1. Конструкция скважины. Назначение обсадных колонн. Основные положения проектирования конструкции.

Конструкция скважины – это диаметр её ствола и стенок, в том числе их толщина, глубина бурения и спуска секций обсадных колонн, высота поднятия цементного раствора, расположение зон перфорации и инклинограмма. Последняя показывает проекции углов искривления ствола скважины в горизонтальной (азиамутальный) и вертикальной (зенитный) плоскостях.

2. Гидравлические забойные двигатели. История. Принцип работы. Область применения.

В начале 20в вращательный способ практически полностью вытеснил ударно-канатный. Передача мощности осуществлялась от ротора к долоту через длинные бурильные трубы, что позволило существенно увеличить скорость бурения, однако частыми были поломки бурильных труб, число которых возрастало с глубиной. Примерно в это же время возникла идея размещения двигателя прямо над долотом. Первоначальные варианты от разных изобретателей имели много проблем и не получили широкого распространения. Однако в 1924 г российским советским инженером М.А. Капелюшниковым был разработан редукторный одноступенчатый турбобур. Он получил широкое распространение в стране так как позволял добиться высоких скоростей бурения, практически исключая возможность поломки бурильных труб, с качеством которых в стране были проблемы. Первый успешный турбобур так же имел множество проблем, что послужило толчком для создания нового, многоступенчатого безредукторного турбобура, успешные испытания которого прошли в начале ВОв. В результате совершенствования турбобуров уже в 50-ые появились многосекционные версии, а в 60-ые в результате появления новых долот был разработан принципиально новый гидравлический двигатель – ВЗД.

3. Способы бурения. Область применения. Достоинства и недостатки.

Роторный способ: «+» простота конструкции, высокая скорость бурения, низкая металлоёмкость, отсутствуют ограничения по расходу и плотности БР, более эффективные компоновки для вертикального бурения;

«-» высокие требования к ротору и к бурильным трубам, сложность управления траекторией и направленного бурения

Турбобур: «+» низкие требования к бурильным трубам (БК не вращается), высокие скорости проходки, РТБ для быстрой проходки вертикальных стволов большого диаметра «-» большая длина, ограничения по расходу и вязкости БР (необходим высокий расход), необходимы мощные насосы, ускоренный износ долот, далекое расположение ГИС от долота, ограничения по минимальному диаметру

ВЗД: «+» низкие требования к бурильным трубам, небольшая длина, высокая надёжность, близкое расположение ГИС к долоту, возможность бурения скважин сверхмалого диаметра, наиболее удобны для наклонного бурения «-» температурные ограничения, ограничения по расходу и вязкости БР

4. Пластовое, поровое давление. Аномально низкое, аномально высокое и нормальное давление в пласте. Условия формирования.

Поровое и пластовое давление обычно отождествляются.

Аномально низкое (АНПД) давление в пласте может формироваться по следующим условиям:

• Геологические причины. Растяжение или сжатие отдельных участков земной коры, низкие уровни подмерзлотных вод, связанные с деградацией мерзлой толщи при её оттаивании внизу в течение многих лет. 

• Искусственные причины. Истощение залежей, обводнённость добываемой продукции, если не происходит восполнение отбираемых из пласта флюидов. 

Аномально высокое (АВПД) давление в пласте может формироваться по таким условиям:

• Передача части горного давления на залежь. Если скелет породы слабый, то часть горного давления передаётся на жидкость или газ, находящиеся в её порах. 

• Тектонические движения по разломам. В приподнятом блоке залежи, разорванной разломами, в течение длительного времени будет сохраняться прежнее высокое пластовое давление. 

• Вторичное увеличение объёма залежи в зонах высоких температур. В зонах больших глубин и высоких температур сложные углеводородные соединения с длинными цепями разрушаются с образованием большого количества простых молекул. Увеличение объёма залежи приводит к возрастанию давления внутри замкнутого резервуара. 

• Вторичное сокращение объёма пор в коллекторах при кристаллизации цемента в законтурных частях резервуара. Залежь при этом приобретает замкнутый или полузамкнутый характер. 

Нормальным давлением считается уровень, близкий к условному гидростатическому показателю, имеющий градиент 0,01 Мпа/м.

5. Основные свойства горных пород. Методы исследования свойств горных пород.

6. Конструкция шарошечных долот. Типоразмеры шарошечных долот. Область применения. Достоинства и недостатки.

Типоразмеры шарошечных долот согласно ГОСТ 20692-2003

диаметр долота — 76,0 мм, 93,0, 95,3, 98,4 мм, 114,3, 117,5, 120,6 мм, 127,0, 130,2, 132,0 мм, 139,7, 146,0, 151,0, 161,0, 165,1, 171,4 мм, 187,3, 190,5, 200,0 мм, 212,7, 215,9, 222,3 мм, 238,1, 241,3, 244,5 мм, 250,8, 269,9 мм, 295,3, 304,8, 311,1 мм, 320,0 мм, 349,2, 365,1, 368,3, 371,5, 374,6, 393,7, 444,5, 469,9, 473,1, 490,0, 508,0 мм

Наиболее частые размеры: 190,5 215,9 295,3 393,7 490 508

Преимущества: по сравнению с лопастными долотами следующие: - площадь контакта с забоем значительно меньше, а длина рабочих кромок больше, что повышает эффективность разрушения пород; - интенсивность износа зубьев шарошек меньше износа лезвий лопастных долот; - вследствие перекатывания шарошек по забою опасность заклинивания долота сводится к минимуму; - невысокая стоимость

Недостатки: очень низкий ресурс работы долот такого типа; сильная зависимость механической скорости бурения от промывки забоя.

7. Конструкция долот режуще-скалывающего действия (РDС). Типоразмеры долот РDС. Область применения. Достоинства и недостатки.

8. Конструкция алмазных долот. Типоразмеры алмазных долот. Область применения. Достоинства и недостатки.

9. Опорно-центрирующие элементы: калибраторы, центраторы. Конструкция, функции и область применения.

ОЦЭ входят в состав БК и КНБК и призваны поддерживать заданный диаметр ствола скважину и центрировать колонну относительно неё. Также центраторы применяются для достижения различных компоновок низа бурильной колонны.

10. Калибраторы, расширителя и бицентричные долота. Конструкция, функции и область применения.

11. Бурильная колонна: назначение, условия работы. Конструкция и функции элементов бурильной колонны.

Факторы определяющие работу БК:

-величина и характер действительных нагрузок

-коррозионное воздействие бурового раствора

-абразивное воздействие стенок скважины

-колебательные процессы и резонансные явления в бурильной колонне

В процессе бурения бурильная колонна подвергается действию статических, динамических и переменных(в том числе циклических) нагрузок

12. Бурильные трубы: конструкция, типоразмеры бурильных труб.

Различают 4 типа бурильных труб:

1). С высаженными концами;

2). С высаженными концами и коническими стабилизирующими поясками;

3). с приварными соединительными концами;

4).Легкосплавные .

13. Ротор буровой установки: назначение, конструкция, основные технические характеристики.

Ротор – это своеобразный редуктор с конической зубчатой передачей, передающей вращение вертикально расположенной колонне бурильных труб от горизонтального вала трансмиссии.

Основные функции ротора:

1) передача вращения с горизонтального вала трансмиссии на вертикальную бурильную колонну при одновременной подаче бурильной колонны на забой.

2) для восприятия всех нагрузок, возникающих в процессе бурения и передачи их на основание буровой.

3) для восприятия реактивного момента корпуса забойного двигателя, доходящего до устья скважины.

Ротор служит также для полного или частичного поддержания БК на весу с помощью элеваторов или клиньев.

Диаметр отверстия в столе ротора определяет максимальный диаметр долота, которое может быть пропущено через него. В центральное отверстие вставляют вкладыши, в которые вводят зажимы для ведущей трубы.

Технические характеристики: тип ротора, диаметр отверстия в столе, допускаемая статическая нагрузка на стол ротора, максимальная частота вращения, мощность, передаточное число конической пары, габариты, масса, базовое расстояние (расстояние от середины цепного колеса до центра стола ротора)

14. Турбобур: история создания, конструкция, основные технические характеристики, область применения.

История развития турбинного способа бурения начинается в 1923 г., когда в СССР М.А. Капелюшниковым, С.М. Волоховым и Н.А. Крнеевым был изобретен, изготовлен и применен на практике одноступенчатый редукторный турбобур. Долговечность маслонаполненного зубчатого редуктора была низкой. Турбобур Капелюшникова в среднем работал 10 ч до отказа. Тем не менее этот турбобур в течение 10 лет успешно конкурировал с начинающим развиваться роторным способом бурения.

Началом нового этапа в развитии конструкций турбобуров явилось создание в 1934-1935 гг. в ЭКТБ (Экспериментальной конторе турбинного бурения Азнефти) советскими инженерами П.П. Шумиловым, Р.А. Ионнесяном, Э.И. Тагиевым и М.Т. Гусманом безредукторного турбобура с многоступенчатой турбиной. Принципы, заложенные в эту конструкцию, стали основной для дальнейшего развития турбобуростроения, а теоретические разработки и положения авторов безредукторного многоступенчатого турбобура позволили создать современную теорию турбиного бурения.

Турбобуры относятся к гидротурбинным забойным двигателям (ГТЗД), которые характеризуются следующими особенностями:

 рабочий орган турбобура выполнен в виде многоступенчатой осевой турбины, имеющей лопатки статора и ротора, обтекаемые непрерывным потоком жидкости;

 взаимодействие между лопатками турбины и жидкостью носит гидродинамический характер, т.е. гидравлические силы, вращающие ротор, возникают в результате изменения величины и направления скорости движения жидкости между лопатками;

 подвижная часть ГТЗД – ротор, совершает простое вращательное движение, концентрично оси турбобура.

Современный турбобур состоит из корпуса, вала, многоступенчатой турбины, радиальных и осевых опор, других узлов и деталей

Сегодня турбобуры применяются при бурении верхних интервалов скважин с трехшарошечными долотами с негерметизированными опорами, с долотами, оснащёнными алмазно-твердосплавными пластикатами (АТП), а также при использовании высокооборотных алмазных долот

15. Винтовой забойный двигатель: история создания, конструкция, основные технические характеристики, область применения.

Впервые идея создания ВЗД на базе многозаходного винтового героторного механизма была предложена в Пермском филиале ВНИИБТ в начале 60х годов. В 1966 году идея была запатентована.

ВЗД – гидравлический забойный двигатель, рабочий орган которого выполнен в виде винтовой пары, состоящей из статора и ротора. Рабочий орган ВЗД имеет рабочие камеры, периодически сообщающиеся с входом или выходом, при этом жидкость под давлением периодически наполняет каждую камеру или вытесняется из нее;

• гидравлические силы возникают в рабочем органе в результате действия перепада давления и почти не зависят от скорости движения жидкости в камерах;

• подвижная часть – ротор, совершает сложное вращательное движение, эксцентричное к оси двигателя.

Винтовой забойный двигатель состоит из трёх основных узлов: винтовой пары, опорного узла и узла трансмиссии

Винтовая пара, являющаяся рабочим органом ВЗД, состоит из статора и ротора. Статор, называемый наружным элементом, является неподвижной корпусной деталью винтовой пары. Он имеет стальной трубчатый корпус и эластичную обкладку, выполненную из резины, с внутренней винтовой поверхностью. Ротор, называемый внутренним элементом, является вращающейся деталью винтовой пары. Он представляет собой стальной винт с износостойкой рабочей поверхностью. В шпиндельной секции установлена многоступенчатая осевая опора, через которую передаётся нагрузка на долото.

Винтовые забойные двигатели предназначены:

• для бурения наклонно-направленных, глубоких, вертикальных, горизонтальных и других скважин, а также для капитального ремонта скважин;

• для разбуривания песчаных пробок, цементных мостов, солевых отложений и т.д.

16. Керноотборный снаряд: конструкция, область применения.

Конструкция стоит из:

Верхнего переводника, подшипниковой подвески, корпуса снаряда, керноприемной трубы, нижнего переводника, кернорвателя и бурголовки

Основной целью керноотборного снаряда является получение цилиндрических образцов горных пород, которые позволяют детально изучать их физические и химические свойства. Эти образцы служат основой для геологических и геофизических исследований.

Керноотборный снаряд обычно состоит из нескольких секций длиной 7–8 м, что позволяет отбирать керн значительной длины (до 50 м и выше). В зависимости от типа снаряда получают керн разного диаметра и длины

Выпускаются керноотборные снаряды типа «Недра», «Кембрий», «Силур», «Тенгиз» диаметром 100-240 мм и диаметром отбираемого керна 52-101 мм.

• "Недра" для не осложненных условий бурения скважин;

• "Кембрий" для условий бурения в рыхлых слабосцементированных и трещиноватых горных породах;

• "Силур" для бурения в осложненных осыпями и обвалами условиях;

• «Тенгиз»для бурения в условиях, осложненных нефтегазопроявлениями и поглощениями промывочной жидкости в породах с высокими коллекторскими свойствами.

17. Способы бурения: режимные параметры, принципы выбора способа бурения.

Способы бурения:

• Ударный

• Роторный

• Бурение ГЗД (турбобур или ВЗД)

• Комбинированный

Параметры режима бурения:

• Осевая нагрузка на долото

• Частота вращения долота

• Расход бурового раствора

Выбор способа бурения проходит на основании данных о:

• Горно-геологические условиях

• Конструкции скважины

• Вид профиля скважины

• Доступность ремонтных баз

• Мощности и состоянии буровых насосов

• Забойной температуры

• Виде и параметрах бурового раствора

• Наличии и виде осложнений

18. Роторный способ бурения: область применения, преимущества и недостатки.

Область применения:

• Бурение вертикальных скважин

• При использовании тяжёлых буровых растворов

• Бурение интервалов поглощений

• «Горячие» скважины

• Разбуривание мощных толщ глин, где требуется увеличенный расход бурового раствора и значительный гидромониторный эффект

• Бурение поисковых и разведочных скважин (отсутствие ремонтных баз)

Преимущества:

• Возможность независимого регулирования Pд и n – хорошая оптимизация бурения

• Большая проходка на долото

• Меньше опасность затяжек и прихватов, точнее определяется нагрузка на долото

Недостатки:

• Большие силы трения колонны о стенки скважины, приводят к значительной потере мощности и ускоряют износ БТ

• Более высокие требования к буровому оборудованию

• Большая вероятность потери устойчивости буровой колонны

• Низкая механическая скорость проходки

• Необходимы высокопрочные стальные трубы

19. Бурения винтовым забойным двигателем: область применения, преимущества и недостатки.

ВЗД – гидравлический забойный двигатель, рабочий орган которого выполнен в виде винтовой пары, состоящей из статора и ротора. Ротор ВЗД совершает сложное эксцентричное движение.

Область применения:

• Бурение с использованием высокомоментных шарошечных и алмазных долот типа PDC

• Бурение бурения наклонно-направленных, вертикальных, горизонтальных скважин, а также для капитального ремонта скважин

• Бурение боковых стволов

• Бурении аэрированными буровыми растворами, пенами и газами

• Бурение интервалов поглощения с использованием тампонирующих наполнителей в буровом растворе

Преимущества:

• Высокая механическая скорость проходки

• Возможно использование недорогих стальных и алюминиевых труб

• Возможность контроля режимов бурения по давлению на выходе насосов

• Позволяют бурить скважины с большим отходом от вертикали

Недостатки:

• Проходка на долото меньше

• Большие требования к буровому раствору, плотность ограничена до 1,8

• Невозможность бурения с раствором на углеводородной основе из-за износа эластомера

20. Турбинное бурение: область применения, преимущества и недостатки

Область применения:

• Бурение наклонных и вертикальных скважин шарошечными и алмазными

долотами истирающего типа

• Бурение «горячих» наклонных скважин

• Верхние интервалы скважин с многоколонной конструкцией (РТБ)

Преимущества:

• Вращается только долото, в следствии чего маловероятны поломки БТ.

• Возможность использования недорогих стальных и алюминиевых труб

• Высокая частота вращения (от 400 до 1200 об/мин)

• Перепад давления не зависит от режима работы

• Высокая механическая скорость проходки

Недостатки:

• Ограниченная плотность бурового раствора

• Требуется качественная очистка бурового раствора от шлама

• Чем выше крутящий момент, тем ниже частота вращения

• Ограниченный расход и осевая нагрузка

• Высокий износ долот

21. Технико-Экономические показатели строительства скважины

Средняя механическая скорость бурения

Рейсовая скорость бурения

Техническая скорость бурения

Коммерческая скорость бурения

Стоимость метра проходки скважины

L – глубина скважины, м

H – проходка на долото, м

V_cp — средняя механическая скорость бурения, м/ч

v_p - рейсовая скорость бурения, м/ч

v_T - техническая скорость бурения, м/ч или м/станко-мес

v_K - коммерческая скорость бурения, м/станко-мес

v_П - полная скорость бурения, м/станко-мес

t_Б — продолжительность бурения скважины, час

t_СПО — продолжительность СПО, час

t_ОСН - продолжительность всех производительных работ, кроме предусмотренных t_Б и t_СП, час

t_Н - продолжительность непроизводительного времени, час

t_ПР – время прочих работ, час

S_1Ч – стоимость 1 часа работы буровой бригады, руб/ч

S_д – стоимость долота, руб

22. Основные функции бурового раствора. Типы буровых растворов, область применения

Основные функции:

• Предотвращение поступления газа, нефти, воды в скважину из пластов

• Очистка забоя и ствола скважины от шлама горной породы

• Обеспечение устойчивости стенки ствола скважины

• Очистка и охлаждение долота

• Обеспечение качественного вскрытия продуктивного пласта

• Улучшение условий разрушения горной породы долотом

• Снижение сил трения бурильной колонны со стенкой скважины

• Обеспечение работы гидравлических забойных двигателей

• Выполнение функции гидравлического канала связи телесистемы

• Обеспечение проведения геофизических исследований

• Закупоривание (кольматация) проницаемого пласта

Типы буровых растворов:

• Вода

• Водные растворы солей

• Водные дисперсные системы на основе: твёрдой фазы (меловые), жидкой дисперсной фазы (эмульсии), выбуренных горных пород (естественные промывочные жидкости)

• Дисперсные системы на углеводородной основе

Область применения:

• При бурении в хемогенных отложениях применяют соленасыщенные глинистые растворы, гидрогели;

• В случае возможного осыпания и оползней стенок скважины — ингибированные растворы;

• При воздействии высоких температур — термостойкие глинистые растворы и растворы на углеводородной основе;

• При бурении в условиях, характеризующихся аномально высокими давлениями, применяют утяжелённые буровые растворы;

• В неосложнённых условиях — техническую воду, полимерные безглинистые и полимер-глинистые растворы с низким содержанием твёрдой фазы.