1. Учебно-методическое пособие и примеры решения типовых задач по технологии бурения

1.1. Выбор способа бурения [1]

Основные требования к выбору способа бурения – необходимость обеспечения успешной проводки ствола скважины при возможных осложнениях с высокими технико-экономическими показателям. Поэтому способ бурения выбирается на основе анализа статистического материала по уже пробуренным скважинам и соответствующих экономических расчетов. При отсутствии таких показателей этот выбор рекомендуется делать с учетом геолого-технических условий бурения проектируемых скважин, глубины, профиля и конструкции скважины, а также рекомендаций, приведенных в табл. 1.1. [1].

Выбранный способ бурения должен допускать использование таких видов буровых растворов и такую технологию проводки ствола, которые наиболее полно обеспечивали бы следующее: качественное вскрытие продуктивного пласта; достижение высокого качества ствола скважины, се конфигурации и наиболее высоких механических скоростей и проходок на долото; возможность применения долот различных типов в соответствии с механическими и абразивными свойствами пород.

Целесообразность принятых решений по применению того или иного способа бурения пересматривается по мере совершенствования технологии и техники бурения.

В соответствии с данными табл. 1.1 роторный способ может быть использован в подавляющем большинстве случаев, а для бурения скважин глубиной до 2500-3000 м с промывкой водой и неутяжеленными буровыми растворами рекомендуется выбирать турбинный способ, как обеспечивающий более высокие показатели бурения по сравнению с роторным.

Основные технические характеристики гидравлических забойных двигателей приведены в табл. 1.2 и табл. 1.3.

Турбобуры с высокой частотой вращения (500 и более) целесообразно применять на сравнительно малых глубинах и при использовании безопорных долот. Турбобуры с умеренной частотой вращения (200-400 мин) целесообразно использовать на средних и больших глубинах.

Винтовой забойный двигатель целесообразно применять для бурения на средних и больших глубинах, когда на эксплуатационные затраты на 1 м проходки определяющее влияние оказывает проходка за рейс, а также для бурения долотами с герметизированными маслонаполненными опорами.

Комбинированный турбинно-роторный способ рекомендуется использовать при бурении скважин:

• долотами с D ≥ 349 мм в геологических условиях. способствующих оскривлению скважин (выше средних глубин и с использованием специальной компоновки);

• различными буровыми растворами (в том числе с применением растворов повышенной плотности или высокой вязкости).

Двухтурбинные агрегаты РТВ могут быть использованы при бурений верхних интервалов глубоких скважин большого диаметра от 0,5 до 3 м (для вентиляции и вспомогательных целей) на шахтах и рудниках, а также под кондукторы сверхглубоких скважин.

Таблица 1.1

Способы бурения и области их применения

Исходная информация	Способ бурения
	роторный	ГЗД	электробуром
, м: 3000…3500 3500…4200 >4200	+ + +	+ – –	+ + –
, °C: >140 <140	+ +	+ –	+ –
Профиль ствола скважины: вертикальный наклонно направленный, горизонтальный	+ –	+ +	+ +
Тип и размер долот: энергоемкие типа 2Л, 3Л, шарошечные типа М шарошечные типа МС, МС3, С, С3, СТ, Т, ТЗ, ТКЗ, К и ОК гидромониторные многолопастные твердосплавные истирающего действия алмазные и ИСМ шарошечные бурильные головки диаметром, мм: <190,5 >190,5	+ + + – – + +	– + – + + – +	– + – + + – +
Тип циркулирующего агента: буровой раствор плотностью, кг/м3 1700…1800 1700…1800 степень аэрации: – высокая – низкая	+ + + +	+ – – +	+ + + +
Газы, пена	+	–	–
Примечание. Знакам «плюс» и «минус» соответствуют рекомендуемая и нерекомендуемая области применения.

Основные технические характеристики турбобуров
Шифр турбобура	Наружный диаметр, мм	Число ступеней	Расход жидкости (воды), 10-3 м/с	Частота вращения, мин-1	Момент на валу двигателя, Нм	Мощность, кВт	Перепад давления, МПа	КПД турбины	Длина, м	Масса, кг	Жесткость при изгибе, кМ∙м
Турбобуры односекционные
Т12МЗБ-240	240	104	50	660	2000	135,2	4	0,69	8,3	2015	24 000
П2МЗБ-215	215	89	40	545	1 100	61,7	2,5	0,64	8	1675	16 950
Т12МЗБ-195	195	100	30	660	850	57,3	3,5	0,56	9,1	1500	10 500
Т12МЗБ-172	172	121	25	625	650	41,9	з,о	0,57	8,4	1115	6650
Турбобуры многосекционные серии ТС
ЗТСШ-240	240	318	32	420	2500	107,3	5	0,69	24	5980	24 000
ЗГСШ1-240	240	315	32	445	2700	122,7	5,6	0,7	-	-	24 000
ЗТСШ-195	195	285	22	485	1300	64,7	5	0,6	24	4165	9600
ЗТСШ1-195	195	306	30	400	1300	53,7	3,5	0,52	26	4850	9600
ЗТСШ1-195ТЛ	195	318	40	355	1750	63,2	3,0	0,55	2Ь	4355	9600
ЗТСШ1-195П	195	306	40	400	2040	83,8	3,5	0,61		-	9600
ТС5Е-172	172	239	20	500	800	41,2	4	0,53	15	2150	7150
ЗТСШ-172	172	336	20	505	1000	51,5	6	0,44	26	4490	7150
Турбобуры шпиндельные с наклонной линией давления серии А
А9П1	240	210	45	420	3000	129,4	7	0,44	17	4605	24000
А9ГТ1П	240	210/130	45	235	3120	75	5,8	0,28	-	-	24000
АШГПП-Л	240	210/117	40	230	250	58,8	4	0,38	24	6580	24000

Таблица 1.2

Таблица 1.3

Основные параметры винтовых забойных двигателей

Параметры	Д2-195	Д2-170	Д-127	Д-85
Расход жидкости, дм/с	35-40	20-36	15-15	5-7
Частота вращения мин-1	140-170	115-200	200-250	200-280
Перепад давления, МПа	6-7	4,5-6	3,5-6	3-3,5
Вращающий момент, кНм	6,5-8	2,9-4,15	1-1,2	0,34-0,4
Длина, мм	6900	6900	4500	3160
Масса, кг	1140	770	300	90

Пример 1.1. На разведочной площади ранее не бурили ни одной скважины. По информации, полученной при бурении нескольких скважин на соседних площадях, в геологическом строении их принимают участие следующие породы: глины слоистые и неслоистые с прослоями мелкозернистого песка (0-150м); глины плотные высокопластичные (150-1150м); глины песчанистые аргиллитоподобные, конгломераты, сцементированные известково-глинистым цементом (1150-2500м); известняки трещиноватые с пропластками мергеля местами перемятые мягкие (2500-3400м); песчано-глинистые отложения с прослоями аргиллитов (3400-3680м); ангидритовая толща-переслаивание терригенных и карбонатных пород с ангидритами (3680-3870 м); переливание песчаников и алевролитов (3870-4600м).

Забойная температура на глубине 3400м составляла 130°C и возросла до 200°C на проектной глубине. Интервал бурения 4400-4600м представляет собой зону АВПД. При бурении на соседних площадях возникали поглощения бурового раствора, обвалы и осыпи горных пород, приводящие к образованию каверн; затяжки и посадки бурового инструмента при спускоподъемных операциях; искривление ствола, скважины и связанное с этим желобообразование.

Следует выбрать способ бурения.

Из анализа приведенных данных следует, что для геологического разреза характерны многочисленные интервалы, представленные мягкими породами, твердость которых ниже третьей категории по классификации Л.А. Шрейера. Разбуривание таких пород целесообразно вести энергоемкими лопастными долотами. К важнейшим особенностям, существенно влияющим на технологию бурения скважин и возникновение различных осложнений, относятся наличие зоны АВПД и высокая забойная температура.

Эти, а также другие особенности геологического разреза позволяют считать наиболее обоснованным выбор роторного способа бурения при проектировании первых скважин на новой разведочной площади.