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

Таблица 23

Величины удельных моментов и рекомендуемые режимы бурения электробурами скважин на площадях Куйбышевской области (долота типа М-269Т, М-269К)

Таблица 24

Величины удельных моментов и рекомендуемые режимы бурения электробурами скважин на площадях Туркменской ССР (пл. Котур-Тепе)

Выбирать диаметр отверстий в насадках гидромониторных до­ лот следует по номограмме на рис. 78.

Нагрузка на долото должна создаваться в основном весом УБТ и иметь величину, обеспечивающую реализацию режима бурения, указанного в геолого-техническом наряде. Для обеспечения верти­ кальности скважины рекомендуется следующая компоновка низа бурильной колонны: долото, наддолотный расширитель, электро­ бур, контактор (или УКИ), центратор и УБТ.

При бурении следует контролировать диаметр расширителя и центратора: диаметр расширителя не должен превышать диаметр долота, а диаметр центратора должен быть равным или на 1 —

160

2 мм меньше диаметра расширителя. Износ расширителя и цент­ раторов допускается не более чем на б мм по диаметру. Во избе­ жание искривления скважин, рекомендуется вращать колонну со скоростью 5—30 об/мин или периодически проворачивать.

При бурении электробуром керн отбирают с помощью навин­ чиваемого на вал шпинделя колонкового долота с патрубком из утяжеленных бурильных труб. Если проходка до полного износа долота меньше 5 м, целесообразно уменьшить длину патрубка и

15

00 cs R

■5 I г ^ 50 cj ^

20Г*' с*ъ ч

10 £ §-<

-Сі ^ "

<а g =4

S §

's ai

Рис. 78. Зависимость перепада давления на долоте и скорости истечения струи из насадок от расхода жидкости.

керноприемной трубы. Для обеспечения высокого процента выноса керна и его качества рекомендуется применять тихоходные редук­ торные электробуры и в процессе бурения не отрывать долото от забоя.

Бурение электробуром с алмазными долотами

Целесообразность применения алмазных долот в различных по­ родах оценивается по величинам механической скорости, проходки и износа шарошечных долот в соответствии со специальными ин­ струкциями. Для бурения алмазными долотами в мягких и сред­ ней твердости породах рекомендуется применять электробуры с по­

обусловливающих зависание бурильной колонны, обязательно непрерывное вращение колонны бурильных труб со скоростью 5 — 30 об/мин.

Режим питания электробура

При бурении с промывкой буровым раствором или водой необ­ ходимо устанавливать такой режим питания двигателя, при кото­ ром электробур мог бы развивать наибольший вращающий мо­ мент.

Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора UTр при включенном электробуре, работающем на холостом ходу, рекомендуется вычислять по формуле

где £/но„ — номинальное напряжение электродвигателя в В; /ном номинальный ток электродвигателя в А; L — глубина забоя сква­ жины в км.

По полученной величине напряжения выбирают ближайшую ступень напряжения трансформатора.

Для частичной компенсации потери напряжения при перегрузках целесообразно заранее подавать на зажимы электробура повышен­ ное напряжение, особенно при бурении нижних интервалов глубо­ ких скважин.

Рекомендуется задавать напряжение в соответствии с табл. 26, составленной для двигателей разных типов и различных глубин (при бурении с промывкой). Правильность выбранного напряже­ ния рекомендуется проверять по величине тока холостого хода, указанного в этой же таблице. При этом в ряде случаев величина тока холостого хода может быть не только выше значения тока холостого хода двигателя при номинальном напряжении, но и выше значения рабочего тока.

Если при работе с нагрузкой ток двигателя превышает номи­ нальное значение более чем на 1 0 %, осевую нагрузку необходимо снизить. При токах холостого хода, превышающих значения, ука­ занные в табл. 26, напряжение должно быть снижено на одну сту­ пень.

Во время бурения могут происходить кратковременные пере­ грузки электробура, вызванные несоответствующей скоростью по­ дачи долота или его заклиниванием. Эти перегрузки ликвидиру­ ются защитой, которая срабатывает через определенное время после начала перегрузки, отключая электробур. При этом электро­ бур следует приподнять над забоем и повторно включить.

162

164

При отключении электробура в результате заклинивания до­ лота бурильную колонну следует приподнять над забоем, промыть скважину, провести расхаживание колонны и лишь после этого запустить двигатель.

Если во время работы электробур отключился максимальной защитой, то повторное включение его разрешается один раз при условии, что сопротивление изоляции системы токоподвод—элект­ робур находится в допустимых пределах. При повторном выключе­ нии максимальной защиты необходимо поднять бурильную колонну для устранения повреждения. При выборе уставок защиты (от пе­ регрузки, заклинивания и коротких замыканий) следует руковод­ ствоваться уставками защиты, приведенными в табл. 18.

Применение автомата подачи долота

При электробурении рекомендуется применять автоматический регулятор подачи долота АВТ-2, осуществляющий подачу:

1 ) по активной составляющей тока электробура;

2 ) по осевой нагрузке на долото; 3) по активной составляющей тока и осевой нагрузке на до­

лото.

В режиме бурения по активной составляющей тока и осевой нагрузке на долото можно устанавливать два заданных значения уставки — активного тока электробура Icos ср и осевой нагрузки на долото GÄ. Однако при этом всегда будет поддерживаться только один из параметров, близкий к заданному: в неэнергоемких поро­ дах — GJX, а в более энергоемких — / cos ф.

При изменении условий бурения перестройка работы автомата с режима поддержания заданного значения активной составляю­ щей тока / соэф на режим поддержания нагрузки на долото Gn происходит автоматически.

Автоматическая подача долота по активной составляющей тока рекомендуется при бурении: с наиболее полным использованием мощности электробура; в скважинах, где происходит зависание бурильной колонны; моментоемких пород на больших глубинах.

Автоматическая подача долота по осевой нагрузке рекоменду­ ется в неэнергоемких породах, когда бурение ведется при высоких осевых нагрузках.

Бурение электробуром с применением газообразных агентов для выноса выбуренной породы

Как указывалось выше, при электробурении для выноса выбу­ ренной породы можно использовать газообразные агенты, в том числе воздух, природный газ или выхлопные газы двигателей внут­ реннего сгорания, пены, суспензии и туманы.

При применении газообразных агентов многократно снижается давление в скважине; улучшается очистка забоя; отсутствует глинистая корка на стенках скважины; резко снижается вязкость

165

и содержание твердых частиц в продувочном агенте; образцы по­ роды в виде незагрязненного шлама выносятся воздухом на по­ верхность в весьма короткое время; достаточно точно отбиваются водопроявляющие нефтеносные и газоносные горизонты; не проис­ ходит закупорка продуктивного пласта.

Применение газообразных агентов обусловливает краткое по­ вышение механической скорости бурения и стойкости долота; лик­ видируются затраты времени на приготовление и очистку бурового раствора, улучшаются условия вскрытия продуктивного горизонта.

Однако в некоторых условиях осложняется борьба с водоприто­ ками и обвалами, увеличивается опасность пожаров. Эти осложне­ ния ограничивают реализацию перечисленных выше преимуществ. Поэтому применению этого способа должны предшествовать изу­ чение геологических условий и, в частности, водопритоков, а также надежная изоляция водоносных горизонтов, перекрыва­ емых кондуктором или технической колонной.

Бурение с аэрированными жидкостями проводится при про­ ходке зон поглощения для улучшения показателей работы долота и экономии материально-технических средств, а также при вскры­ тии продуктивных пластов с целью сохранения проницаемости кол­ лектора и сроков освоения, а также повышения производитель­ ности скважин.

При бурении с очисткой забоя воздухом требуются невысокие значения осевых нагрузок, поэтому бурить целесообразно при на­ пряжении на зажимах двигателя на 10—15% ниже номинального. Это способствует ограничению нагрева двигателя электробура.

Контролировать правильность поданного напряжения при бу­ рении с продувкой следует по величине тока холостого хода. Эта величина должна составлять около 90% значения тока холостого хода, установленного для бурения с промывкой.

Количество воздуха для выноса выбуренной породы рекомен­ дуется определять из условий обеспечения скорости восходящего потока — не менее 15 м/с.

При бурении с продувкой применяют специальные устройства, герметизирующие устье скважины, а также обратный клапан в бу­ рильной колонне.

ГЛАВА 8

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН ЭЛЕКТРОБУРАМИ. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОСТИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

Наиболее совершенный технологический процесс бурения на­ клонно-направленных скважин базируется на применении невра­ щающейся колонны бурильных труб с отклонителем, смонтиро­ ванным на конце колонны. Для ориентирования отклонителя

166

бурильные трубы спускают по меткам, колонну довинчивают с по­ мощью ротора, угол поворота колонны рассчитывают по резуль­ татам измерений приборами, спускаемыми на тросе или кабеле

кместу расположения отклонителя.

Впериод остановки процесса бурения контролируют угол на­ клона и азимут скважины. По результатам измерений определяют необходимость дальнейшего применения отклонителя, корректи­ руют угол его искривления и вычисляют направление отклонителя при очередном спуске бурильной колонны.

Однако при вращении долота положение отклонителя изменя­ ется под действием реактивного момента, возникающего при взаи­ модействии долота с породой. Угол закручивания колонны буриль­ ных труб под действием реактивного момента зависит от длины колонны, ее сечения и материала, типа долота, физико-механи­

ческих свойств проходимых пород, осевой нагрузки на долото, свойств агента, применяемого для выноса выбуренной породы, траектории скважины, характеристик опорных пят забойного дви­ гателя и других факторов.

Для расчета угла закручивания колонны бурильных труб суще­ ствуют формулы, в которых учитывается часть из указанных фак­ торов. Так, принято, что угол закручивания колонны бурильных труб под действием реактивного момента, развиваемого турбо­ буром, составляет

(81)

где Мт — тормозной момент на валу турбины в кгс-см (находится по характеристике, приложенной к турбобуру) ;М тр.п — момент тре­ ния в пяте при бурении в кгс-см; L — длина бурильных труб в м; q — вес 1 м бурильных труб в кг; dHи £?вн — СООТВ6ТСТВ6ННО Н З р у Ж - ный и внутренний диаметры бурильных труб; р — коэффициент трения трубы о стенку скважины; а — угол наклона ствола в гра­ дусах; G — модуль сдвига в кгс/см2.

Момент трения в пяте вычисляется по формуле

Здесь р'-—коэффициент трения металла о резину; г — средний радиус трения в пяте; Рг — гидравлическая нагрузка в кге; Рд — осевая нагрузка на долото в кгс.

Яг= 0 ,7 8 5 4 л

(dcp— расчетный диаметр турбины).

Для упрощения расчета угла закручивания применяют номо­ граммы.

167

После спуска бурильной колонны с отклонителем и проведе­ ния забойного ориентирования определяют угол, на который необ­ ходимо повернуть отклонитель с учетом угла закручивания бу­ рильных труб при действии реактивного момента (в градусах)

Так как на величину угла закручивания влияет много факто­ ров, то трудно определить направление отклонителя, даже при тщательном проведении всего комплекса измерений.

В системе электробурения, имеющей электрический канал свя­ зи с забойным двигателем, измерительную аппаратуру можно раз­ местить вблизи забойного двигателя и передавать на поверхность данные об угле наклона, азимуте и положении отклонителя в про­ цессе вращения долота [21, 79, 80].

Применение телеметрических систем в электробурении позво­ ляет в процессе вращения долота по указывающим или регистри­ рующим приборам контролировать угол наклона и азимут сква­ жины, определять и устанавливать положение отклонителя.

Таким образом, использование силового электрического канала питания забойного двигателя для измерения положения отклони­ теля и траектории скважины в процессе вращения долота является одним из преимуществ электробурения.

Искривленный электробур

Бурение наклонно-направленных скважин электробуром было начато в 1951 г. в Баку экспериментальной конторой электробуре­ ния * [74].

Был пробурен ряд скважин глубиной 2500 м с отклонением до 250 м. При этом отрабатывались технология бурения и методика измерений геометрических параметров скважины и положения от­ клонителя.

В процессе опытного бурения впервые был применен отклонитель в виде искривленного электробура, выполненный пу­ тем навинчивания шпинделя на двигатель под некоторым углом. Угол образовывался путем смещения оси резьбы шпинделя отно­ сительно основной продольной оси на угол от 30' до 2°. Положение искривленного электробура в скважине показано на рис. 79. Вра­ щающий момент при этом передавался зубчатой муфтой, допуска­ ющей некоторый перелом осей стыкуемых валов.

Такой отклонитель оказался более эффективным, чем примене­ ние искривленных трубы или переводника, устанавливаемых над электробуром.

168

В дальнейшем конструкция электробура совершенствовалась. Были разработаны конструкции искривленных электробуров для всего размерного ряда. При этом был предусмотрен механизм ис­ кривления МИ, устанавливаемый между серийными двигателем и шпинделем. Механизм МИ обеспечивает перелом осей шпинделя и двигателя на 1, 1,5 и 2° (рис. 80). Он может быть установлен

также между редуктором-вставкой электробура и шпинделем. Кон­ струкция механизма искривления приведена на рис. 81.

Перелом осей корпусов на угол аэ находится в месте присоеди­ нения корпуса МИ к шпинделю. Это достигается нарезанием нип­ пельной корпусной резьбы для соединения со шпинделем под уг­ лом к оси корпуса МИ, совпадающей с осью электродвигателя, с которым корпус МИ соединяется своей муфтовой резьбой. Таким образом, упорный торец ниппельной резьбы размещен в плоскости, смещенной относительно оси корпусов двигателя и МИ на угол

90° —- осэ.

169