ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт геологии и нефтегазового дела

В.И. Рязанов

К.И. Борисов

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

по выполнению курсового проекта по дисциплине

«Технология бурения нефтяных и газовых скважин»

Томск 2008 г.

Введение

Выполнение курсового проекта по дисциплине «Технология бурения нефтяных и газовых скважин» является заключительным этапом ее изучения. Исходные данные к проекту (общая и геологическая части) студенты очной формы обучения собирают во время производственной практики, а заочной – непосредственно на производстве. Вид и объем необходимых материалов оговорен в методических указаниях по прохождению практики и по составлению курсового проекта.

Тема курсового проекта формулируется следующим образом: «Технический проект на бурение (указывается назначение скважины – эксплуатационная, разведочная, параметрическая и т.д.) скважины глубиной (указывается глубина скважины в м) на (указывается месторождение, площадь)».

Скважина проектируется вертикальной.

В работе может быть запроектировано применение любого как отечественного, так и зарубежного инструмента и оборудования с обязательным обоснованием этого выбора. При этом предпочтение должно быть отдано новинкам техники и технологии. Использование на производстве того или иного вида инструмента и технологии (за исключением передового опыта бурения скважин) не является серьезным обоснованием при проектировании.

Технический раздел проект на строительство нефтяных и газовых скважин – это взаимоувязанный комплекс оптимальных для данных условий технико-технологических решений процесса углубления скважины, позволяющий в минимально возможные сроки и при минимальных финансовых затратах выполнить задачу бурения скважины, вытекающую из ее назначения.

Оптимальность проектирования достигается за счет целенаправленного выбора решений, сбалансированного сочетания технических средств и режимов их работы, а также необходимых материалов. В понятие оптимальности также включаются экономически обоснованные мероприятия по предупреждению рисков, связанных с технологическими осложнениями, техническими авариями и т.д.

Процесс проектирования бурения представляет собой последовательное решение технологических задач. При этом важно понимать, что все эти задачи в силу единства технологического процесса углубления скважины в определенной степени взаимосвязаны между собой.

Общий состав и взаимосвязь технологических задач проектного процесса для обеспечения бурения скважины следующий:

1. Выбор способа бурения. Этот выбор определяет все последующие проектные решения.

2. Расчет профиля скважины.

3. Выбор и расчет конструкции и обвязки устья скважины.

4. Выбор породоразрушающего инструмента.

5. Расчет режимов бурения.

5.1. Расчет осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент.

5.2. Расчет частоты вращения инструмента.

5.3. Выбор типа, состава и качества бурового раствора.

5.4. Технология отбора керна (при необходимости).

5.5. Технология вскрытия продуктивного горизонта.

5.6. Рациональная отработка долот.

6. Выбор и расчет забойного двигателя (при необходимости).

7. Проектирование и расчет бурильной колонны.

8. Расчет интенсивности промывки скважины.

9. Составление гидравлической программы бурения скважины.

10. Проектирование крепления скважины.

10.1. Выбор состава и свойств тампонажных смесей.

10.2. Расчет избыточных давлений на обсадную колонну.

10.3. Выбор и расчет обсадной колонны.

10.4. Выбор оснастки обсадной колонны.

10.5. Расчет технологии спуска обсадной колонны.

10.6. Программа цементирования скважины.

10.7. Выбор и расчет цементировочной техники.

11. Выбор и расчет программы обоснования и испытания скважины.

12. Выбор и обоснование буровой установки.

В курсовом проекте рассматривается только часть из этих задач.

1. 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.

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/см³ , 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.