nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2021-44-4-433-440nznistu-180Research ArticleРазведка и разработка месторождений полезных ископаемыхExploration and Development of Mineral DepositsОбоснование параметров наддолотного струйного насоса для вскрытия продуктивного пластаParameter substantiation of supra bit jet pump for productive formation openingМельниковА. П.MelnikovA. P.

Мельников Александр Павлович, преподаватель

г. Иркутск

Alexander P. Melnikov, Lecturer

Irkutsk

m1a1p@yandex.ruБугловН. А.BuglovN. A.

Буглов Николай Александрович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой нефтегазового дела, Институт недропользования

г. Иркутск

Nikolay A. Buglov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Head of the Department of Oil and Gas Business, Institute of Subsurface Resource Management

Irkutsk

bna@istu.eduГеологоразведочный техникум Иркутского национального исследовательского технического университетаРоссияGeological Prospecting College, Irkutsk National Research Technical UniversityRussian FederationИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation202128122021444433440Copyright © Мельников А.П., Буглов Н.А., 20212021Мельников А.П., Буглов Н.А.Melnikov A.P., Buglov N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/180

Целью представленного исследования являлась разработка наддолотного струйного насоса с учетом нестационарности низкооборотного бурения для измельчения инжектированного из затрубного пространства шлама при вскрытии продуктивного пласта. В статье предложено устройство для компоновки низа бурильной колонны, предназначенное для первичного вскрытия продуктивного пласта. В состав устройства входят наддолотный струйный насос и кольмататор. Струйный насос создает дополнительный контур циркуляции бурового раствора над забоем скважины, измельчает инжектированный из затрубного пространства шлам в камере смешения и подает его на кольмататор. Дополнительный контур циркуляции над забоем скважины, в свою очередь, создает местную депрессию пласта при сохранении гидростатического давления в скважине. Дробление шлама в камере смешения струйного насоса происходит за счет создания перекрестных потоков в струйном насосе. Перекрестные потоки обеспечиваются за счет углового и эксцентрического смещения рабочей насадки струйного насоса относительно камеры смешения. Кольмататор создает непроницаемый экран на стенке скважины для временной изоляции продуктивного пласта при первичном вскрытии. В результате исследования авторами предложены напорные характеристики струйного насоса с учетом углового, эксцентрического смещения рабочей насадки. Разработана напорная характеристика струйного насоса при нестационарном режиме работы струйного насоса в компоновке низа бурильной колоны. В напорных характеристиках учтена шероховатость проточной части струйного насоса. С помощью напорных характеристик определены допустимые смещения рабочей насадки струйного насоса. Предложены рекомендации по проектированию струйных насосов для компоновок низа бурильной колонны.

The purpose of the study is to develop a supra bit jet pump taking into account the unsteadiness of low-speed drilling for crushing the cuttings injected from the annular space under productive formation opening. The article proposes a device for drill string bottom assembly intended for the initial opening of the productive formation. The device includes a supra bit jet pump and a colmatator. The jet pump creates an additional circulation loop of the drilling fluid above the well bottom, crushes the cuttings injected from the annular space in the mixing chamber and delivers it to the colmatator. An additional circulation loop above the well bottom creates a local drawdown of the formation while maintaining the hydrostatic pressure in the well. Crushing of cuttings in the mixing chamber of the jet pump occurs due to the creation of cross flows in the jet pump. The cross flows are provided due to the angular and eccentric displacement of the working nozzle of the jet pump relative to the mixing chamber. The colmatator creates an impermeable screen on the borehole wall for temporary isolation of the productive formation under initial opening. The conducted study allowed the authors to propose head characteristics of the jet pump taking into account the angular, eccentric displacement of the working nozzle. The head characteristic of the jet pump has been developed for the unsteady operation of the jet pump in the drill string bottom assembly. The head characteristics take into account the roughness of the flow path of the jet pump. Using the head characteristics, the permissible displacements of the working nozzle of the jet pump have been determined. Recommendations for the design of jet pumps for drill string bottom assemblies are proposed.

бурениепервичное вскрытиедифференциальное давлениеструйная кольматацияструйный насосгидравлический расчеткоэффициент напорадепрессия пластаdrillingprimary openingdifferential pressurejet cloggingjet pumphydraulic calculationhead coefficientformation drawdownReferencesOkoro E. E., Obomanu T., Sanni S. E., Olatunji D. I., Igbinedion P. Application of artificial intelligence in predicting the dynamics of bottom hole pressure for under-balanced drilling: extra tree compared with feed forward neural network model // Petroleum. 2021. https://doi.org/10.1016/j.petlm.2021.03.001.Okoro E. E., Obomanu T., Sanni S. E., Olatunji D. I., Igbinedion P. Application of artificial intelligence in predicting the dynamics of bottom hole pressure for under-balanced drilling: extra tree compared with feed forward neural network model. Petroleum. 2021. https://doi.org/10.1016/j.petlm.2021.03.001.Salehi S., Hareland G., Nygaard R. Numerical simulations of wellbore stability in under-balanced-drilling wells // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2010. Vol. 72. Iss. 3-4. P. 229–235. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2010.03.022.Salehi S., Hareland G., Nygaard R. Numerical simulations of wellbore stability in under-balanced-drilling wells. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2010; 72(3-4):229-235. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2010.03.022.Mikhal'chenkova A. N., Lagutkin M. G., Baranova E. Yu. Comparative analysis of vortex ejector and jet pump characteristics // Chemical and Petroleum Engineering. 2020. Vol. 56. Iss. 7-8. P. 522–528. https://doi.org/10.1007/s10556-020-00827-3.Mikhal'chenkova A. N., Lagutkin M. G., Baranova E. Yu. Comparative analysis of vortex ejector and jet pump characteristics. Chemical and Petroleum Engineering. 2020;56(7-8):522-528. https://doi.org/10.1007/s10556-020-00827-3.Pugh T., Khelifa C. B., Fraser K. First ever sub-sea hydraulic jet pump system used to optimize single well development offshore Tunisia // Offshore Mediterranean Conference and Exhibition. Ravenna, 2015. [Электронный ресурс]. URL: https://www.onepetro.org/download/conference-paper/OMC-2015-207?id=conference-paper%2FOMC2015-207 (20.08.2021).Pugh T., Khelifa C. B., Fraser K. First ever sub-sea hydraulic jet pump system used to optimize single well development offshore Tunisia. In: Offshore Mediterranean Conference and Exhibition. Ravenna; 2015. Available from: https://www.onepetro.org/download/conference-paper/OMC-2015-207?id=conference-paper%2FOMC-2015-207 [Accessed 20th August 2021].Соколов Е. Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты. М.: Энергоатомиздат, 1989. 325 с.Sokolov E. Ya., Zinger N. M. Jet devices. Moscow: Energoatomizdat; 1989. 325 p. (In Russ.).Sazonov Yu. A., Mokhov M. A., Gryaznova I. V., Tumanyan K. A., Pyatibratov P. V., Voronova V. V. Development and research of jet pump-compressor unit with periodical connection of ejector // Journal of Applied Engineering Science. 2020. Vol. 18. Iss. 2. P. 267–272. https://doi.org/10.5937/jaes18-25998.Sazonov Yu. A., Mokhov M. A., Gryaznova I. V., Tumanyan K. A., Pyatibratov P. V., Voronova V. V. Development and research of jet pump-compressor unit with periodical connection of ejector. Journal of Applied Engineering Science. 2020;18(2):267-272. https://doi.org/10.5937/jaes18-25998.Калачев В. В. Струйные насосы: теория, расчет и проектирование. М.: Омега-Л, 2017. 418 с.Kalachev V. V. Jet pumps: theory, calculation and design. Moscow: Omega-L; 2017. 418 p. (In Russ.).Шайдаков В. В., Мельников А. П., Чернова К. В., Коробков Г. Е. Эффективное вскрытие продуктивного пласта при бурении нефтяных и газовых скважин // SOCAR Proceedings. 2018. № 4. С. 26–34. https://doi.org/10.5510/OGP20180400368.Shaidakov V. V., Melnikov A. P., Chernova K. V., Korobkov G. E. Efficient drilling-in in the oil and gas wells drilling. SOCAR Proceedings. 2018;4:26-34. (In Russ.). https://doi.org/10.5510/OGP20180400368.Сазонов Ю. А., Мохов М. А., Грязнова И. В., Воронова В. В., Туманян Х. А., Франков М. А. [и др.]. Разработка перспективных технологий с применением эжекторных систем и сетчатых турбин // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина. 2020. № 4. С. 49–60. https://doi.org/10.33285/2073-9028-2020-4(301)-49-60.Sazonov Yu. A., Mokhov M. A., Gryaznova I. V., Voronova V. V., Tumanyan Kh. A., Frankov M. A., et al. Development of advanced technologies dedicated to ejector systems and mesh turbines. Trudy Rossiiskogo gosudarstvennogo universiteta nefti i gaza imeni I. M. Gubkina = Proceedings of Gubkin Russian State University of Oil and Gas. 2020;4:49-60. (In Russ.). https://doi.org/10.33285/2073-9028-2020-4(301)-49-60.Крыжанивский Е. И., Паневник Д. А. Повышение эффективности использования наддолотных струйных насосов // SOCAR Proceedings. 2020. № 2. С. 112–118. https://doi.org/10.5510/OGP20200200437.Kryzhanivskyi E. I., Panevnyk D. A. Improving use efficiency above-bit jet pumps. SOCAR Proceedings. 2020;2:112-118. (In Russ.). https://doi.org/10.5510/OGP20200200437.Паневник А. В., Концур И. Ф., Паневник Д. А. Определение эксплуатационных параметров наддолотной эжекторной компоновки // Нефтяное хозяйство. 2018. № 3. С. 70–73. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2018-3-70-73.Panevnik A. V., Kontsur I. F., Panevnik D. A. Determination of operating parameters of near-bit ejector assembly. Neftyanoe khozyaistvo. 2018;3:70-73. (In Russ.). https://doi.org/10.24887/0028-2448-2018-3-70-73.Паневник Д. А., Паневник А. В. Исследование совместной работы струйного и плунжерного насосов с балансирным кривошипно-шатунным приводом // Нефтяное хозяйство. 2020. № 2. С. 58–61. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2020-2-58-61.Panevnyk D. A., Panevnyk A. V. Investigation of the joint work of a jet and plunger pump with a balancing crank-rod drive. Neftyanoe khozyaistvo. 2020;2:58-61. (In Russ.). https://doi.org/10.24887/0028-2448-2020-2-58-61.Крысин Н. И., Крапивина Т. Н. Повышение скоростей бурения и дебитов скважин. Разработка и совершенствование составов буровых растворов, технологий и технических средств первичного и вторичного вскрытия продуктивных пластов. М.: Инфра-Инженерия, 2018. 340 с.Krysin N. I., Krapivina T. N. Increasing drilling rates and well yield. Development and improvement of drilling fluid compositions, technologies and engineering tools of primary and secondary penetration of payout beds. Moscow: Infra-Inzheneriya; 2018. 340 p. (In Russ.).Сазонов Ю. А., Мохов М. А., Туманян Х. А., Франков М. А., Азарин К. И. Разработка компрессорных технологий с эжекторами высокого давления для добычи нефти и газа // Нефтяное хозяйство. 2018. № 5. С. 78–82. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2018-5-78-82.Sazonov Yu. A., Mokhov M. A., Tumanyan Kh. A., Frankov M. A., Azarin K. I. The development of compressor technologies with high presssure ejectors for oil and gas production. Neftyanoe khozyaistvo. 2018;5:78-82. (In Russ.). https://doi.org/10.24887/0028-2448-2018-5-78-82.Асеев Е. Г., Шамов Н. А., Лягов А. В., Назаров С. В., Халиков К. И., Зинатуллина Э. Я. Депрессионноволновые и иные средства повышения приемистости и продуктивности скважин // Проектирование и эксплуатация нефтегазового оборудования: проблемы и решения: материалы Всерос. науч.-техн. конф. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. С. 8–13.Aseev E. G., Shamov N. A., Lyagov A. V., Nazarov S. V., Khalikov K. I., Zinatullina E. Ya. Depression-wave and other means to increase well intake capacity and productivity. In: Proektirovanie i ekspluatatsiya neftegazovogo oborudovaniya: problemy i resheniya: materialy Vserossiiskoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii = Design and operation of oil and gas equipment: problems and solutions: materials of the All-Russian scientific and technical conference. Ufa: Ufa State Petroleum Technological University; 2004. p.8–13. (In Russ.).Андуганов А. А., Лягов А. В., Агзамов Ф. А. Разработка конструкции эжекционного струйного скважинного насоса для традиционного бурения // Современные технологии в нефтегазовом деле – 2019: сборник трудов Междунар. науч.-техн. конф. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2019. С. 15–19.Anduganov A. A., Lyagov A. V., Agzamov F. A. Developing the design of a hydraulic jet pump for traditional drilling. In: Sovremennye tekhnologii v neftegazovom dele – 2019: sbornik trudov Mezhdunarodnoi nauchnotekhnicheskoi konferentsii = Modern technologies in oil and gas business – 2019: collected works of the International scientific and technical conference. Ufa: Ufa State Petroleum Technological University; 2019. p.15–19. (In Russ.).Касимов Д. Л., Лягов А. В. Компоновка низа бурильной колонны модернизированная // 70-я научнотехническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сборник тезисов. В 2 т. Т. 1. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2019. С. 97–98.Kasimov D. L., Lyagov A. V. Modernized assembly the drill string bottom. In: 70-ya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya studentov, aspirantov i molodykh uchenykh: sbornik tezisov = 70th scientific and technical conference of students, postgraduate students and young scientists: collected abstracts. In 2 vol. Vol. 1. Ufa: Ufa State Petroleum Technological University; 2019. p.97–98. (In Russ.).Пат. № 186817, Российская Федерация, МПК E21B 21/00, F16F 5/00. Устройство для бурения скважин / А. П. Мельников, Н. А. Буглов, В. М. Иванишин, Р. Х. Акчурин. Заявл. 02.11.2018; опубл. 05.02.2019. Бюл. № 4.Mel'nikov A. P., Buglov N. A., Ivanishin V. M., Akchurin R. Kh. A device for drilling wells. Patent RF, no. 186817; 2019. (In Russ.).Мельников А. П., Буглов Н. А. Исследование влияния эксцентрического и углового смещения рабочей насадки струйного насоса на его работу при бурении скважин // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 6. С. 50–57. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2016-6-50-57.Melnikov A. P., Buglov N. A. Studying the influence of working nozzle eccentric and angular misalignment in the jet pump on its operation at drilling wells. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016; 6:50-57. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2016-6-50-57.Мельников А. П., Буглов Н. А. Влияние шероховатости проточной части струйного насоса на его характеристики // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 1. С. 23–29. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-1-23-29.Melnikov A. P., Buglov N. A. Effect of wet end roughness on jet pump characteristics. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018;22;1:23-29. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-1-23-29.Мельников А. П., Шайдаков В. В., Сёмин В. И. Работа струйного насоса в нестационарных условиях забоя при бурении нефтяных и газовых скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2018. № 12s. С. 30–35. https://doi.org/10.30713/0130-3872-2018-12s-30-35.Melnikov A. P., Shaidakov V. V., Syomin V. I. Jet pump operation in a bottom hole’s non-stationary conditions when drilling oil and gas wells. Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. 2018;12s:30-35. (In Russ.). https://doi.org/10.30713/0130-3872-2018-12s30-35.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.