Буровые промывочные жидкости на водной и углеводородной основах представляют собой полидисперсные нелинейно-вязкие системы, напряженное состояние которых качественно описывается реологической моделью Гершеля – Балкли. В данной работе выдвинута гипотеза о том, что повышение качества выноса шлама может быть достигнуто путем выбора наиболее эффективной комбинации трех параметров реологической модели при проектировании свойств бурового раствора – начального напряжения сдвига, коэффициента консистенции и показателя нелинейности модели. Определение эффективной комбинации реологических параметров модели Гершеля – Балкли для обеспечения равномерного профиля скоростей осуществлялось методами корреляционного и регрессионного анализов и методом машинного обучения. Расчетная часть работы проведена в пакете символьных вычислений Wolfram Mathematica. Определены детерминированные участки зависимости количественного показателя равномерности профиля скоростей от реологических коэффициентов. Для удобства инженерных расчетов построена линейная математическая модель, отражающая связь модифицированного коэффициента эксцесса от коэффициентов трехпараметрического реологического уравнения Гершеля – Балкли. Предложенную методику можно рекомендовать для проектирования новых буровых промывочных систем и тестирования существующих для заданных технологических параметров промывки скважины.

Научно-технический прогресс за последнее столетие привел к колоссальному росту потребления полезных ископаемых, в том числе энергетических ресурсов. Большая часть эксплуатируемых месторождений нефти и газа уже значительно выработаны, поэтому необходимы поиски новых углеводородных ресурсов, в частности, на больших глубинах. В решении этой проблемы особая роль принадлежит глубокому бурению. В статье рассмотрен мировой и отечественный опыт бурения сверхглубоких скважин. Проанализированы методы и технологии, применявшиеся при строительстве скважин, а также осложнения и аварии, возникающие в процессе их проходки. В результате анализа было выявлено, что существующие ограничения параметров бурения глубоких и сверхглубоких скважин вызваны техническими характеристиками наземного и забойного бурового оборудования, не удовлетворяющими экстремальным условиям бурения. Предложены направления развития техники и технологий бурения глубоких и сверхглубоких скважин. Вводится понятие «экстремальные горно-геологические условия процесса бурения», характеризующее бурение в условиях гидростатического давления столба промывочной жидкости и высокой забойной температуры как при устойчивом, так и при неустойчивом состоянии ствола скважины, приближающихся к верхнему пределу рабочих технических характеристик компоновки низа бурильной колонны, самой бурильной колонны и промывочной жидкости.

Значение углеводородных ресурсов и нефтегазового комплекса в настоящее время сложно переоценить. На территории Российской Федерации сосредоточена примерно третья часть мировых запасов природного газа, по запасам нефти Россия уступает всего пяти государствам, но даже этого достаточно, чтобы развивать и совершенствовать эту отрасль производства. Вопросы обеспечения рационального использования созданной минерально-сырьевой базы за счет вовлечения в эксплуатацию трудноизвлекаемых запасов нефти и газа, неразрабатываемых месторождений твердых полезных ископаемых, снижения негативного влияния освоения недр на окружающую среду, качественного улучшение системы информационного обеспечения недропользования, мониторинга и контроля развития минерально-сырьевой базы Российской ФедерацииЗакрыть панель путем развития информационных технологий, в том числе за счет внедрения автоматизированных систем управления и регулирования в сфере геологии и недропользования, систем обработки, интерпретации, хранения и предоставления в пользование геологических данных являются задачами в «Стратегии развития минерально-сырьевой базы Российской Федерации до 2035 года»

В статье представлены результаты исследований влияния низких забойных температур в интервалах продуктивных пластов на технологические свойства растворов, используемых для бурения и заканчивания скважин с целью определения возможности повышения коэффициента извлечения газа на месторождении магистрального газопровода «Сила Сибири». Проведен анализ технологических мероприятий, определяющих качество вскрытия продуктивного горизонта. Установлено, что на изменение глубины проникновения фильтрата в пласт в условиях низких забойных температур существенно не влияет дисперсность кольматанта в составе бурового раствора на углеводородной основе, выбранного из существующих методик. Выявлена основная причина снижения проницаемости призабойной зоны пласта – повышение пластической вязкости дисперсионной среды бурового раствора на углеводородной основе под воздействием низких забойных температур. Разработан раствор-деструктор, позволяющий эффективно проводить очистку ствола скважины от компонентов раствора на углеводородной основе в условиях низких забойных температур. Представлены результаты лабораторных исследований применяемого бурового раствора на углеводородной основе и разработанного раствора-деструктора, а также его опытно-промысловые испытания. Научно обоснован механизм взаимодействия раствора-деструктора с фильтрационной коркой бурового раствора на углеводородной основе, обеспечивающего снижение скин-фактора в условиях геолого-гидродинамического строения ботуобинского, хамакинского и талахского горизонтов Чаяндинского нефтегазоконденсатного месторождения.

В статье приведен краткий обзор осложнений, возникающих при строительстве нефтегазовых скважин в условиях аномально высоких и аномально низких пластовых давлений. Исследованы технологические свойства растворов, используемых для ликвидации аварийных ситуаций при бурении скважин в интервалах катастрофических поглощений и проявлений пластового флюида. Разработана технология, позволяющая изолировать водопроявление в интервалах избыточного пластового давления, основанная на применении специального устройства, обеспечивающего управление гидродинамического давления в кольцевом пространстве скважины. Проведен эксперимент по определению времени закачивания вязкоупругой системы в зависимости от ее реологии, свойств горной породы и технологических параметров процесса изоляции. Представлена математическая модель, основанная на применении специального устройства, позволяющая определить глубину проникновения вязкоупругой системы для блокирования водоносных горизонтов с целью предотвращения межпластовых перетоков и прорывов вод в добывающие скважины.

Современные тенденции мирового энергетического рынка, связанные с целями устойчивого развития, в ряде случаев приводят к принятию недостаточно обоснованных политических решений. Интенсификация развития возобновляемых источников энергии – экономически спорный, но необходимый шаг с точки зрения социальных и экологических эффектов. Однако последующее развитие водородной инфраструктуры является опасной инициативой. В статье предпринята попытка рассмотреть водород с точки зрения интегральной оценки его характеристик. Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы о потенциале широкомасштабного внедрения водорода в энергетику: как химический элемент водород является врагом металлоконструкций, что значительно затрудняет выбор подходящих материалов; физические и объемные характеристики водорода снижают общую эффективность энергосистемы по сравнению с аналогичными углеводородными решениями; водородная экономика не имеет необходимой основы как с точки зрения физической инфраструктуры, так и механизмов рыночного регулирования; появление широкодоступного водорода опасно для общества из-за его высокой горючести. В результате работы был сделан вывод, что существующие пилотные водородные проекты являются позитивными, но не масштабируемыми решениями для энергетического сектора из-за отсутствия технологий для создания крупномасштабной и географически распределенной инфраструктуры, а также проработанной международной системы регулирования отрасли. Таким образом, в текущих условиях риски реализации таких проектов значительно превышают их потенциальные экологические выгоды.

В статье представлены результаты исследований возможности повышения эффективности бурения наклонно прямолинейных участков скважин винтовыми забойными двигателями (ВЗД) при комбинированном способе бурения с вращением колонны бурильных труб (КБТ). Цель – обеспечение устойчивой работы ВЗД при одновременном вращении КБТ за счет снижения амплитуды колебаний регулированием параметров режима бурения на основе математического моделирования системы ВЗД – КБТ. Приведены результаты экспериментальных исследований по определению экстремумов распределения поперечных и осевых колебаний корпуса ВЗД в зависимости от геометрических параметров героторного механизма и режимов, обеспечивающих устойчивую эксплуатацию. Концептуально изложены подходы к разработке математической модели и методики, позволяющей определить диапазон автоколебаний системы ВЗД – КБТ и границы вращательного и поступательного волнового возмущения для разнородного стержня с установленным ВЗД при бурении наклонно прямолинейных участков скважины. Данная математическая модель динамики системы ВЗД – КБТ дает возможность прогнозировать оптимальные параметры режима бурения направленных скважин, обеспечивающих устойчивую работу компоновки низа бурильной колонны.

На основе проведенного анализа результатов исследований виброускорений и амплитуд биений корпуса винтового забойного двигателя определен диапазон оптимальных энергетических характеристик героторного механизма, обеспечивающих его устойчивую работу. В результате выполненных вычислительных и натурных экспериментальных исследований получены зависимости, описывающие работу системы «долото – роторная управляемая система с силовой винтовой секцией – колонна бурильных труб» и установлены значения границ автоколебаний и наступления резонанса системы при их совместной эксплуатации. Предложена математическая модель, позволяющая определять оптимальный диапазон режимных параметров бурения скважин, обеспечивающих снижение экстремальных виброускорений компоновки низа бурильной колонны регулированием моментных силовых и частотных характеристик бурильной колонны с учетом энергетических характеристик силовой винтовой секции, входящей в состав роторной управляемой системы. Изложены рекомендации по выбору параметров режима бурения.

Выявлены основные направления повышения эффективности бурения скважин путем совершенствования приемов проектирования профилей наклонно направленных и горизонтальных скважин. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и необходимость применения при бурении роторными управляемыми системами траекторий профилей наклонно направленных скважин с непрерывной кривизной, не содержащих участков сопряжения на основе плоских трансцендентных кривых. Разработан алгоритм и программно-информационное обеспечение, позволяющее осуществлять оптимизированный выбор профиля или участка траектории с учетом минимизации скручивающих, изгибающих, сжимающих и растягивающих напряжений, обеспечивающих эффективность технико-технологических параметров бурения скважины.

Приведен анализ результатов исследований эксплуатационных возможностей техники и технологии бурения наклонно направленных скважин. В качестве технических и технологических решений, обеспечивающих проводку сложных профилей наклонных скважин, рассмотрены два варианта вращательного способа бурения. В первом варианте в качестве привода долота используются винтовые забойные двигатели, во втором – высокоинтеллектуальные роторные управляемые системы. Представлены результаты практических данных бурения скважин, имеющих сложный профиль. Дана оценка качества проводки скважин на примере совпадения проектных и фактических траекторий с использованием разных типов привода породоразрущающего инструмента, а также свойств горных пород, реологии бурового раствора и других технических характеристик динамически активных систем. Выявлен диапазон частоты вращения роторных управляемых систем, обеспечивающий минимальную амплитуду колебаний компоновки низа бурильной колонны. Анализ результатов исследований показал, что основной источник колебания связан с изгибающими и сжимающими напряжениями, обусловленными искривлением скважины, а также жесткостью бурильного инструмента. Как следствие, в системе нижней части бурильной колонны формируются автоколебания, приводящие к невозможности корректировки азимутальных и зенитных углов. Изменение жесткости нижней части инструмента и параметров бурения, предусматривающих снижение частоты вращения бурильной колонны и регулирование нагрузки на долото, частично позволяет решить данную проблему, однако увеличение частоты ограничено техническими характеристиками существующих систем верхнего привода.

Приведен анализ результатов исследований технических и технологических решений, направленных на повышение эффективности бурения скважин оптимизацией динамики ра-боты винтового забойного двигателя. В качестве технических решений, обеспечивающих снижение вибрации, рассмотрены два варианта конструктивного изменения элементов си-ловой секции. Первый вариант включает изготовление полого ротора, позволяющего сни-зить момент инерции, второй – изготовление ротора модульного исполнения, обуславли-вающего изменение эксцентриситета (смещение осей) рабочих органов двигателя. Для обеспечения устойчивой работы двигателя в условиях скважины, выявления оп-тимальных нагрузочных параметров проведены исследования колебаний по всей длине си-ловой секции рабочих органов и шпиндельной части двигателя с учетом изменения его энергетических характеристик. Выявлены показатели частоты вращения вала, обеспечивающие минимальную ампли-туду колебаний двигателя. Оптимальный диапазон частот вращения ротора, предотвра-щающий потерю устойчивости компоновки низа бурильной колонны и обеспечивающий его устойчивую эксплуатацию, должен находиться в пределах 15-20 % от частоты работы двигателя в режиме холостого хода, при этом максимальное снижение частоты вращения в процессе бурения не должно превышать 30 %.