0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Способы бурения и выбор инструмента

Выбор способа бурения

Способ бурения скважины выбирается в зависимости от назначения скважины, ее глубины, состава пород разреза, гидрологических условий, которые в свою очередь определяют начальный и конечный диаметр бурения.

При бурении на воду в России наибольшее применение получили следующие способы бурения: вращательный с прямой и обратной промывкой, шнековый, ударно-канатный.

Однако вращательный способ бурения с прямой промывкой получил наибольшее распространение; на его долю приходится более 90% всех объемов бурения.

Вращательным способом с прямой промывкой можно сооружать скважины в породах различной твердости и практически любой глубины. Преимуществами вращательного способа с прямой промывкой являются: простая конструкция скважины; возможность вскрывать высоконапорные горизонты; высокая механическая скорость бурения.

Однако применение в качестве промывочной жидкости глинистых растворов приводит к кольматации водоносного горизонта и снижению дебита скважин.

При вращательном бурении с прямой промывкой затруднено опробование водоносных горизонтов и уточнение геологического разреза скважины. Поэтому вращательный способ бурения с прямой промывкой рекомендуется применять в следующих случаях:

· Достаточно хорошо изученного геологического и гидрологического строения участка работ;

· Вскрытия высоконапорных водоносных горизонтов;

· Обеспеченности скважины водой и качественной глиной;

· Обязательного применения в процессе и после окончания бурения скважин комплекса геофизических исследований;

· Использования технологических приемов, обеспечивающих минимальную кольматацию водоносного горизонта (бурение с прямой промывкой водой, применение меловых, крахмальных, гипановых и других растворов).

Ударно-канатный способ бурения рекомендуется применять при:

· Недостаточной изученности геологических и гидрогеологических условий участка работ;

· Вскрытии низконапорных водоносных горизонтов;

· Бурение скважин большого диаметра (свыше 500мм) на глубину до 150-200м;

· Сооружение скважин в местах, где затруднено снабжение водой.

Однако учитывая сложность конструкции скважин и их большую металлоемкость, низкие механические скорости бурения, ограниченную глубину бурения, стоимость скважин ударно-канатного бурения весьма велика.

Сейчас скважины ударно-канатного бурения применяются редко.

Шнековый способ бурения – разновидность вращательного бурения, при котором порода транспортируется на поверхность по спиральным лопастям колонны шнеков.

Применятся, в основном в мягких породах и слабосцементированных породах.

Глубина скважин зависит от модели установки; как правило, не превышает 50м.

Вращательный способ бурения с обратной промывкой.

Сущность способа бурения с обратной промывкой заключается в том, что промывочная жидкость при бурении попадает в ствол скважины не по внутренней полости бурильных труб, как это происходит при бурении с прямой промывкой, а между наружной поверхностью бурильных труб и поверхностью ствола скважины.

Разбуренная порода с забоя выносится по бурильным трубам, проходит через специальный вертлюг-сальник и сбрасывается в отстойник, где промывочная жидкость очищается от шлама, после чего направляется в скважину.

Рассматриваемый способ бурения позволяет сохранить преимущества вращательного бурения, обеспечивающего высокую механическую скорость проходки. Избыточное гидростатическое давление столба жидкости, постоянно находящейся в скважине, превышающее пластовое давление, гарантирует устойчивость ее стенок. При этом исключается эрозионное воздействие на стенки скважины потока промывочной жидкости и разрушение их бурильной колонной. Кроме того, сохранению устойчивости стенок скважины способствует и значительная проходка на долото, позволяющая свести до минимума спускоподъемные операции, связанные с необходимостью замены бурового наконечника.

Затруднение возникают при проходке залегающих на малой глубине неустойчивых пород, когда гидростатическое давление столба жидкости недостаточно для поддерживания устойчивости стенок скважины.

Преимущества рассматриваемого способа бурения несомненны, так как он позволяет экономить обсадные колонны и бурить без глинистого раствора.

Это обстоятельство не только упрощает и удешевляет организацию работ, но и исключает большие затраты времени и средств, связанные с разглинизацией стенок скважины, на что обычно расходуется, иногда безуспешно, длительное время.

Улучшается и качество формирования естественного фильтра; водоносные горизонты при этом не кольматируются, не происходит нарушения естественной структуры водоносных пластов, так как значительный диаметр скважин позволяет обеспечить высокий дебит при низкой скорости водопритока.

Наряду с этим в процессе бурения обеспечивается более точное определение горизонтов залегания различных пород и их опробование, поскольку шлам в строгой последовательности непрерывно поступает на поверхность.

Для целей опробования или эксплуатации любого водоносного горизонта скважина легко может быть оборудована фильтровой и водоподъемными колоннами. Наличие открытого кольцевого зазора большого сечения позволяет механизировать и быстро производить засыпку гравия.

В связи с тем, что площадь внутреннего сечения колонны бурильных труб значительно меньше площади кольцевого зазора, по которому происходит подъем шлама при прямой промывке, появляется возможность увеличить скорость восходящего потока по внутреннему каналу труб до 3-3,5 м/с. Это позволяет выносить шлам размером до 150 мм и более, что исключает необходимость его дробления до величины 3-5 мм, требуемой при бурении с прямой промывкой и, в конечном итоге, способствует значительному увеличению механической скорости проходки.

Откачка промывочной жидкости из колонны бурильных труб в процессе бурения скважин осуществляется центробежным насосом, эрлифтом или водоструйным насосом. В соответствии с этим имеются три схемы производства буровых работ способом обратной промывки.

Применение способа с обратной промывкой ограничивается мягкими рыхлыми породами и глубиной бурения 200-300м.

Выбор способа бурения

Техническая часть проекта начинается с выбора способа бурения. На этой основе далее рассчитывается конструкция скважины, выбирается породоразрушающий инструмент, проектируется технология бурения, определяется соответствующий инструмент и оборудование, формируется база производственного обеспечения. Поэтому выбор способа бурения является сложной и ответственной задачей.

При бурении на нефть и газ в настоящее время достаточно широко применяются вращательный способ бурения с использованием гидравлических забойных двигателей и ротора. В стадии разработки и широкого экспериментирования находится бурение с использованием электробуров. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, которые и учитываются при проектировании для конкретных условий.

Читать еще:  Саженцы голубики садовой в садовых контейнерах

Бурение гидравлическими забойными двигателями возможно:

• при проходке скважин глубиной 3000 – 3500 м, так как при больших глубинах велики потери давления бурового раствора в колонне бурильных труб и кольцевом пространстве;

• при температуре в скважине не более 140 – 150 о С в связи с тем, что при больших температурах обрезиненные детали двигателей выходят из строя;

• при плотности бурового раствора не более 1,7 г/см 3 , при большей плотности работа гидравлического забойного двигателя практически невозможна;

• при применении растворов с малой степенью аэрации;

• при турбинном бурении диаметр скважины должен быть не менее 190,5 мм, так как турбобуры малого диаметра имеют низкие энергетические характеристики.

Вместе с тем использование этого способа позволяет:

• применять бурильные трубы с низкими механическими свойствами материала;

• уменьшить износ колонны труб в процессе бурения;

• сравнительно просто управлять искривлением скважин, в том числе и горизонтальных;

• бурить скважины долотами, для которых разрушение породы на забое наиболее эффективно при большой частоте вращения (алмазные, ИСМ).

Однако при применении гидравлических забойных двигателей:

• ухудшается очистка ствола от шлама;

• увеличивается вероятность прихвата инструмента;

• мала гидравлическая мощность, реализуемая в долоте за счет струйных насадок;

• исключается возможность регулирования частоты вращения породоразрушающего инструмента с целью оптимизации процесса бурения;

• гидравлические забойные двигатели достаточно дороги и требуют сложного ремонта.

Роторный способ вращения породоразрушающего инструмента наиболее рационален:

• при бурении глубоких интервалов скважин, где наиболее эффективно применение долот с герметизированными опорами при малой частоте вращения инструмента с целью максимального увеличения проходки за рейс для уменьшения затрат времени на спуско – подъемные операции;

• при разбуривании мощных толщ пластичных пород, когда необходимо применение энергоёмких долот (с большой высотой зуба и большим шагом зубьев);

• при высоких забойных температурах;

• при применении как аэрированных буровых растворов, так и растворов с высокой плотностью;

• при отборе керна.

При использовании этого способа бурения:

• улучшается очистка ствола от шлама;

• возможно регулирование частоты вращения инструмента и расхода бурового раствора в необходимых пределах с целью оптимизации процесса бурения.

Но при роторном способе бурения:

• велики затраты мощности на вращение колонны бурильных труб;

• необходимо применение высококачественных бурильных труб;

• велика вероятность обвалов стенок скважины;

• затруднено управление искривлением ствола.

Бурение с использованием электробуров лишено основных недостатков как роторного, так и турбинного способов, за исключением невозможности его использования при высоких забойных температурах. Однако применяется этот способ сравнительно редко из-за сложности передачи электроэнергии на забой скважины.

Способ бурения может быть также выбран в зависимости от рекомендованной частоты вращения породоразрушающего инструмента, который планируется использовать при проходке скважин. Сам предварительный выбор долот осуществляется в основном исходя из экономических показателей, основной из которых их стоимость. Так, если частота вращения инструмента должна быть не более 100 об/мин, то наиболее эффективен роторный способ бурения, при частоте вращения 100 – 250 об/мин рационально применение винтовых забойных двигателей, при частоте вращения 250 – 400 об/мин – турбобуры со ступенями гидроторможения, а при больших частотах – обычные турбобуры. Для снижения частоты вращения инструмента могут быть запроектированы редукторные вставки, однако пока надежность их работы и моторесурс малы.

Следует отметить, что в конкретных условиях может быть использована комбинация различных способов. Так, например, бурение под направление осуществляется роторным способом (с целью предотвращения размыва устья скважины), далее до глубины 3000 м – турбинным, а затем до проектной глубины – роторным. При отборе керна с керноотборным инструментом типа «Недра» используются винтовые забойные двигатели, обеспечивающие малую частоту вращения инструмента, а на остальных интервалах – турбинный.

Наиболее объективно способ бурения, весь необходимый инструмент, технология проходки ствола и другие технические решения могут быть запроектированы на основе бурения опорно-технологических скважин (ОТС) на которых апробируются различные сочетания всех указанных выше параметров, а затем путем статистического анализа полученных данных определяются оптимальные проектные решения, обеспечивающие минимальную себестоимость метра скважины.

Дата добавления: 2015-06-27 ; просмотров: 3244 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Выбор бурового оборудования и инструмента

В целом оценивая в совокупности требования геологического задания, целевое назначение скважины, учитывая категорию пород по буримости, а также степени сложности геологического разреза будущей скважины, выбирают способ разрушение данных пород, а также оборудование для проведения данного вида работ с учетов выше приведенных факторов.

Способ бурения и применяемые технические средства, моно определить по приложению (Рекомендации по выбору способа бурения и типа колонкового снаряда (ВИТР — ВНИИ методики и техники разведки)).

Для выполнения поставленной геологической задачи, является необходимым получения представительного и кондиционного количества керна.

Данная задача решается путем применения специальных колонковых наборов — двойных труб, снарядов со съемными керноприемниками и др. В данном проекте буровых работ, при колонковом бурении, наиболее оптимальным будет использование одинарных и двойных колонковых труб, а также снарядов со съемными керноприемниками. Выбор же технологического инструмента осуществляется в соответствии со способом бурения и конструкцией скважины, физико-механическими свойствами горных пород.

Выбор бурового станка. Буровой станок — главный элемент любой буровой технологической установки. Он представляет собой машину, преобразующую механическую энергию вращения двигателя в рабочее давление исполнительного органа, осуществляющего технологический процесс.

Буровой станок, как правило, имеет три основных исполнительных органа: вращатель, передающий вращение колонне бурильных труб; механизм подачи, осуществляющий перемещение снаряда, вдоль оси скважины и формирующий осевую нагрузку на забой; лебедки, посредством которой осуществляются спускоподъемные операции.

Читать еще:  Сорта ранних перцев для теплиц

Буровая установка выбирается исходя из глубины бурения скважины, которую может обеспечить установка при определенном диаметре породоразрушающего инструмента, а также в качестве основного критерия классификации буровых установок, принимают тип вращателя.

В нашем проекте, глубина скважины составляет 450 метров, и наиболее оптимальным будет считаться, буровая установка с подвижным вращателем. В данном случае, преимущество, данного типа вращателя перед остальными:

  • · Он обеспечивает наибольший эффект полезного действия при скоростных методах бурения, осуществляемых без подъема бурильных труб для извлечения керна, таких, как бурение снарядами со съемными керноприемниками, с гидро- и пневмотранспортом керна, при бескерновом бурении, применении забойный машин, и т.д. (В данном случае бурение на высоких скоростях возможно, так как породы обладают малоабразивностью, что сказывается на меньшем износе породоразрушающего инструмента.)
  • · В сравнении со шпиндельными станками, при аналогичных методах бурения, станки с подвижным вращателем на 30-40% производительнее, что окупает их более высокую стоимость. В конструкции станка исключен ряд механических узлов, которые часто выходят из строя, что обеспечивает большой срок службы. Частое перекрепление патрона и небольшая длина хода подачи, при шпиндельном бурении, существенно уменьшают скорость бурения и процент выхода керна.

Данные факторы показывают, что наиболее оптимальным буровым станком будет станок типа LM-75 с подвижным вращателем. Технические характеристики данного станка приведены в таблице 2

Модульные установки алмазного колонкового бурения серии LM™ производства компании Boart Longyear широко используются во всём мире в различных климатических условиях как на подземных рудниках, так и на поверхности. Установки данной серии обеспечивают высокоэффективное бурение глубоких скважин с высокой степенью надёжности и сравнительно низкими затратами на техническое обслуживание. LM75 представляет собой среднеразмерную установку с подземной алмазной короной для бурения средних и глубоких скважин. Эта установка, оснащенная рамой подачи 70 кН, обеспечивает высокое тяговое усилие в обратном направлении, а также относительно высокую скорость манипуляций с штангой. Предлагается три типоразмера рамы подачи для обеспечения пригодности к любым рабочим условиям. Модульная конструкция с несколькими вариантами оснащения позволяет легко подобрать оборудование для определенных потребностей и обновлять его при изменении требований. При помощи устройства позиционирования и поворотной платформы буровая установка обладает возможностью бурения под любым углом, от положения вертикально вверх до вертикально вниз. На этой буровой установке для обеспечения питании гидравлики машины используется электродвигатель (дизельный двигатель устанавливается на заказ). Эту установку можно использовать совместно дополнительным манипулятором штанг, что снижает утомляемость оператора и может повысить безопасность и производительность.

Выбор породоразрушающего инструмента. Правильный выбор породоразрушающего инструмента определяет производительность бурения и механическими свойствами горных пород. В проекте работы ведется по породам IV-IX категории по буримости, с низкой степенью трещиноватости, весьма малоабразивными и не высокой плотностью. Производительность определяется скоростью проходки и изнашиваемостью породоразрушающегося инструмента.

В проекте наиболее оптимальным будет использование — алмазного породоразрушающего инструмента на более низких глубинах. Причиной для выбора данного инструмента является, его высокая производительность и ряд других факторов: среди которых можно отметить, что бурение ведется с отсутствием постоянного контроля над режущей частью коронки, а также с частой знакопеременной нагрузкой на забой.

На небольших глубинах рациональным будет использование твердосплавных коронок. Данный породоразрушающий инструмент, обладает невысокой себестоимостью, а также ряд других положительных факторов влияет на его применение: это не высокая абразивность пород, а также крепость пород.

Для вскрытия пород различной крепости требуются различные виды коронок Данные приведены в таблице 3

Способы бурения и выбор инструмента

Основу технико-технологических решений при бурении нефтяных и газовых скважин составляет технический проект, содержание которого определяет все основные технические решения, номенклатуру и количество технических средств для реализации выбранной технологии на всех этапах строительства скважин. Эффективность технологических решений определяется степенью научной обоснованности принимаемых решений и достоверностью исходной информации. При этом большую роль играет накопленный в регионах опыт, так как проектирование многих технологических процессов требует постоянного уточнения математических моделей и логических принципов выбора технологических решений в зависимости от конкретизации геолого-геофизических условий бурения.

Выбор породоразрушающего инструмента

Выбор типа породоразрушающего инструмента базируется на информации о физико-механических свойствах пород и литологическом строении разреза пород и, во многом, зависит от конкретных региональных условий.

Долото является рабочим инструментом, разрушающим породу и осуществляющим углубление забоя в процессе бурения скважины.

Эффективность разрушения разнообразных по своим физико-механическим свойствам горных пород может быть достигнута при различном действии на них зубьев долота. Одни породы разрушаются от ударов или в результате дробления, другие — под действием сдвига или резания, третьи — вследствие комбинации этих действий.

Для однородных твердых пород необходимы долота с большим дробящим действием; для мягких однородных пород — долота с большим сдвигающе-скалывающим действием и высокими острыми зубьями, а для твердых пород, перемежающихся мягкими пропластками, следует применять долота не только с дробящим действием, но и сдвигающим.

По назначению буровые долота подразделяются на три вида:

· долота сплошного бурения — для углубления забоя по всей площади;

· колонковые долота — для углубления забоя по кольцу с оставлением в центре нервыбуренного столбика (керна) породы, который в последующем извлекается на поверхность;

· долота специального назначения, используемые для различных вспомогательных работ: разбуривания цементного камня в колонне, забуривания (зарезки) второго наклонного ствола, исправления кривизны скважины, ловильных работ, расширения отдельных интервалов ствола скважины и т.д.

По характеру разрушения породы все буровые долота классифицируются следующим образом.

Читать еще:  Приватизация садового дома на дачном участке

· долота режуще-скалывающего действия, разрушающие по роду лопастями, наклоненными в сторону вращения долота. Предназначены они для разбуривания мягких пород.

· долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие по роду зубьями или штырями, расположенными на шарошках, которые вращаются вокруг своей оси и вокруг оси долота. При вращении долота наряду с дробящим действием зубья (штыри) шарошек, проскальзывая по забою скважины, скалывают (срезают) породу, за счет чего повышается эффективность разрушения пород. Следует отметить, что выпускаются буровые долота и бурильные головки только дробящего действия. При работе этими долотами породы разрушаются в результате динамического воздействия (ударов) зубьев шарошек по забою скважины. Перечисленные долота и бурильные головки предназначены для разбуривания неабразивных и абразивных средней твердости, твердых, крепких и очень крепких пород.

· долота истирающе-режущего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, располагающиеся в торцовой части долота или в кромках лопастей долота. Долота с алмазными зернами и твердосплавными штырями в торцевой части применяются для бурения неабразивных пород средней твердости и твердых; долота лопастные армированные алмазными зернами или твердосплавными штырями — для разбуривания перемежающихся по твердости абразивных и неабразивных пород.

Долота для сплошного бурения и бурильные головки для колонкового бурения предназначены для углубления скважины. Выпускаются они различных типов, что позволяет подбирать нужное долото.

Наибольшее распространение в практике бурения нефтяных и газовых скважин получили шарошечные долота дробяще-скалывающего действия с твердосплавным или стальным вооружением.

Три лапы сваривают между собой. На верхнем конце конструкции нарезана замковая присоединительная резьба. Каждая лапа в нижней части завершается цапфой, на которой проточены беговые дорожки под шарики и ролики. На цапфе через систему подшипников устанавливается шарошка с беговыми дорожками. Тело шарошки оснащено фрезерованными стальными зубьями, размещенными по венцам. На торце со стороны присоединительной резьбы выбиваются шифр долота, его порядковый номер, год изготовления.

Шарошечные долота изготавливают как с центральной, так и с боковой системой промывки. На лапах долота с боковой гидромониторной системой промывки выполнены специальные утолщения — приливы с промывочными каналами и гнездами для установки гидромониторных насадок

При центральной промывке забоя лучше очищаются от шлама центр забоя и вершины шарошек, шлам беспрепятственно выносится в наддолотную зону. Однако при высокой скорости углубки забоя трудно подвести к долоту необходимую гидравлическую мощность, требуемую для качественной очистки забоя (перепад давления на долотах с центральной промывкой не превышает 0,5-1,5 МПа). Боковая гидромониторная промывка обеспечивает лучшую очистку наиболее зашламованной периферийной части забоя, позволяет подвести к долоту большую гидравлическую мощность (перепад давления на долотах с гидромониторной промывкой достигает 5-15 МПа). Однако мощные струи бурового раствора, выходящие из гидромониторных насадок экранируют транспортирование шлама через проемы между секциями долота, поэтому часть шлама циркулирует некоторое время в зоне действия шарошек и переизмельчается, а часть — транспортируется в зазорах между стенкой скважины и спинками лап. Поэтому зачастую переходят на ассиметричную систему промывки, заглушая одну или две гидромониторные насадки для повышения пропускной способности основных транспортных каналов долота.

По ГОСТ 20692 «Долота шарошечные» предусматривается выпуск долот диаметром 76-508мм трех разновидностей: одно- двух- и трех-шарошечных. Наибольший объем бурения нефтяных и газовых скважин приходится на трехшарошечные долота диаметрами 190,5; 215,9; 269,9; 295,3 мм.

По материалу вооружения шарошечные долота делятся на два класса:

1 класс — долота с фрезерованным стальным вооружением для бурения малоабразивных пород (М, МС, С, СТ, Т, ТК);

2 класс — долота со вставным твердосплавным вооружением для бурения абразивных пород (МЗ, МСЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ, К, ОК)

Условное обозначение (шифр) долота:

III — 215,9 С-ГНУ 2354, где III — трехшарошечное ;

215,9 — номинальный диаметр долота, мм;

С — тип долота (для бурения пород средней твердости);

Г — боковая гидромониторная промывка;

Н — опора для низкооборотного бурения на одном подшипнике скольжения;

У — опора маслонаполненная с уплотнительной манжетой;

2354 — заводской номер долота.

Типы и область применения шарошечных долот приведены в табл. 2.10.

Таблица 2.10 Типы и область применения шарошечных долот

Рекомендуемые области применения долот

Самые мягкие, несцементированные, пластичные (наносы, мягкие и вязкие глины, сланцы, мягкие известняки)

Мягкие, слабосцементированные, абразивные (песчаники, мергели)

Мягкие, неабразивные, с пропластками пород средней твердости (мел с пропластками слабосцементированных песчаников, каменная соль с пропластками ангидритов, глинистые сланцы)

Мягкие, слабосцементированные, абразивные, с пропластками пород средней твердости (песчаноглинистые сланцы, плотные глины с пропластками песчаников)

Пластичные и хрупкопластичные неабразивные, средней твердости (плотные глины, глинистые сланцы, известняки средней твердости)

Абразивные, средней твердости (песчаники, песчанистые сланцы)

Хрупкопластичные, средней твердости, с пропластками твердых пород (песчаники с пропластками гипса, известняки с пропластками гипса, ангидриты)

Твердые, неабразивные (твердые известняки, доломиты, доломитизированные известняки)

Твердые, абразивные (окварцованные известняки и доломиты)

Твердые, с пропластками крепких (твердые известняки с пропластками мелкокристаллических известняков и доломитов)

Абразивные, твердые, с пропластками крепких (окремнелые аргиллиты, твердые известняки и доломиты, мелкозернистые сильносцементированные песчаники)

Крепкие, абразивные (окремнелые мелкокристаллические известняки, доломиты, кварциты)

Очень крепкие, абразивные (граниты, квациты, диабазы)

Геологический разрез Северо-Прибрежной площади в основном представлен следующими породами: песчаник, глины, доломиты, алевролиты.

После изучения залегания пород Северо-Прибрежной площади выбираем под бурение каждой колонны свой тип долота:

· под кондуктор O 324мм ІІІ 393,7 М-ГВ

· под промежуточную колонну O 245мм ІІІ 295,3 RХ+С

· под эксплуатационную колонну O 140мм ІІІ 190,5 МС-ГАУ

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector