. Так, например, для предотвращения аварийной ситуации вслед за прогнозом об износе опоры за рейс выдается расчетное время отработки опоры на безопасный ресурс (80%). По программе «ЭПИЗОД» это безопасное время составляет 112 ч – почти то же самое, что и по расчету американских специалистов. Случай довольно типичный: расчет по проценту износа после рейса разнится, а по времени наработки на ресурс совпадает. В чем дело?
Дело в том, что в расчете американских специалистов не учитывается много факторов и, главный из них, во сколько раз введение герметизации маслонаполненной опоры увеличивает ресурс долота? Для открытой опоры еще со времен Галле-Вудса известна формула, в которой прописано, что износ открытой опоры пропорционален времени ее работы и обратно пропорционален величине оборотов и нагрузки.
Исследованиями Туктарова Д.Х. и др. доказано, что введение герметизации увеличивает стойкость опор в 2–10 раз. Весь вопрос в том, насколько больше ресурс у закрытой опоры, которая предлагается для анализа? Без этого никакой расчет на износ закрытой опоры во времени не имеет смысла. Поэтому в программе ЭПИЗОД сначала принимается, что на забое работала опора, прочность которой в два раза больше открытой. Не более. Чтобы предотвратить аварию.
Результат первого расчета, показал, что через 64 ч износ опоры был бы равен 91%.
А как же допустимый ресурс? Он равен 56 ч. Но опора проработала 64 ч и шарошка не осталась на забое! Учитывая это, выполняем расчет, полагая, что прочность закрытой опоры в четыре раза больше.
В этом случае износ после рейса составит 45,6%, наработка на износ – 112 ч. Такое число часов наработки на износ – разумный прогноз.
Почему же все-таки процент износа опоры после рейса по расчету специалистов из США и России не совпал? Это обычная картина. В расчете американских специалистов не учтено влияние вибраций на скорость износа, не сбалансировано влияние смазки и конструкции опоры. По этой причине до настоящего времени путем инструментальных замеров не удается достаточно точно и единообразно учитывать процент износа зуба и опоры. Пора понять, что и все расчеты и предсказания без этого никогда не будут достаточно точны. У американских специалистов не было предварительного расчета по программе «ЭПИЗОД», являющейся ключом. Ошибка была предопределена.
С другой стороны, когда поправочные коэффициенты ко всем влияющим факторам определены верно, и вероятный процент износа опоры за рейс предсказан достаточно точно, дальнейший расчет зачастую производится по законам линейной интерполяции из-за чего прогноз на ресурс совпадает. В данном случае эти прогнозы совпадают еще и потому, что и предсказанные проценты износа за рейс в сопоставляемых расчетах на самом деле разнятся не так уж значительно, учитывая, что официально разрешенная ошибка счета по IADC допускается в пределах 12,5%.
ВЫВОДЫ
Разработана программа «ДОПР», дающая возможность обоснованно подбирать необходимое число долот из соображений наиболее быстрого бурения скважины еще на стадии ее проектирования и производства. Она включает про- граммы «ПРИВОД» и «ЭПИЗОД» [1,2].
Из-за недопустимых неточностей, которые возникают при определении процента износа долот на буровой в процессе инструментальных замеров закрытой опоры, для первой скважины месторождения предлагается определять ее прочность не по результатам замера, а теоретически по расчету программы «ЭПИЗОД» [3] (подобно тому, как это делается для определения ресурса подшипников в машиностроении).
Программа «ДОПР» является ключом к получению реальной возможности использования на производстве академических расчетов американских специалистов [3, 4], претендующих на прогноз теоретического определения безопасного времени работы закрытой опоры на забое.Однако, в настоящее время эти расчеты «не работают» для практики, так как сначала надо ввести в исходные данные процент износа зуба и износа опор после прохождения предыдущего рейса, что само собой по определению является искомой величиной и может быть теоретически достаточно точно и обоснованно определено при помощи программ «ПРИВОД» и «ЭПИЗОД».
Программа «ДОПР» может явиться хорошим дополнением к международному коду по упорядочению учета износа вооружения долота «IADC» так как в указанном коде, к сожалению, ничего не говорится об учете износа опор долота, кроме общих фраз и не дается метод оценки процента износа вооружения долота с требуемой кодом точностью 12,5.
Просим особо обратить ваше внимание на тот факт, что при работе с программой «ДОПР» в случае планирования бурения первой скважины на новом месторождении для начала первоначальных расчетов информация от заказчика о том, какой будет износ зуба, износ опор не требуется, поскольку соседние скважины не бурились. От заказчика требуются только сведения по геологии, конструкции скважины, режиме (по нормам: нагрузка 1–2 т/дюйм диаметра долота), оборотам (роторное бурение или ВЗД или турбина) что, обычно, всегда является известным в исходных условиях Проекта. Время работы долота на забое определиться 80%-ным износом опоры или 50%-ным износом зуба по «Допр».
Список литературы
Белоруссов В.О. «Способ точного определения процента износа закрытой опоры долота расчетным путем. „Нефтегазовые технологии“, М., № 10, 2007 г.
Белоруссов В.О. „Способ точного определения процента износа зубьев долота расчетным путем“. „Нефтегазовые технологии“, М., № 2., февраль 2008 г.
Galle E.V., Woods H. B. „Best constant Bit Weight and Rotary Speed“, Mines&Quarry Eng, 1961, № 1, p.29–34; № 2, p. 94–81.
Bourgoin A. T., Milhelm K. K., Chenever M.E. Applied Drilling Engineering, 1986, Textbook, vol. 2.
Автор: Белоруссов В. О.
