Бурение нефтяных и газовых скважин

Отрицательное свойство этих долот  заключается в том, что они  эффективны в основном при бурении  абразивных пород средней твердости, поскольку сильно заостренные копытообразные зубки при соскребании породы со стенок сферического забоя скважины обеспечивают достаточно высокую механическую скорость бурения только до затупления или скола режущей кромки. Другое отрицательное свойство серийных одношарошечных долот состоит в том, что полное перекрытие забоя из-за сложного планетарного движения режущих кромок зубков относительно его полусферической поверхности происходит только после 18 — 20 полных оборотов. ОАО "Уралбурмаш" освоил производство одношарошечных долот типов I 161 СЗ-Н и 139,7; 161; 190,5; 215,9 типа СЗ-АУ. Долото I 161 СЗ-Н предназначено для бурения в абразивных породах средней твердости. Опора шарошек долота диаметром 161 мм типа СЗ состоит из трех подшипников скольжения и двух шариковых подшипников, один из которых замковый. Шарошка оснащена 64 твердосплавными зубками, которые расположены по двухзаходной спирали. Для подачи бурового раствора на забой в корпусе долота предусмотрено наклонное промывочное отверстие круглого сечения, а на корпусе .

Для подачи бурового раствора на забой в корпусе долота предусмотрено наклонное промывочное  отверстие круглого сечения, а на корпусе шарошки выполнены дополнительные продольные пазы.

ОАО "Уралбурмаш" освоил производство одношарошечных развальцевателей диаметрами от 120 до 157 мм, предназначенных  для развальцевания профильных перекрывателей, разработанных совместно с институтом Тат-НИПИнефть, с целью реализации технологии крепления скважин в осложненных геолого-технических условиях.

ОАО "Волгабурмаш" выпускает одношарошечные долота типа I 190,5 СЗ-АУ и I 215,9 СЗ-АУ, предназначенные  для бурения абразивных пород  средней твердости.

.

 

57.  Понятие  о режиме бурения и его параметрах. Разновидности режимов бурения.

 

Режим бурения – это совокупность тех факторов, которые влияют на эффективность разрушения породы, определяют интенсивность износа долота и которыми можно управлять в процессе работы долота на забое. 

Оптимальный режим  бурения – обеспечивает наилучшие показатели работы долота и углубления скважины (интервала).  

Специальный режим  бурения – обеспечивает выполнение специальных операций (набор или стабилизация угла наклона ствола скважины; предотвращение искривления ствола скважины; отбор керна; вскрытие продуктивного пласта; аварийные работы в скважине и др.).

Факторы, определяющие режим  бурения, называются параметрами режима бурения. 

Основные параметры  режима бурения:

n Расход бурового раствора  Q, м3/с (л/с) - - обеспечивает полную и своевременную очистку забоя и скважины от шлама, а также работу ГЗД.

- условие очистки забоя: Q1=qуд Fз (qуд = 0,57 – 0,65 м/с)

- условие выноса шлама: Q2 = V Fк (V = 0,4 – 0,6 м/с)

- условие работы  ГЗД ;

n Осевая нагрузка на долото  G, кН (тс) - создает необходимое усилие для разрушения горной породы на забое.

G = g D (g = 1,5 – 15 кН/см);

n Частота вращения долота  n, с-1 (об/мин) - - оказывает влияние на скорость углубления забоя.

- низкооборотный режим n < 150 об/мин

- среднеоборотный режим n = от 150 до 450 об/мин

- высокооборотный режим n = от 450 до 750 об/мин .

n Плотность  ρ, кг/м3 (г/см3) - масса единицы объема жидкости,  кг/м3 (г/см3), характеризует гидростатическое давление столба жидкости в скважине и определяет гидравлические потери при циркуляции.

n и другие свойства бурового раствора. 

ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДОЛОТА(показатели бурения скважины):  

v Проходка на долото, h (м) – количество метров, пробуренных данным долотом от начала разрушения породы на забое до момента окончания его работы по углублению скважины;

v Время механического бурения, t (ч) - количество часов работы долота при разрушении породы на забое;

v Механическая скорость проходки, Vм = h / t (м/ч) – количество метров, пройденных данным долотом за единицу времени механического бурения. Мехскорость проходки характеризует интенсивность разрушения породы на забое. Изменение текущей механической скорости связано с изнашиванием долота, чередованием пород по твердости, изменением режимных параметров в процессе отработки долота. Снижение механической скорости проходки свидетельствует о необходимости подъема долота;

v Рейсовая скорость бурения, Vр = h / t+tсп (м/ч) – количество метров, пройденных данным долотом за единицу суммарного времени механического бурения, спуско-подъема  долота и вспомогательных работ. Рейсовая скорость определяет темп углубления скважины. Долото, поднятое при достижении максимума рейсовой скорости, обеспечивает наиболее быструю проходку ствола скважины;

v Эксплуатационные затраты на 1 м проходки (стоимость 1 м проходки), руб/м. - (стоимость одного метра проходки) равняются сумме стоимости долота, а также всех расходов, необходимых для углубления скважины в данном интервале бурения, отнесенных к длине этого интервала. Расходы, необходимые для углубления скважины, выражаются в величине стоимости 1 часа работы буровой установки по затратам, зависящим от времени.

v Проходка за рейс долота (hр) – количество метров, пробуренных данным долотом от начала разрушения породы на забое до момента окончания его работы по углублению скважины и подъема долота на поверхность, с целью его повторного использования для бурения.  Обычно для шарошечных долот h = hр. Для алмазных долот h = суммеhр.

 

Влияние дифференциального  давления на забое скважины на механическую скорость проходки 

Дифференциальное давление на забой – комплексный фактор, интегрирующий плотность и вязкость бурового раствора, режим циркуляции, соотношение геометрических размеров ствола и бурильного инструмента  и т.д. Независимо от первоначальной причины его увеличение всегда сопровождается ухудшением показателей работы долот. Установлено что при прочих равных условиях механическая скорость проходки увеличивается с уменьшением  дифференциального давления на забой.

Гидравлическое давление p_з = ρgz + p_кз + p_у’ , где ρ – плотность бурового раствора; z – глубина забоя; p_кз – сопротивление движению раствора в кольцевом зазоре между бурильным инструментом и стенкой скважины;

p_у’ – давление на устье скажины.

 

 

 

 

По оси У – скорость механическая (м/ч), по оси Х –  давление дифференциальное (МПа).

 

Схема влияние дифференциального  давления  на разрушение горной породы

1 – вдавливание клина  (зубка долота);

2 – ядро всестороннего  сжатия (предразрушенная порода);

3 – боковые трещины.

Давление в скважине – гидростатическое давление столба промывочной жидкости в скважине, плюс гидродинамическая составляющая от движения промывочной жидкости – Pск = Pгс + Pгд.

Влияние параметров режима бурения на стойкость (время  работы) шарошечных и алмазных долот

Проходка на долото зависит  от скорости разрушения породы и длительности работы его на  забое,  т. е.  долговечности. При бурении разрушается не только порода забоя, но и вооружение самого долота, а в шарошечных долотах — также подшипники. Любое изменение параметров режима сказывается на интенсивности износа долота. По мере его износа снижается механическая скорость проходки. Наиболее интенсивно зубья изнашиваются в начале работы долота, пока площадь контакта их с породой мала, а контактное давление велико. По мере их износа и увеличения площади контакта уменьшаются контактное давление и скорость износа. Поэтому механическая скорость проходки наиболее интенсивно снижается также в начальный период работы долота на забое. Скорость износа возрастает примерно пропорционально осевой нагрузке, пока контактное давление не достигнет некоторого значения, зависящего от предела текучести материала зубьев, а при высоких скоростях вращения — от предела выносливости. При дальнейшем повышении осевой нагрузки темп прироста скорости износа существенно увеличивается. Если на первом этапе износ в основном происходит в результате истирания, то при высоком контактном давлении наблюдается объемно-усталостное (а порой — объемное) разрушение металла. Важное значение имеет характер шероховатости поверхности контакта пары зуб—порода и соотношение микротвердостей минеральных зерен породы и зуба. Чем больше шероховатость породы, тем интенсивнее износ, так как выше реальные контактные давления л местах касания зуба с выпуклостями поверхности породы. Износ особенно интенсифицируется, если микротвердость минеральных норой породы близка к микротвердости зубьев долота. Скорость износа зубьев возрастает примерно пропорционально скорости вращения долота или даже несколько быстрее, особенно при бурении в твердых породах. Последнее объясняется тем, что при бурении в твердых породах контактные давления часто близки (а иногда превышают) к пределу выносливости материала зубьев, и износ имеет объемно-усталостный характер. Чем больше скорость износа, тем меньше долговечность вооружения долота.

Большое влияние параметры  режима оказывают на долговечность  опор шарошечных долот. Основными причинами  выхода из строя опор являются появление  большого люфта в подшипниках  вследствие истирания тел качения и беговых дорожек и усталостное разрушение их под воздействием больших переменных контактных напряжений. Экспериментальные исследования показали, что срок службы опор при неизменной скорости вращения долота уменьшается быстрее, чем растет осевая нагрузка. Это связано, видимо, с интенсификацией усталостного разрушения.

Экспериментальные исследования показали, что срок службы опор при  неизменной скорости вращения долота уменьшается быстрее, чем растет осевая нагрузка. Это связано, видимо, с интенсификацией усталостного разрушения.

 

 

 

 

  

 

 

 

 

Улучшение очистки забоя  от выбуренных частиц и снижение концентрации их в промывочной жидкости в призабойной  зоне, достигаемое увеличением расхода жидкости и, особенно, гидравлической мощности, реализуемой и насадках гидромониторного долота, положительно сказываются на долговечности опор. И подшипники шарошек поступает менее загрязненная жидкость, и срок их службы до износа заметно возрастает.

улучшение очистки забоя, способствующее росту механической скорости проходки и долговечности  долота, обеспечивает повышение проходки за рейс.

 

На показатели работы долота существенное влияют: 

 

1.Удельныйрасход промывочной  жидкости,

2.Скорость истечения бурового  раствора из промывочных отверстий  или насадок долота,

3.Форма и расположение  промывочных отверстий,

4.Организация и режим  течения раствора относительно  забоя,

5.Показатели свойств бурового  раствора.

Увеличение твердой фазы, вязкости отрицательно сказывается  на показателях работы долот. 

ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДОЛОТА (показатели бурения скважины):

v Проходка на долото, h (м);

v Время механического бурения, t (ч);

v Механическая скорость проходки, Vм = h / t (м/ч);

v Рейсовая скорость бурения, Vр = h / t+tсп (м/ч);

v Эксплуатационные затраты на 1 м проходки (стоимость 1 м проходки), руб/м.  

 

Проходка на долото (h) – количество метров, пробуренных данным долотом от начала разрушения породы на забое до момента окончания его работы по углублению скважины.

Проходка за рейс долота (hр) – количество метров, пробуренных данным долотом от начала разрушения породы на забое до момента окончания его работы по углублению скважины и подъема долота на поверхность, с целью его повторного использования для бурения.

Обычно для шарошечных долот h = hр.

Для алмазных долот h = сумме hр.  

 

Механическая  скорость проходки – количество метров, пройденных данным долотом за единицу времени механического бурения.

Мехскорость проходки характеризует  интенсивность разрушения породы на забое. Изменение текущей механической скорости связано с изнашиванием долота, чередованием пород по твердости, изменением режимных параметров в процессе отработки долота. Снижение механической скорости проходки свидетельствует  о необходимости подъема долота.  

 

Рейсовая скорость бурения – количество метров, пройденных данным долотом за единицу суммарного времени механического бурения, спуско-подъема  долота и вспомогательных работ.

Рейсовая скорость определяет темп углубления скважины. Долото, поднятое при достижении максимума рейсовой скорости, обеспечивает наиболее быструю  проходку ствола скважины. 

 

Эксплуатационные  затраты на 1 м проходки (стоимость одного метра проходки) равняются сумме стоимости долота, а также всех расходов, необходимых для углубления скважины в данном интервале бурения, отнесенных к длине этого интервала.

 

 

 

Расходы, необходимые для  углубления скважины, выражаются в  величине стоимости 1 часа работы буровой  установки по затратам, зависящим  от времени.

1.Стоимость метра проходки.

2.Рейсовая скорость проходки.

3.Частота вращения.

 

Критерии:h → max; V_m → max; V_p → max; C_м → mix;

 

 

 

76.  Двухступенчатое  цементирование.

Двухступенчатое цементирование применяют, когда по геолого-техническим  причинам цементный раствор не может  быть поднят на требуемую высоту в одну ступень. Целесообразно его использовать в следующих случаях:   1)  при наличии зон поглощения в нижележащих пластах;

2) при наличии резко  различающихся температур в зоне  подъема цемент 
ного раствора,  вызывающих быстрое его схватывание в нижней части;

3)       если на буровую нельзя одновременно вызвать большое количество це 
ментировочных агрегатов; 4) при поглощении цементного раствора. При 
менение двухступенчатого способа цементирования может способствовать 
экономии цемента.

При двух- (иногда трех-) ступенчатом  цементировании колонну цементируют в две стадии — вначале цементируют нижнюю часть колонны, затем — верхнюю часть.