Ответы по бурению

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

При колонковом бурении для разрушения породы применяются алмазы и твердые сплавы, закрепляемые в коронки, и дробь, засыпаемая на забой под коронку. Различают бурение алмазное, твердыми сплавами и дробовое.

В колонковом бурении возможно также применение гидроперфоратора, при помощи которого разрушение породы производится частыми ударами по коронке, вооруженной резцами из твердых сплавов, с одновременным вращением коронки. Это – комбинированный способ разрушения породы на забое.

Вращательное, в том числе и колонковое бурение обычно ведется с промывкой забоя. При этом продукты разрушения породы (шлам) выносятся на поверхность восходящим потоком жидкости. При ударном канатном бурении очистка забоя производится специальным инструментом – желонкой – уже после того, как порода разрушена долотом.

Для проходки неглубоких скважин применяется вибробурение – углубление скважины путем уплотнения породы под действием осевых и вибрационных нагрузок.

Наконец, по виду применяемой энергии различают бурение ручное и бурение механическое.

13

Керн — образец горной породы, извлеченный из скважины посредством специально предназначенного для этого вида бурения. Часто представляет собой цилиндрическую колонку (столбик) горной породы достаточно прочной, чтобы сохранять монолитность.

В большинстве случаев отбор керна производится при бурении породы полой стальной трубой, которая называется колонковой, а само бурение с отбором керна - колонковым. Внутри колонковой трубы находится керноприёмник (пробоотборник). Керноприемник состоит в основном из головки, керноприёмной трубы и кернорвателя. Керноприёмники разнообразны, так как приходится отбирать керн различных пород в различных условиях. Разбуривание породы при отборе керна происходит по кольцу и керноприемник как бы наползает на образующийся внутри кольца столбик породы. Образцы керна забираются в трубу в относительно неповреждённом состоянии. Разрушенная порода (шлам), не попавшая в керноприемник, выносится на поверхность промывочной жидкостью или сжатым воздухом (газом), нагнетаемым в скважину буровым насосом или компрессором. Керн заклинивают, отрывают от забоя и поднимают на поверхность. После изъятия керна из трубы, он расскладывается в керновые ящики в строгой последовательности нахождения его в геологическом разрезе скважины. Весь поднятый керн детально описывается и передается на хранение в кернохранилище. В дальнейшем керн исследуется и анализируется (химический, спектральный, петрографический и другие анализы) в лаборатории с помощью различных методов и на различном оборудовании, в зависимости от того, какие данные должны быть получены. Обычно при анализе используется небольшая часть керна. По истечение определенного времени согласно руководящим документам часть керна, не имеющая существенного значения, сокращается (ликвидируется). [1]

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В последние годы керн при бурении для лучшей сохранности отбирается (попадает) в пластиковые или алюминиевые трубы (контейнеры). После извлечения из бурового инструмента эти трубы (контейнеры), заполненные керном, для удобства режутся на отрезки, обычно метровой длины. Для детальных исследований эти отрезки в свою очередь разрезаются вместе с керном пополам вдоль оси, как представлено на фотографии.

Выход керна определяют в процентах к пробуренному метражу. 100%-ный выход керна позволяет с полной достоверностью изучать горные породы, пересечённые буровой скважиной, и определять запасы полезного ископаемого.

[править] Информационная ценность образцов керна

Отбор керна с научной целью начался как метод исследования океанического дна. Вскоре метод был освоен для исследования озёр, ледников, почвы и древесины. Керны, взятые с очень старых деревьев, дают информацию об их годичных кольцах, при этом не требуется спиливать дерево.

По керну можно судить об изменении климата, геодинамической обстановке, видах фауны и флоры, существовавших в определенную геологическую эпоху, а также об осадочном строении земной коры. Динамические явления на поверхности Земли в большинстве областей цикличны, особенно это касается температуры и выпадения осадков.

Существует много способов датировки керна. После датировки можно получить ценную информацию об изменении климата и ландшафта. Например, образцы керна, взятые со дна океана, из недр земли и ледников полностью изменили наше понимание геологической истории плейстоцена.

17

Различают физические и химические свойства бурового раствора. Физические свойства делятся на термодинамические, теплофизические, коллоидно-реологические, фильтрационные и электрические (рис. 6.1). Термины, характеризующие эти свойства, и их определения приведены в табл. 6.1.

Основные параметры буровых растворов

Плотность (ρ, г/см3) – это отношение массы бурового раствора к его объему. Различают кажущую и истинную плотности. Первая характеризует раствор, выходящий из скважины и содержащий газообразную фазу, а вторая – раствор без газообразной фазы.

Условная вязкость (Т, сек) – величина, определяемая временем истечения из стандартной воронки 500 см3 бурового раствора и характеризующая подвижность бурового раствора.

Статическое напряжение сдвига (СНС, мгс/см2) - величина, определяемая минимальным касательным напряжением сдвига, при котором начинается разрушение структуры бурового раствора в покое. СНС характеризует прочность тиксотропной структуры и интенсивность упрочнения ее во времени.

Фильтрация (Ф, см3/30 мин) - величина, определяемая объемом дисперсной среды, отфильтрованной за 30 минут при пропускании бурового раствора через бумажный фильтр ограниченной площади.

Показатель фильтрации косвенно характеризует способность бурового раствора отфильтровываться через стенки ствола скважины.

Коэффициент трения (Ктр) – величина, определяемая отношением силы трения между двумя металлическими поверхностями в среде бурового раствора к прилагаемой нагрузке.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Коэффициент вспенивания - это величина, определяемая отношением объема вспененного раствора к объему исходного раствора.

Толщина фильтрационной корки (К, мм) – фильтрационная корка образуется в результате отфильтровывания жидкой фазы бурового раствора через пористую систему.

Концентрация водородных ионов, определяемая величиной рН, характеризует щелочность бурового раствора. Чем больше рН, тем щелочность выше.

Статическое напряжение сдвига характеризует усилие, которое требуется приложить, чтобы вывести раствор из состояния покоя.

Стабильность характеризует способность раствора удерживать частицы во взвешенном состоянии. Она определяется величиной разности плотностей нижней и верхней половин объема одной пробы после отстоя в течении 24 ч. Для обычных растворов ее величина должна быть не более 0,02 г/см3, а для утяжеленных - 0,06 г/см3.

Суточный отстой - количество воды, выделяющееся за сутки из раствора при его неподвижном хранении. Для высокостабильных растворов величина суточного отстоя должна быть равна нулю.

Содержание песка - параметр, характеризующий содержание в растворе частиц (породы, не разведенных комочков глины), не способных растворяться в воде. Его измеряют по величине осадка, выпадающего из бурового раствора, разбавленного водой, после интенсивного взбалтывания. В хорошем растворе содержание песка не должно превышать 1 %.

21

ТАМПОНАЖНЫЕ ЦЕМЕНТЫ И РАСТВОРЫ

Способность тампонажных цементов после затворения водой к структурообразованию и твердению (превращению в камень) обусловила их применение для цементирования скважин.

Применительно к портландцементу (который используют в качестве тампонажного цемента для «холодных» и «горячих» скважин) первой стадией структурообразования является возникновение коагуляционной структуры исходных частиц цемента и гидратных новообразований. На второй стадии развивается сплошная рыхлая кристаллизационная структура гидроалюмината, которая обычно разрушается при перемешивании раствора. Третья стадия — это образование кристаллизационной структуры гидросиликатов.

При затворении цемента водой сначала происходит растворение его небольшой части, вступающей в химическое взаимодействие с водой, до насыщения. Затем наступает период коллоидации, характеризующейся высокой дисперсностью частиц цемента, — период собственно схватывания (коагуляционного структурообразования), переходящего в собственно твердение (период кристаллизации) раствора при переходе системы из менее устойчивого состояния в более устойчивое.

Природа сил, обусловливающих прочность тампонажного камня, имеет разные толкования, основанные как на кристаллизационной, так и на коллоидно-химической теории. В первом случае она объясняется срастанием кристаллов в местах контактов за счет ионно-химических связей, а во втором — сцеплением частиц благодаря ван-дер-ваальсовым поверхностным силам.

Процесс структурообразования вяжущих веществ проходит в два этапа.

Результатом первого этапа является получение коагуляционной структуры частиц и гидратных новообразований. Пластическая прочность структуры к этому моменту низка, темп нарастания ее медленный и зависит от связывания воды, степени диспергирования цемента в воде и накапливания гидратных новообразований. Такая система тиксотропна, и связь между частицами в ней обеспечивается через гидратные оболочки, которые отделяют их друг от друга. После механического разрушения системы связь восстанавливается.

Второй этап характеризуется возникновением и развитием кристаллизационной структуры гидратов цементных минералов. Поверхность частиц увеличивается, возникают молекулярные связи между ними. Этот процесс характеризуется интенсивным нарастанием прочности структуры. Формируется непосредственная связь между частицами, которая отличается высокой прочностью и необратимым характером разрушения (например, при запоздалом продавлении раствора). Существенное влияние на процесс твердения цементного раствора оказывают температура и давление. С их увеличением ускоряется гидратация, изменяется растворимость твердых веществ в жидкой фазе, изменяется также фазовый состав продуктов гидратации цементов, шлаков и других вяжущих материалов.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В заколонном пространстве может сложиться такая ситуация, при которой одновременное перемешивание тампонажного раствора и изменение температуры приведут к схватыванию и твердению цементного раствора отдельными зонами. Картина примет еще более мозаичный характер, если учесть действие повышенного водоцементного отношения и изменяющуюся концентрацию реагентов-структурообразователей.

Если при нормальных условиях добавляемый песок является практически инертным наполнителем, то при повышенных температурах кварц становится активным и взаимодействует с составляющими цемента.

Кварц, растворяясь в воде при нагревании и под давлением, вступает в реакцию с известью; на этом принципе основано производство песчаноизвестковых кирпичей. Скорость этой реакции в значительной степени зависит от удельной поверхности кварца.

Общепризнанная теория природы процессов гидратационного структурообразования и твердения шлаковых растворов в настоящее время отсутствует.

Взаимодействие шлаков с водой сопровождается комплексом процессов, включающих адсорбцию, ионный обмен, выщелачивание, гидролиз, гидратацию и другие, в результате которых происходят деструкция исходных фаз и возникновение новых.

При нормальной температуре как комовые, так и гранулированные шлаки даже при наиболее благоприятных химическом и фазовом составах почти не проявляют вяжущих свойств. При введении в раствор щелочных соединений гидроксидов натрия, кальция, калия происходят дальнейшие гидролиз и гидратация. Кроме щелочной активации шлаков на практике применяют еще сульфатную, а также комбинированную. Обычно в качестве щелочных активаторов используют известь и портландцемент, а в качестве сульфатных — гипс и ангидрит.

Мощное средство пробуждения гидравлической активности доменных шлаков — повышение температуры.

Добавки кварцевого песка при высоких температурах в значительной степени интенсифицируют гидратацию шлака с образованием низкоосновных высокопрочных гидросиликатов. Шлакопесчаные растворы при высоких температурах и давлениях дают плотные и прочные камни, очень стойкие в агрессивных средах.

Твердение тампонажного камня в условиях циклического температурного воздействия (скважины с термическим воздействием на пласты) характеризуется существенным изменением их физикомеханических свойств.

Тепловая обработка значительно интенсифицирует процессы гидратации и твердения. Результаты исследований показывают, что в среде пара процессы гидратации и роста кристаллогидратов протекают интенсивнее, чем в воде.

22

Основные технологические параметры ТР

Цементным тестом называется смесь цемента с водой. Цемент перед испытанием просеивается через сито 80 мкм.

Водо-цементное отношение – В/Ц – отношение объема воды к весу цемента.

Тесто готовится вручную в сферической чаше в течение 3 минут или на специальных мешалках 5 минут.

1.Растекаемость, см – определяет текучесть (подвижность) цементного раствора.

2.Плотность, г/см3 – отношение массы цементного раствора к его объему.

3.Фильтрация или водоотдача, см3 за 30мин – величина, определяемая объемом жидкости затворения, отфильтрованной за 30 минут при пропускании цементного раствора через бумажный фильтр ограниченной площади под давлением 1 атм.

4.Седиментационная устойчивость цементного раствора – определяется водоотделением, т.е. максимальным количеством воды, способным выделиться из цементного раствора в результате процесса седиментации.

5.Время загустевания (час - мин, начало-конец) – время потери текучести.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

5.Сроки схватывания (час - мин, начало-конец) – определят время перехода цементного раствора в твердое состояние цементного камня.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

31

http://www.vevivi.ru/best/Primenenie-modulei-geofizicheskikh-issledovanii-skvazhin-i-metodika- obrabotki-dannykh-v-protsesse-bureniya-ref12408.html

Задачи скважинных измерений телесистемами

Задачи скважинных измерений системами, использующими каналы связи забой - устье, можно разбить на три основные группы:

оперативный технологический контроль за режимом бурения скважин с целью его оптимизации;

2)контроль направления бурения скважин с целью управления процессом направленного бурения по заданной траектории;

3)литологическое расчленение геологического разреза скважины, исследование параметров пластов, не искаженных проникновением фильтрата промывочной жидкости в пласт, выделение пластов-коллекторов, прогнозирование зон аномальных пластовых давлений.

Имея с забоя данные о частоте вращения долота и истинной осевой нагрузке на долото, можно поддерживать режим таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная механическая скорость проходки, следить за износом долота, не допуская критических режимов его работы.

Всвязи с все возрастающими объемами кустового, направленного и горизонтального бурения (в том числе для охраны окружающей среды), весьма актуальной становится проблема контроля за направлением ствола скважины в процессе ее бурения, проблема возможности управления этим процессом по намеченной программе. Комплекс измерительных датчиков контроля направления ствола скважины должен состоять из датчиков измерения угла наклона скважины, ее азимута. Для управления процессом направленного бурения измерительную систему оборудуют также датчиком положения отклонителя. Описанные две группы датчиков могут быть объединены в одной телеизмерительной системе для оптимизации процесса бурения скважин наклоннонаправленного и горизонтального бурения.

Вряде случаев целесообразно в качестве дополнительной информации с забоя иметь данные о расходе промывочной жидкости с целью определения герметичности замковых соединений бурильного инструмента, изучения режима очистки забоя от шлама; целесообразно также измерять температуру на забое с целью изучения теплового режима бурения скважины.

Очень информативным параметром бурения является вибрация бурильного инструмента. Она характеризует как процесс разрушения горных пород, так и свойства разбуриваемых пластов (упругие характеристики, литологический состав и др.).

Измерение геофизических параметров в процессе бурения скважин позволяет получить сведения о литологическом составе и удельных электрических сопротивлениях пластов, не затронутых проникновением фильтрата промывочной жидкости в пласт, что дает возможность надежно выделять продуктивные горизонты, исключая их пропуск, а по изменению характеристик пластов

— прогнозировать приближение зон аномально высокого или аномально низкого пластовых давлений, границ продуктивного пласта. Кроме того, наличие в измерительном комплексе геофизических зондов различной глубинности обеспечивает возможность измерений параметров пластов с целью изучения динамики образования зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости в призабойной зоне.

Измерение естественной радиоактивности горных пород, окружающих скважину, как правило, дает возможность провести литологическое расчленение разреза и в комплексе с электрическими

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

-гидравлический канал связи является естественным каналом связи, так как в нем в качестве канала связи используется столб бурового раствора в бурильной колонне, а следовательно, не требуется дополнительных затрат на организацию канала связи;

-гидравлический канал связи обладает большой дальностью действия.

3. Электромагнитный (беспроводный) канал связи

Беспроводной электромагнитный канал связи использует колонну бурильных труб в качестве одного из проводов линии передачи, по простоте конструкции глубинных и наземных устройств, пропускной способности является наиболее перспективным при организации устойчивой связи забой-устье при турбинном и роторном бурении скважин (рис. 2.4).

4 Проводной канал связи

Проводной канал связи имеет следующие преимущества перед всеми известными каналами связи:

-максимально возможная информативность: быстродействие, многоканальность, помехоустойчивость, надежность связи;

-отсутствие забойного источника электрической энергии и мощного передатчика;

-возможность двухсторонней связи;

-возможность подачи значительной электрической мощности для привода забойных механизмов (управляемого отклонителя, нагружателя и др.);

-возможность использования при работе с продувкой воздухом и с использованием аэрированного бурового раствора;

-отсутствие зависимости от удельного сопротивления горных пород.

4. Комбинированный канал связи

Комбинированный канал связи это сочетание различных по своей физической сущности каналов связи скважинного прибора с наземной регистрирующей и обрабатывающей аппаратурой. Структурная схема комбинированного канала связи показана на рисунке

32

Станция геолого-технологических исследований нефтегазовых скважин "СИРИУС"

Назначение: проведение геологических, геохимических и технологических исследований.

Область применения: процесс бурения нефтегазовых скважин для автоматизированного сбора и оперативной обработки и интерпретации технологической и геолого-химической информации.

Технология интегрированных исследований реализована на основе единого аппаратнопрограммного комплекса "СИРИУС" (Система Измерения, Регистрации Информации и Управления), включающего станцию ГТИ с геологической кабиной, забойную телеметрическую систему и аппаратурно-методический автономный комплекс "АМАК" для геофизических исследований горизонтальных скважин.

Компьютеризированная станция геолого-технологических исследований нефте-газовых скважин "СИРИУС" предназначена для автоматизированного сбора, обработки, отображения, документирования и интерпретации технологической и геологической информации в процессе проводки вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин на нефть и газ. Решаемые задачи:

• Геологические:

- литологическое расчленение разреза;

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

-выделение пластов-коллекторов;

-определение характера насыщения пластов-коллекторов;

-оценка фильтрационно-емкостных свойств пластов-коллекторов;

-выявление реперных горизонтов.

• Технологические:

-раннее обнаружение газонефтеводопроявлений и поглощений при бурении;

-оптимизация процесса углубления скважины;

-выбор и поддержание рационального режима бурения с контролем отработки долот;

-контроль гидродинамических давлений в скважине;

-контроль пластовых и поровых давлений, прогнозирование зон АВПД и АВПоД;

-диагностика предаварийных ситуаций в реальном масштабе времени.

• Информационные задачи:

- передача по требованию заказчика получаемой информации по каналам связи, сбор, обработка и накопление геолого-технологической информации в базе данных для ее дальнейшего использования.

В состав станции ГТИ входят:

Вагон на шасси автомобиля или вагон-прицеп с полным комплектом бытового оборудования и средств жизнеобеспечения.

Комплект датчиков технологических параметров бурения. Выносной пульт бурильщика.

Аппаратура газового анализа. Комплект геологических приборов.

Аппаратура реального времени «on line» с программным обеспечением. Аппаратура автономного режима работы «off line» с программным обеспечением. Комплект соединительных кабелей.