8. Технологія відробки бурових доліт

Стовбур свердловини створюється при руйнуванні гірських порід з подальшим видаленням їх уламків(шламу) на денну поверхню, тобто поглиблення (механічне буріння) свердловини проходить в результаті руйнування гірських порід буровим долотом або бурильною головкою (при відборі керна).

В наш час найбільше застосування отримало обертальне буріння. При цьому способі циліндровий стовбур формується долотом, що безперервно обертається, а розбурені частинки (шлам) в процесі буріння також безперервно виносяться на поверхню циркулюючим буровим промивальним розчином, газом, газованою рідиною. При обертальному бурінні долото проникає в породу в результаті одночасної дії осьового зусилля (навантаження), направленого перпендикулярно до площини вибою, і окружного зусилля від обертаючого моменту.

В результаті дії осьового зусилля долото проникає в породу, а окружне зусилля і горизонтальна складова осьового зусилля приводять до сколювання, дроблення або стирання породи (залежно від твердості порід і виду руйнуючого інструменту).

Про ефективність буріння звичайно судять по швидкості проходки свердловини і вартості 1м проходки. Для оцінки окремих видів роботи, пов'язаних з проходкою свердловини, введені поняття про механічну, рейсову (див. розд. 4.3), технічну, комерційну і повну швидкості буріння.

Численними дослідженнями встановлено, що значення всіх швидкостей буріння зменшуються із збільшенням глибини свердловини, а вартість 1м проходки зростає.

Це справедливо для всіх способів буріння.

В цьому розділі розглянемо чинники (фактори), що впливають на швидкість буріння; встановимо вплив кожного з цих факторів (окремо і в сукупності) на цю швидкість, а також шляхи збільшення швидкості буріння.

На темп поглиблення свердловини (ефективність руйнування гірських порід) вирішальний вплив мають три групи чинників (по В.З.Федорову):

► група природних чинників (механічні властивості порід, умови їх залягання, природа речовини, що заповнює порові простори і ін.);

► техніко-технологічні чинники (спосіб руйнування породи, конструктивні особливості і довговічність руйнуючих інструментів, досконалість і потужність бурового устаткування, метод видалення із вибою свердловини розбуреної породи), і ін.;

► ділова кваліфікація працівників бурової бригади. Значний вплив на швидкість буріння робить науковий підхід та організація робіт при виконанні певних операцій, спрацьованість робочих в зміні, їх кваліфікація.

Групу природних чинників замінити неможливо, але на ефективність руйнування гірських порід долотом, що залежать від людини, можна впливати за рахунок таких факторів:

• правильний вибір способу буріння свердловини;

• правильний вибір типу долота;

• правильний вибір параметрів режиму буріння;

• створення нормальних умов руйнування порід на вибої свердловини;

• правильний вибір типу бурового устаткування та ін.

8.1. Поняття про режим буріння

Під режимом буріння розуміють сукупність технологічних параметрів (факторів), які впливають на ефективність роботи долота (забезпечують процес руйнування гірських порід у вибійних умовах) і якими можна оперативно керувати під час одного рейсу.

За впливом на процес роботи доліт А.Г. Калінін, О.З. Левицький і Б.О. Нікітін поділяють технологічні параметри на первинні і вторинні. Первинні параметри належать до параметрів прямої дії на процес буріння і вони дозволяють змінювати (регу­лювати) сам процес.

► До первинних (головних) режимних параметрів належать:

• осьове навантаження на долото (Gд, кН);

• частота обертання долота (ω, с^-1 або n, хв^-1);

• витрата кількість (кількість) промивального агента, що подається у свердловину для очищення вибою, виносу розбуреної породи і охолодження долота ( Q, м³/с);

• параметри (властивості) циркуляційних агентів (вони впливають на руйнування гірських порід і їх також можна змінювати на протязі одного рейсу).

Первинні параметри можна довільно регулювати в межах, зумовлених технічною характеристикою і станом наземного обладнання та вибійного двигуна, а також станом бурильного інструменту і стовбура свердло­вини. Регулюванням первинних параметрів забезпечують ефективну роботу доліт на вибої сверд­ловини.

► До вторинних параметрів належать:

• крутний момент на долоті;

• параметри динамічних складових осьового навантаження і крутного моменту;

• тиск нагнітання;

• перепад тиску на долоті;

• диференціальний тиск тощо.

Так як властивості циркуляційних агентів мають суттєвий вплив на течію рідини у привибійній частині стовбура свердловини, то особливу увагу необхідно звертати на:

− диференціальний тиск на вибої (P_диф, МПа);

− перепад тиску на долоті ( Р_д, МПа).

Вторинні параметри також мають великий вплив на показники роботи доліт і перебувають у функціональній залежності від первинних параметрів та конкретних умов у сверд­ловині. При бурінні з допомогою вибійних двигунів залежність деяких вторинних параметрів від первинних може визначатись робочою характеристикою двигуна. У залежності від системи контролю і керування вторинний параметр може застосовуватись як параметр керування (наприклад, регулювання осьового на­вантаження на долото за крутним моментом на долоті).

На практиці режим буріння поділяють на:

• оптимальний;

• спеціальний.

Під оптимальним режимом буріння розуміють таке поєднання параметрів режиму буріння, при якому одержують найбільш високу рейсову швидкість проходки (v_р) і необхідні якісні показники буріння, при даному технічному оснащенні бурової установки.

За критерій оптимальності режиму буріння найчастіше приймають показники роботи буро­вих доліт, а саме:

h_д → max ;

v_м → max ;

v_р→ max; (8.1)

В → min,

де h_д — проходка на долото, м;

v_м — механічна швидкість буріння, м/год;

v_р — рейсова швидкість проходки, м/год;

В — показник вартості метра проходки, грн..

Зміна поточної механічної швидкості пов'язана із зношуванням долота, чергуванням порід по твердості, зміною режимних параметрів в процесі відробки долота, свідчить про доцільність підйому долота.

Узагальненим кількісним показником механічного буріння, залежним від параметрів режиму буріння, є рейсова швидкість проходки.

Рейсова швидкість v_р визначає темп поглиблення свердловини, вона показує, що темп проходки стовбура залежить не тільки від відробки долота, але і від об'єму і швидкості виконання СПО. Якщо довго працювати зношеним долотом або піднімати долото передчасно, то v_р знижується. Долото, підняте досягши максимума рейсової швидкості, забезпечує найбільш швидку проходку стовбура.

Проходка на долото h_д є також важливим показником, так як визначає витрату доліт на буріння свердловини і потребу в в цілому, число СПО, зношування підйомного устаткування, трудомісткість буріння, можливість деяких ускладнень. Проходка на долото в більшій мірі залежить від абразивності порід, стійкості доліт, правильності їх підбору, режимів буріння і критеріїв відробки доліт.

В практиці буріння зустрічаються випадки, коли необхідно підбирати параметри режиму буріння для вирішення спеціальних задач — забезпечити якісні показники. Кількісні показники буріння в цьому випадку другорядні. Такі режими буріння називаються спеціальними.

Під спеціальним режимом буріння розуміють таке співвідношення режимних параметрів, яке забезпечує найкраще виконання тієї чи іншої спеціальної задачі (буріння похило-скерованих свердловин, буріння з відбором керна, буріння в продуктивному пласті, буріння в зонах ускладнень, попередження викривлення свердловини, аварійні роботи, тощо).

Тобто, при спеціальному режимі буріння ми досягаємо певної спеціальної мети, як правило, якіс­ного характеру, завідомо розуміючи що це може негативно вплинути на ефективність роботи долота.