книги из ГПНТБ / Фоменко, Ф. Н. Бурение скважин электробуром

'болты и пружинные шайбы для крепления токоподвода, калибры для проверки контактных соединений, манометрическое устройство

шурфом. Футляр с электробура снимают только после того, как •его вместе с футляром спустят в устье скважины. Выбрасывание электробура на мостки без футляра также недопустимо, как и затаскивание в буровую. Предохранительный колпак снимают «с электробура только после того, как он спущен в устье сква­ жины и установлен на элеваторе, на роторном столе.

Перед навинчиванием долота на вал электробура проверяют «осевое смещение вала шпинделя. Для этого подвешенный элект­ робур ставят на роторный стол и в момент постановки замеряют смещение вала относительно корпуса шпинделя; смещение должно быть не более 1,5 мм.

Перед опусканием электробура в скважину должно быть про­ верено наличие масла в шпинделе по расстоянию между витками пружины компенсатора или по давлению масла, измеряемому •специальным манометрическим устройством, ввинчиваемым вместо пробки клапана. При опускании электробур следует ос­ мотреть, проверить затяжки клапанов, пробок и т. д.

Если количество масла в двигателе предполагается опреде­ лить манометрическим устройством, электробур следует опустить в устье скважины настолько, чтобы удобно было вывернуть пробку клапана, расположенного в верхней части двигателя, и ввернуть манометрическое устройство. Давление масла в двига­ теле и шпинделе, полностью заполненных маслом, должно быть не менее 3 кгс/см2.

После установки электробура на элеватор количество масла в двигателе можно определить измерением положения поршня компенсатора с помощью тяги, укрепленной рядом с контактным •стержнем кабельного ввода. (В электробурах прежних выпусков.) Кроме того, после установки на элеватор проверяют сопротивле­ ние изоляции обмотки статора относительно корпуса. У двига­ теля, подготовленного к бурению, оно должно быть при темпера­ туре 20—25 °С не менее 50 МОм (у поднятого из скважины при температуре корпуса 50°С — не менее 3 МОм). Сопротивление изоляции и положение поршней или давление масла, замеренные на буровой, не должны значительно отличаться от величин, за­ писанных в рейсовом паспорте.

Уменьшение объема масла может быть вызвано поврежде­ ниями в системе уплотнений электробура, а снижение сопротив­ ления изоляции обмотки относительно корпуса свидетельствует о повреждении изоляции. В этих случаях электробур не следует опускать в скважину до устранения неисправностей. Результаты осмотра и замеров записывают в рейсовый паспорт.

Контактную муфту свинчиваемого с электробуром погружного

150

контактора КЭП, устройства контроля изоляции УКИ или теле­ метрической системы СТЭ так же, как и контактные соединениябурильных труб, промывают струей воды и при помощи щетки смазывают касторовым маслом; контактный стержень электро­ бура промывают струей воды и смазывают касторовым маслом при помощи кольцевой щетки.

До спуска электробура в скважину необходимо проверить направление вращения его вала, наблюдая за вращением вала шпинделя. Вращение должно быть по часовой стрелке, если смот­ реть сверху.

Направление вращения вала электробура, опущенного в устье скважины, можно проверять по направлению действия реактив­ ного момента. Ведущая труба в момент включения электробура должна повернуться в направлении, обратном вращению вала. Недопустимо проверять направление вращения вала электробура с незакрепленным переводником и долотом как в устье сква­ жины, так и над открытым роторным столом.

При включении электробура после наращивания очередной трубы следует убедиться в правильности направления вращения электробура. При этом о направлении вращения судят только по действию реактивного момента. Когда при значительной глубине скважины действие реактивного момента на ведущую трубу уже не передается, следует проверять фазировку кабельных секций всех без исключения бурильных труб, подготовленных к наращи­ ванию.

После наращивания каждой свечи или бурильной трубы,, когда бурильная колонна установлена на элеваторе или клиньях, проверяют сопротивление изоляции на корпус системы токоподвод — электробур, прикасаясь щупом лампового мегомметра к одному из контактных колец контактного стержня.

Наращиваемую свечу или трубу для свинчивания с колонной следует опускать плавно, обеспечивая соосность контактного' стержня и муфты, входящих в соединение.

По мере присоединения бурильных труб и углубления сква­ жины сопротивление изоляции системы токоподвод—электробур может снижаться до величин, указанных ниже:

Резкое снижение сопротивления изоляции системы токопод­ вод—электробур после наращивания очередной свечи свидетель­ ствует о дефекте кабельной секции навинченной свечи. Такую свечу необходимо отвинтить, проверить сопротивление изоляции ее кабельной секции и при обнаружении дефекта отправить для ремонта или смены кабельной секции.

В процессе спуска бурильных труб возможно, что после на­ винчивания и спуска очередной свечи сопротивление изоляции

151

резко снизится и после отвинчивания ее остается низким. Это может произойти, если скважина не заполнена полностью жид­ костью и при спуске очередной свечи ранее спущенная труба с дефектной секцией погрузилась в жидкость. В таком случае поднимают и разъединяют бурильную колонну до первой трубы, которая погрузилась в буровой раствор. Обычно в этой трубе повреждена кабельная секция.

В цепи токоподвода иногда обрываются токоведущие жилы и поэтому при спуске время от времени проверяют сопротивление изоляции обоих жил — контактов. Резкое увеличение сопротивле­ ния изоляции одной из жил свидетельствует о ее обрыве. Необ­ ходимо найти и удалить дефектную трубу.

Ведущая труба, заранее свинченная с токоприемником и вертлюгом, при спуске бурильных труб находится в шурфе. После извлечения ее из шурфа и вывинчивания заглушки контактную муфту тщательно промывают водой и смазывают касторовым маслом. Так как по ведущей трубе, извлеченной из шурфа, дли­ тельное время еще стекает раствор, который может загрязнить контактный стержень бурильной трубы, необходимо прикрывать бурильную трубу заслонкой и убирать ее только после того, как ведущая труба установлена по оси бурильной и максимально приблизится к ней.

При ремонтах, проводимых в процессе бурения скважины, может быть нарушена фазировка. В связи с этим после ремонта на подстанциях, электрических линиях, кабелях и высоковольт­ ных распределительных устройствах, питающих трансформатор электробура, необходимо проверять направление вращения элект­ робура. При этом рекомендуется обращать внимание на на­ правление вращения наземных двигателей, установленных на бу­ ровой.

После смены токоприемника и токоподводящего кабеля перед включением электробура следует также проверить фазировку токоподвода, начиная от контактной муфты ведущей трубы до шин станции управления.

Особенности технологии бурения электробурами

Основные особенности бурения электробуром сводятся к сле­ дующему.

1. Двигатель электробура получает питание непосредственно от бурового трансформатора по кабелю, проложенному внутри колонны бурильных труб. Электроэнергия передается с малыми потерями вследствие применения высокого напряжения.

2. Мощность электробура практически не зависит от количе­ ства и свойств бурового раствора и глубины погружения элект­ робура. Это свойство позволяет разрешить проблему эффектив­

152

ной проходки глубоких скважин с применением вязких растворов удельного веса до 2,3 гс/см3, аэрированных промывочных жидко­

при добавлении в буровой раствор поверхностно-активных ве­ ществ.

3.Скорость вращения вала электробура не зависит от количе­ ства и свойств бурового раствора и незначительно зависит от на­ грузки.

4.Количество прокачиваемого бурового раствора при элект­ робурении определяется в основном условиями нормальной очи­ стки забоя независимо от мощности, развиваемой электробуром. При электробурении (как показал опыт) требуется меньшее ко­ личество бурового раствора, чем при турбинном бурении, где циркуляция раствора служит также для вращения турбины. Уменьшение количества бурового раствора способствует мень­ шему размыву стенок скважины и снижает кавернообразование. Кроме того, проходка зон поглощений возможна без осложнений.

5.Давление на выкиде насосов, необходимое для нормальной очистки забоя, при электробурении 190-мм долотом, несмотря на наличие кабеля внутри 114-мм труб, ниже, чем при турбинном бу­ рении (до глубины 6000 м) {56]. Невысокое рабочее давление на выкиде насоса позволяет снизить требования к прочности шланга

ивсех коммуникаций, повышает продолжительность службы насо­ сов, облегчает работу насосной установки и резьбовых соедине­

ний бурильных труб и значительно повышает срок их службы, а также позволяет использовать резерв давления для работы гидромониторных долот.

6. Направление потока бурового раствора не влияет на харак­ теристики электробура, что дает возможность применять обратную циркуляцию при небольшом количестве раствора и небольшом расходе энергии на промывку.

7. Электробур является герметичной маслонаполненной маши­ ной, рабочие органы которой не подвержены действию абразив­ ных частиц, содержащихся в буровом растворе. Поэтому характе­ ристики электробура неизменны в течение всего срока его службы.

8.Изменение момента сопротивления на долоте при бурении мгновенно отражается на изменении величины тока и мощности. Это дает возможность наблюдать по ваттметру за нагрузкой на до­ лото, определять характер его работы, устанавливать степень из­ носа и предупреждать аварии с долотом.

9.Изменения тока и мощности, отражающие нагрузку на до­ лото, дают возможность автоматизировать процесс бурения при наилучшем использовании мощности, развиваемой электробуром.

10.Отсутствие вращения бурильной колонны и особенности конструкции электробура позволяют при помощи специальной по­ гружной аппаратуры в процессе бурения наклонных скважин осу­ ществлять контроль за углом наклона и азимутом, а также после

153

свободного спуска' бурильных труб устанавливать отклонитель в нужном направлении и корректировать его положение в про­ цессе вращения долота с учетом угла закручивания бурильных труб под действием реактивного вращающего момента электро­ бура.

11.При проходке скважин с большим наклоном или развет- вленно-горизонтальных скважин телеметрическую систему можно свободно погружать независимо от наклона и состояния ствола скважины и, таким образом, обеспечить проведение измерений угла наклона и азимута скважины.

12.Применение телеметрической системы над электробуром дает возможность ориентировать отклонитель при введении бу­ рильной колонны в ответвление разветвленно-горизонтальной скважины.

Технические средства и технология бурения электробурами не­ прерывно совершенствуются.

Особенности электробурения определяют выбор параметров режима бурения: скорости вращения долота, количества подава­ емого на забой бурового раствора и осевой нагрузки на долото.

Как упоминалось выше, скорость вращения электробура в пре­ делах устойчивой части кривой вращающего момента может изме­ няться от синхронных оборотов пс до пс (1 — 5), соответствующих максимальному значению вращающего момента. Однако бурение электробуром ведется при определенной осевой нагрузке и колеба­ ние скорости вращения обычно невелико. Если момент сопротив­ ления на долоте колеблется от 0,5 до 1,5 номинального вращаю­ щего момента двигателя, то, судя по кривым вращающего мо­ мента двигателей (см. рис. 42), колебание скорости вращения не превышает 8%. Поэтому считается, что бурение электробуром ве­ дется практически при постоянной скорости вращения; скоростная характеристика электробура жесткая. Изменение скорости враще­ ния возможно путем применения двигателя другой полюсности, изменением частоты тока или применением редуктора-вставки.

Число насосов, диаметр втулок цилиндров и число ходов порш­ ней устанавливают, исходя из требований рациональной промывки скважины независимо от мощности электробура.

Для повышения скорости бурения можно изменять только осе­ вую нагрузку на долото, непосредственно влияющую на загрузку электробура. Это влияние различно в зависимости от физических свойств проходимых горных пород: в вязких породах требуется больший удельный вращающий момент, чем в твердых породах.

Благодаря жесткой характеристике электробур устойчиво рабо­ тает с автоматическим регулятором подачи долота [48].

Для достижения лучших показателей бурения целесообразно бурить при высокой осевой нагрузке, непосредственно обусловли­ вающей загрузку двигателя по мощности. Допустимая загрузка двигателя электробура зависит от допустимого нагрева обмотки двигателя. Эта загрузка будет совпадать с номинальной мощно­

154

стью двигателя, если на данной глубине скважины температура окружающей среды будет равна расчетной температуре, принятой при проектировании двигателя.

Как указывалось в гл. 1, температура среды, окружающей электробур, принимается равной температуре Ѳзцм циркулирующего бурового раствора у входа в него. Эта температура повышается с глубиной скважины и изменяется в зависимости от геотермиче­ ского градиента и некоторых других факторов. Действительные значения температуры на соответствующих глубинах во многих нефтяных районах СССР ниже, чем температура окружающей среды, принимавшаяся при расчете двигателей.

Рис. 77. График допустимой нагрузки двигателя электробура Э250-8 в зави­ симости от глубины скважины (Лок-Батан):

/ _ изменение температуры охлаждающей среды Ѳзцм ; 2 — изменение температуры

нагрева двигателя при номинальной нагрузке; 3 — допустимый нагрев двигателя; 4 — допустимая сила тока, при которой двигатель не перегреется выше 130° С; 5 — мощ ­ ность, при которой двигатель не перегреется выше 130° С.

Учитывая действительные тепловые условия бурения в каждомконкретном районе, целесообразно ввести в режим работы элект­ робуров коррективы, направленные на повышение загрузки двига­ теля электробура сверх номинальной мощности. С этой целью в каждом новом районе следует уточнять температуру циркули­ рующего раствора Ѳзцм и устанавливать допустимую нагрузку дви­ гателей на разных глубинах данного района.

На примере применения электробура Э250-8 установим допу­ стимое превышение нагрузки сверх номинального значения (230 кВт) в бакинском и туймазинском нефтяных районах. Для этой цели, кроме изменения температуры Ѳзцм, по мере углубления скважины необходимо иметь кривую изменения перегрева обмотки статора в зависимости от силы тока нагрузки (см. рис. 49). Как видно из этой кривой, перегрев обмотки статора при номинальном

155,

токе 160 А составляет 67 °С. Для бакинского района (Лок-Батан, площадь Карадаг) линия 2 изменения температуры Ѳзцм приве­ дена на рис. 3.

Параллельно линии 1, представляющей изменение этой темпе­ ратуры, на рис. 77, а проведем на расстоянии, определяемом величиной перегрева т=67°С, линию 2 — нагрева обмотки при но­ минальной мощности двигателя Ѳьном = Ѳзцм + т в зависимости от глубины скважины. На этом же рисунке проведем линию 3 —^до­ пустимой температуры нагрева Ѳд обмотки. Тогда расстояние между линиями 2 и 3 представит запас по нагреву обмотки Тзап, а расстояние между линиями 1 и 3 ~ допустимую температуру пе­ регрева обмотки т+Тзап на данной глубине скважины.

На рис. 77, б построены линия 4 изменения допустимого тока двигателя электробура Э250-8 в зависимости от глубины и соот­ ветствующая этому току линия мощности 5. Как видно из кривой 5, на глубине 2000 м электробур может загружаться до 280 кВт, на глубине 1500 м — до 290 кВт и т. д.

Для туймазинского нефтяного района вследствие низких тем­ ператур циркулирующего бурового раствора допустимая пере­ грузка электробура может иметь еще большие значения.

Режимы бурения

Режимы бурения должны быть составлены на основе данных, полученных при бурении опорно-технологических и других ранее пробуренных на данной площади скважин. Помимо сведений и ре­ комендаций, предусмотренных «Едиными техническими правилами на ведение работ при бурении скважин» в геолого-техническом на­ ряде должны быть указаны типы электробуров для каждого ин­ тервала бурения, а также режим работы электробура: сила тока, мощность, величины напряжений на выходных зажимах трансфор­ матора или дизель-электрической установки, а также соответст­ вующие этим напряжениям величины токов холостого хода.

Электробур следует включать после установления циркуляции раствора, не спуская его до забоя. До забоя следует доходить с проработкой, плавно. Затем приработать долото при осевой на­ грузке 2—5 тс в течение 2—3 мин и плавно довести осевую на­ грузку на долото до оптимальной в течение 5—10 мин.

Рекомендуется устанавливать и контролировать режим работы' долота по ваттметру и индикатору веса. По амперметру контро­ лируется лишь предельно допустимое значение полного тока, по­ требляемого электробуром. Пользоваться амперметром для уста­ новления режима бурения не рекомендуется, так как полный ток не отражает активную мощность на валу электробура.

Максимально допускаемая осевая нагрузка на трехшарошеч­ ные долота должна быть не более указанной в табл. 3.

156

При выборе режима бурения рекомендуется рассчитывать и ус­ танавливать коэффициент использования мощности электробуров

Величины удельных моментов и рекомендуемые режимы бурения электробуром скважин на площадях Башкирской АССР

Для каждого стратиграфического горизонта величины Му оп­ ределяются опытным путем на основании анализа материалов ис­ следований режимов бурения опорно-технологических скважин. Для некоторых площадей и стратиграфических горизонтов вели­ чины Му приведены в табл. 20—24. В этих же таблицах приведены рекомендуемые параметры режима бурения.

157

Таблица 21

Величины удельных моментов и рекомендуемые режимы бурения электробурами скважин на площади Карадаг

В процессе бурения фактический коэффициент использования мощности определяется как отношение фактической мощности на долоте (Ѵд к номинальной мощности двигателя электробура NH0M

Методика вычисления Nn приведена в гл. 9.

Рекомендуется бурить при коэффициенте К, близком к еди­ нице, при условии, что величина осевой нагрузки на долото не пре­ вышает допустимую, а контрольное снижение осевой нагрузки приводит к уменьшению механической скорости бурения.

В геологических условиях, обусловливающих зависание ко­ лонны бурильных труб, бурение электробуром рекомендуется вести с одновременным вращением колонны со скоростью 5— 30 об/мин.

Для лучшей отработки шарошечных долот рекомендуется сни­ жать осевую нагрузку по мере увеличения люфта опоры. Момент времени, когда необходимо снижать осевую нагрузку, должен оп­ ределяться по резкому увеличению мощности, фиксируемому бу­ рильщиком по ваттметру.

158

Момент подъема долота следует определять по двум призна­ кам: значительному снижению механической скорости бурения, свидетельствующему об износе вооружения долота, и увеличению мощности, потребляемой двигателем в конце рейса, с частыми пи­ ками нагрузки, свидетельствующими об износе опоры.

В связи с небольшими давлениями в насосной линии при элект­ робурении рекомендуется в мягких и средних породах использо­ вать давление насосов для создания гидромониторного эффекта при бурении гидромониторными шарошечными и лопастными до­ лотами, а также алмазными долотами, создающими большие пере­ пады давления в процессе бурения.

159