Технология бурения скважины

Способ бурения скважины

Необходимо ознакомиться с проектной документацией по обоснованию выбора способа бурения. Роторный способ, бурение забойными двигателями или комбинированный способ. В последнем случае необходимо указать интервалы бурения роторным способом и бурение забойными двигателями. Привести обоснование выбора комбинированного способа бурения. Технико-экономические показатели бурения в конкретных горно-геологических условиях (механическая скорость бурения, величина проходки за рейс и др.).

Породоразрушающий инструмент

По каким критериям, на данном буровом предприятии осуществляется выбор типа буровых долот. Применяемые типоразмеры буровых долот при проведении ствола скважины под направление, кондуктор, техническую и эксплуатационную колонны. Проходка на долото в (м) проектная и фактическая при разбуривании различных литологических разностей пород, слагающих геологический разрез по скважине. Оценка степени износа долот при полной его отработке, выявить характер и причины износа. Особое внимание уделить степени износа вооружения долот и опор шарошек. Охарактеризовать преимущества и недостатки гидромониторных долот и долот с осевой промывкой, долот с герметизированными опорами в реальных условиях.

Установить правильность выбора типа буровых долот соответствующих фактическим горно-геологическим условиям и литологическим разностям разбуриваемых пород, при проводке данной скважины. Обосновать критерии рациональной отработки долот.

Бурильная колонна

Конструкция бурильной колонны, применяемая при бурении данной скважины: одноступенчатая (одноразмерная), многоступенчатая (многоразмерная) и многосекционная. Укажите элементы, составляющие бурильную колонну. Тип бурильных труб, группа прочности стали, наружный диаметр и толщина стенки, конструкция резьбовых соединений. Типы замковых соединений, резьбовых переводников, центраторов и калибраторов. Нижний участок колонны составляется из утяжеленных бурильных труб, устанавливаемых непосредственно над долотом или забойным двигателем. Какие типы УБТ применяются при проводке данной скважины? Применяемые типы компоновок низа бурильной колонны (КНБК) – «жесткие» или маятникового типа «отвесные».

Приведите схемы конструкций фактических КНБК при бурении интервалов скважины под кондуктор, промежуточную и эксплуатационную колонны.

Выясните, включается ли в конструкцию бурильной колонны жесткий наддолотный комплект бурильных труб, устанавливаемый над УБТ.

Ознакомьтесь в техническом проекте с методикой расчета бурильной колонны на выносливость и статическую прочность, а также расчета конструкции КНБК.

Промывка скважины

Буровые промывочные растворы, типы промывочных растворов, применяемые при бурении скважины. Способ приготовления и регулирования свойств буровых растворов. Какие химреагенты применяются при приготовлении буровых растворов, и какие свойства раствора они изменяют?

Способы очистки бурового раствора от бурового шлама. Характеристика оборудования для очистки бурового раствора. Измерительная аппаратура и лаборатория контроля качества бурового раствора. В каком виде поступает информация буровому мастеру о параметрах бурового раствора.

Технология приготовления специальных буровых растворов (солевых, безглинистых, эмульсионных, аэрированных и др.) если они используются при бурении скважины.

Приведите рецепты буровых растворов при проходке различных интервалов скважины. Какое влияние они оказывают на устойчивость стенок скважины и на скорость проходки?

Режим бурения

Параметры режима бурения устанавливаются для каждой выделенной пачки пород применительно к конкретному типу долота и способу бурения.

При роторном бурении в процессе углубления можно произвольно устанавливать любые возможные комбинации основных параметров режима бурения. Минимальная осевая нагрузка на долото, обеспечивающая объемное разрушение, определяется с учетом твердости пород и влияния факторов, действующих в реальных условиях бурения (гидростатическое давление бурового раствора, температуры, динамичность, состояние забоя, степени притупления зубьев шарошек и др.).

При бурении осевая нагрузка на долото создается частью веса УБТ. Важно использовать УБТ такой длины, чтобы при передаче на долото достаточной Р_д нейтральное сечение находилось в интервале их установки.

При выборе диаметра УБТ необходимо руководствоваться рациональными соотношениями диаметров долота, УБТ и бурильных труб, обеспечивающими минимум гидравлических сопротивлений при промывке скважины.

Проведите анализ соответствия фактической конструкции бурильной колонны и конструкций КНБК при бурении интервалов скважины под обсадные колонны с выше указанными техническими требованиями.

Контроль за осевой нагрузкой (Р_д) и постоянством подачи бурового инструмента имеет важное значение. Осевая нагрузка на долото измеряется с помощью гидравлического индикатора веса (ГИВ).

Приведите основные рабочие характеристики ГИВ – допустимые пределы измерения и его точность, усилия в соответствующих делениях шкалы прибора, указанные в паспорте ГИВ в кН. Оптимальное значение Р_д в каждом конкретном случае следует выявлять экспериментально путем комбинации с оптимальным значением частоты вращения.

По частоте вращения долота различают три режима работы: низкооборотный (роторное бурение) n≤90 мин^-1, при средних частотах вращения 90< n <250 мин^-1 и высокооборотный n>450 мин^-1.

С ростом глубины скважины в связи с повышением давления всестороннего сжатия больше проявляется пластичность пород, требуются большие деформации до разрушения и большая длительность контакта зубьев долота с забоем. Это обусловливает необходимость снижения частоты вращения с ростом глубины. Другая причина снижения частоты вращения заключается в увеличении приводной мощности ротора вследствие трения бурильной колонны о стенки скважины.

Проведите различные наблюдения и анализ сочетания параметров режима бурения Р_д и n на различной глубине скважины и их влияние на механическую скорость бурения.

Обратите особое внимание на то, что специфическая особенность роторного бурения – зависимость сочетания Р_д и n не только от механических свойств горных пород, прочности и долговечности самого долота, но и от прочности и жесткости бурильной колонны. В общем случае верхнему уровню Р_уд соответствует нижний уровень n и наоборот.

Частота вращения n оказывает существенное влияние на качественный отбор керна. Поэтому в зависимости от условий бурения рекомендуются следующие значения частоты вращения бурильной головки: шарошечные 48-50 мин^-1, алмазные и ИСМ 40-170, лопастные 70-110 мин^-1.

Расход бурового раствора (подача насоса) вычисляется по скорости восходящего потока в кольцевом пространстве и основывается обычно на опытных данных. В большинстве случаев рекомендуется принимать ν_в = 0,4-0,6 м/с, что обеспечивает полный вынос шлама.

В отечественной практике широко используют рекомендации В.С. Федорова о необходимости подачи на забой удельного расхода жидкости 0,057-0,065 л/ссм² для шарошечных и лопастных долот и 0,06-0,1 л/ссм² для алмазных.

При бурении с отбором керна подача насоса (Q) так же, как и n ограничивается и зависит от диаметра бурильной головки. Рекомендуется принимать расход бурового раствора (Q) от 16 до 18-26 л/с.

Сопоставьте расчетные параметры режима бурения, указанные в ГТН с рекомендуемыми и фактическими данными в реальных условиях бурения, зарегистрированные контрольно-измерительной аппаратурой.

При турбинном бурении фактически можно управлять только осевой нагрузкой на долото (Р_д), которая определяется так же, как и при роторном бурении. В отличие от роторного бурения в зависимости от Р_д а, следовательно, и вращательного момента (М_кр) на долоте устанавливается та или иная частота вращения (например, повышение Р_д вызывает рост М_кр, а n падает). Связь между М_кр и n определяется рабочей характеристикой турбобура, которая зависит от расхода и плотности бурового раствора.

Ознакомьтесь с паспортом и рабочей характеристикой применяемого турбобура.

При бурении скважин на средних и больших глубинах в диапазоне частот n=100-250 мин^-1 целесообразно применять винтовые забойные двигатели (ВЗД). Поскольку ВЗД имеет довольно жесткую характеристику с увеличением Р_д и М_кр срабатываемый в двигателе перепад давления (Δр) возрастает в степени, несколько большей единицы, а n уменьшается незначительно, пока реализуемая двигателем мощность не достигнет максимума при данном значении Q. Прирост перепада давления в двигателе при увеличении Р_д от нуля до максимума составляет Δр = 3-4 МПа. Этим пользуются для контроля процесса бурения.

При наличии ВЗД на буровом предприятии ознакомьтесь с конструкцией двигателя, его рабочей характеристикой и сопоставьте результаты бурения (механическая и рейсовая скорости) ВЗД с роторным способом бурения в сходных горно-геологических условиях.

При выборе оптимальных значений параметров режима бурения необходимо учитывать, что на эффективность работы долот существенное влияние оказывают состав и свойства бурового раствора: плотность, реологические свойства, показатели фильтратоотдачи, содержание в нем твердой фазы и нефти.

Специалисту по бурению важно знать, что скорость проходки уменьшается при увеличении следующих показателей: плотности бурового раствора (приводит к возрастанию дифференциального давления); пластической вязкости и особенно динамического напряжения сдвига (при неизменной подаче буровых насосов приводит к возрастанию гидравлических сопротивлений в циркуляционной системе и дифференциального давления); содержание бентонитовых частиц в суспензиях на водной основе.

Повышению скорости проходки способствуют следующие факторы: увеличение показателя мгновенной фильтратоотдачи Ф_о бурового раствора; наличие в его фильтратах ПАВ, облегчающих проникновение жидкой среды в микротрещины и поры породы; добавки к буровому раствору на водной основе нефти, нефтепродуктов, реагента ФК-2000 и других смазочных материалов (препятствует образованию сальников); уменьшение содержания твердой фазы.

Приведите примеры рецептов буровых растворов при разбуривании различных пачек пород по разрезу скважины и проанализируйте их влияние на механическую и рейсовые скорости бурения, на износостойкость долот и величину проходки на долото.

Ознакомьтесь в буровом предприятии с технологическим регламентом на бурение данной категории скважин (при возможности сделайте ксерокопию).

Необходимые сведения горно-геологических условий бурения, расчетные параметры конструкции скважины и технические параметры бурения отражаются в графической форме - геолого-техническом наряде.

ГТН представляется в отчете в масштабе, выполненном без изменений в проектной документации скважины.

Технология бурения наклонно-направленных скважин

Если предприятием производится строительство наклонно-направленных скважин, скважин с горизонтальным вхождением в продуктивный пласт, студенту необходимо познакомиться с программами «Проектный профиль» и «Горизонт» и методикой расчета параметров проектного профиля скважины.

В России наклонные скважины бурят забойными двигателями. Следовательно, необходимо уделить особое внимание выбору и обоснованию типа забойного двигателя и искривляющих КНБК.

При прохождении практики студент должен изучить конструкции и технологические возможности искривляющих КНБК, имеющиеся в распоряжении бурового предприятия.

В отчет приложите схемы конструкций, стабилизирующих КНБК, и конструкций, искривляющих КНБК, для различных интервалов искривления и на горизонтальном участке скважины. Изложите методику расчета конструкций КНБК.

Параметры режима бурения наклонных и горизонтальных скважин определяются рабочими характеристиками забойных двигателей и физико-механическими свойствами разбуриваемых пород.

При турбинном бурении можно управлять только осевой нагрузкой на долото, которая определяется так же, как и при роторном бурении. Расход бурового раствора (Q) является основным параметром, от которого зависят все остальные, и он должен быть достаточным, чтобы двигатель мог развить момент, необходимый для вращения долота при заданном значении осевой нагрузки (Р_д).

При проводке наклонных и горизонтальных скважин важным является контроль пространственного положения ствола скважины и его соответствие с проектным профилем.

Технология и технические средства бурения с отбором керна

Интервалы бурения с отбором керна устанавливаются проектом на строительство скважины.

Бурение с отбором керна осуществляется специальными колонковыми снарядами. При роторном бурении применяются снаряды «Недра», «Кембрий» и «Силур». В конструкции снарядов используется бурильная головка, керноприемная труба, изолированная внутри стального цилиндрического корпуса; при турбинном бурении - специальное турбодолото с пустотелым валом турбобура.

Бурение с отбором керна ведется на пониженных параметрах режима бурения, чтобы обеспечить лучшую сохранность керна. Механическая скорость бурения также снижена по сравнению с бурением сплошным забоем. Длина рейса при бурении снарядами «Недра», «Кембрий» и «Силур» определяется длиной керноприемной трубы (6-7 м). При бурении турбобуром длина рейса определяется величиной интервала отбора керна или полным износом бурголовки.

В отчете необходимо приложить технические характеристики применяемых колонковых снарядов, режимные параметры разбуривания конкретных интервалов скважины, процент выхода керна, указать рейсовую скорость и величину проходки на бурголовку.