Бурение нефтяных и газовых скважин лекции + ответы экзамену

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вопрос №18 Конструкция шарошечных долот. Правила эксплуатации и отработка.

Изобретение шарошечного долота внесло переворот во вращательное бурение. Это наиболее применяемый тип долот при бурении сплошным забоем. Отличается от других типов долот следующим:

1)Меньшей площадью контакта рабочих элементов с забоем, но большим числом рабочих кромок, что значительно повышает эффективность разрушения горной породы;

2)Шарашки долота перекатываются по забою, т.е. вращающий момент меньше, как и износ. Все шарошечные долота выпускаются по госту: ГОСТ 20962-75. Могут быть одношарошечные,

двухшарошечные и трехшарошечные. Основные элементы долота:

1)Лапа. Лапы могут быть сварены меж собой или изготавливаться едиными. На лапу путем комбинации шарикоподшипников крепится шарошка;

2)Присоединительная резьба;

3)Промывочные каналы; Шарошка является основным породоразрушающим элементом долота. Долота могут быть:

1)одно, двух и много шарошечные;

2)корпусные, без корпусные и секционные.

Ряд зубьев называется венцом, они нумеруются от центра начала шарошки. Последний ряд называется периферийным. Нумерация шарошки: 1 – называется шарошки, у которой на первом венце наименьшее количество зубьев. Затем мысленно вращаем по часовой стрелке, которая за ней та 2 и т.д.

У фрезерованных долот зубья формируются путем штамповки или фрезерования, а у долот с зубковым вооружением закрепляются закладные зубки или штыри методом сверления и запаивания.

Промывочные каналы могут быть просто каналами – это отверстие в долоте и могут иметь гидромониторные насадки (эти насадки выполнены из твердого керамического сплава, имеют значительно меньший диаметр, чем промывочные каналы и при определенном расходе скорость истекающей струи скорость достигает 100 м/с и дополнительно разрушает породу).

Схема работы долота:

Долото спущено на забой. Забойный двигатель или колонна труб крутит его вправо, весом бурильной колонны создается нагрузка и шарошки, перекатываясь по забою, разрушают горную породу, причем долото, расположение шарошек и число рабочих венцов сконструировано так, что при каждом обороте зубья шарошек будут все время попадать на разные участки забоя, разрушая все время свежий участок.

Существуют схемы, по которым оси шарошек пересекаются с осью долота и шарошки перекатываются по забою без скольжения, и существуют схемы, при которых оси шарошек смещены относительно оси долота, при такой схеме шарошки долота перекатываются со скольжением, этот вариант наиболее эффективен.

Типы долот:

1)СТ, Т, ТЗ, ТК, ТКЗ, ОК; 2)М, МЗ, МС, МСЗ, С, СЗ. (см. таблицу, которую он выдал.)

Опора шарошки.

Опора шарошки в зависимости от типа долот конструируется из различных сочетаний шариковых, роликовых и подшипников скольжения. Опора является наиболее ответственным узлом долота, от которого зависит долговечность работы долота. Осевые нагрузки узлом передаются на лапу, а затем на корпус долота (радиальные же нагрузки выше осевых). Для улучшения работы опор в полость шарошки водится консистентная смазка, она улучшает условия работы подшипника, уменьшает силу трения и служит для улучшения теплоотдачи. Во избежание попадания бурового раствора в полость шарошки, она герметизируется. Сейчас разработаны и применяются долота с

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

компенсатором давления – это устройство защищает шарошку от попадания в нее бурового раствора.

Между шарошкой и цапфой находятся подшипники. Смазка подшипников осуществляется двумя способами: 1. Буровым раствором, тогда у шарошки имеются отверстия; 2. Маслом, тогда опора герметизируется и устанавливаются уплотнители, в лапе имеются каналы, по которым масло поступает в подшипники.

Промывка.

Является необходимым условием бурения. Промывка вымывает разрушенную породу или шлам, охлаждает и отчищает элементы долота.

Существует две системы промывки: 1)Центральная; 2)Гидромониторная.

Центральная система применяется в долотах для разбуривания твердых и очень твердых пород, представляет из себя конусный подводящий канал к центральным промывочным отверстиям.

Существует еще одна система – гидромониторная. На боковых частях долота имеются отверстия, в которые вставляются гидромониторные насадки(из твердых сплавов), резко повышающие скорость струи, они работают под некоторыми углами, струи попадая на забой, за счет высокой скорости истечения разрушают породу, помогая долотам разрушать породу. Для промывки очень важно чтобы частица как только отделится от основной породы была подхвачена потоком и унесена в кольцевое пространство, поэтому наклонное расположение насадок помогает создать касательные и боковое движение струй. Скорость истечения жидкости из насадок колеблется в интервале от 80 до 100 м/с. Насадки изготавливаются из металлокерамики. В шифре долот с гидромониторной промывкой ставится буква «Г», например III 215,9 ГМУ – 3 шарошки, диаметр

долота 215,9 мм, Г – боковая гидромониторная промывка, МУ – уплотненная маслонаполненная опора, для низкооборотного бурения на одном подшипнике. Могут стоять буквы обозначающие тип породы, для разбуривания которой предназначено это долото.

Также Ц – центральное расположение промывочных и продувочных отверстий. Г – с боковой гидромониторной промывкой. ЦГ – с комбинированной промывкой. П – центральной продувкой газом. ЦП – с боковой продувкой газом. Опоры долота маркируются: В – опора долота со всеми телами качения, применяется при высоко оборотном бурении. Н – 1 подшипник скольжения, а остальные качения. А – 2 и более подшипника скольжения, А и В применяются при низкооборотном бурении. У – опора долота герметизированная и маслонаполненная.

Эксплуатация долот

Каждое долото имеет паспорт, прилагаемый заводом изготовителем. На буровой перед пуском проводится визуальный осмотр, определяется соответствие долота типу пород, которые предполагается разбуривать, производится контрольный замер наружного диаметра. Спуск долота на забой производится плавно без посадок и ударов. Долото прирабатывается 10-15 минут на забое при нагрузке 20-30% от нормальной (это необходимо для того, чтобы подшипники опор при малой

нагрузке приработались). Режим (нагрузка, расход промывочной жидкости, число оборотов) отработки долота, должен соответствовать типу и конструкции долота (он указан в паспорте долота). Шарошечные долота боятся металла на забое, поэтому необходима постоянная профилактика от металла на забое, это достигается:

1)спуск торцовых и магнитных фрез;

2)Установка в компоновке бурильной колонны приспособления называемый забойным металошламоулавителем (ЗМШУ) – представляет из себя патрубок с юбкой, т.е на трубе определенного диаметра наварена еще одна труба, так что бы образовывалось кольцевое пространство, устанавливается над забойным двигателем или первой трубой УБТ (струя жидкости с забоя подхватывает частицы металла, а проходя верхний конец юбки попадает в более широкий участок ствола, теряют свою скорость и металл выпадает в забойный металошламоулавитель).

Сейчас современные конструкторы работают над следующими улучшениями: 1)повышение прочности и износостойкости материалов, из которых изготовлены долота; 2)улучшение конструкции основных узлов, за счет точности изготовления;

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вопрос№25 Осложнение в процессе бурения. Виды осложнений и причины их возникновения.

Нарушение нормального процесса бурения, которые требуют без отлагательных и эффективных мер называется осложнением (О).

К О относятся:

1)Поглощение буровых и тампонажных растворов;

2)Осыпи и обвалы;

3)Газо-, нефте-, водопроявления;

4)Затяжки и посадки бурильных и обсадных труб;

5)Сдвижки ствола скважины;

6)Нарушение конфигурации ствола скважины (желоба). Осложнения зависят:

1)от горно-геологических условий и их изученности (чем более детально изучен разрез, тем

легче предотвратить те осложнения, о котором знаешь) (у геологоразведочных скважин больше осложнений, чем у эксплуатационных);

2)если ведение работ ведется в соответствии с проектом (выдерживаются режимы бурения, компоновки БК и параметры БР). Установлено, что число осложнений увеличивается с глубиной скважины. Осложнения лучше предупредить, чем ликвидировать. Запущенные осложнения часто переходят в аварию.

1.причины поглощения Б и ТР:

Поглощение обеспечивается наличием пор, каналов, трещин, пустот в проходимой скважиной породой и недостаточной устойчивостью (сопротивляемостью) проходимых пород к давлению столба жидкости в скважине, в результате может произойти ГРП и в щели может проникнуть жидкость.

Возможно еще случай прохождения пласта при бурении скважины с аномально низким пластовым давлением (АНПД).

2.Причины образования осыпей и обвалов:

Осыпи – это медленно текущий процесс нарушения ствола скважины из-за взаимодействия с

БР (происходит набухание некоторых пород), перепада давления или механического взаимодействия с БИ. Обвалы – это те же самые осыпи, только при этом больше материала горной породы вываливается, разрушатся.

В результате увлажнения циркуляционной жидкостью или ее фильтратом снижается предел прочности породы (глины, аргиллиты, глинистая слюда) и ведет к ее разрушению. Так же этому процессу может способствовать набухание. Проникновение свободной воды, которая содержится в большом количестве в БР, в пласт, затем набухание (глины, аргиллиты, глинистая слюда) и последует обрушение. Осыпи могут происходить в результате механического воздействия БИ. Так же могут привести тектонические силы, обуславливающих сжатие пород.

3.Причины ГНВП:

Наиболее серьезен из видов осложнений, т.к. не ликвидированные НГВП может переходит в неуправляемый открытый фонтан, на ликвидацию которого тратится много времени и средств, иногда эти фонтаны возгораются в результате разрушаются БУ и гибнут люди.

1)Когда гидростатическое давление + давление промывки меньше пластового давления; 2)во время стоянок, вызванных какими-л. причинами, т.е. когда не циркуляции исчезает

гидродинамическая составляющая и из пласта на забой начинает поступать пластовый флюид. Если простои не долгие и объем поступившего флюида относительно не велик, то ликвидируется вызовом циркуляции в скважине, вымывом через кольцевое пространство и сбросом в канализационную систему или котлован;

3)Когда внезапно вскрывается пласты с аномально высоким давлением.

Классический случай непредвиденного НГВП в следующей ситуации: месторождение может быть много пластовым, т.е. может быть несколько продуктивных горизонтов (разработка ведется снизу вверх). Допустим буровики успешно прошли первый продуктивный горизонт, бурят дальше, затем при бурении вскрывается поглощающий горизонт, в результате, происходит поглощение

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

промывочной жидкости, внезапное в больших объемах, запас бурового раствора в мерниках кончается, естественно бурение останавливается, при этом определяется какой-то статический уровень, т.е. появляется hстат, а так как он появился, то гидростатическая составляющая будет уже не ρgH, а ρg(H-hстат)<Pпл1 (меньше пластового давления первого продуктивного горизонта), и в этой

ситуации начинает работать первый продуктивный горизонт, будет НГВП.

6.Причины нарушения конфигурации ствола скважины (желобообразования):

Происходит преимущественно в мягких, рыхлых, не плотных породах, характерен для наклонно направленных скважин (-это скважина имеющая такой профиль, т.е. забуриваем с одной точки земной поверхности можно попасть в точку забоя, находящуюся на каком-то, от нее расстоянии).

желоба, как правило нарабатываются в местах перегиба профиля ствола скважины, т.е. большие углы перегиба, так же вырабатываются из-за того, что бурильный инструмент трется о нижележащую

стенку скважины и при движении вверх и вниз нарабатывает желоб, главную роль играет площадь контакта БТ с породой и масса единицы длины буровой колонны.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вопрос №31 Легкосплавные бурильные трубы. Область их использования.

Легко-сплавные бурильные трубы (ЛБТ)

Увеличение глубины скважины поставило задачу снижения нагрузки на крюке, были созданы трубы из легких сплавов – дюралюминия Д16Т, механические свойства этого сплава несколько ниже, чем у стали, но удельная прочность (отношение прочностных показателей к плотности материала) значительно выше всех групп сталей, из которых делаются стальные бурильные трубы. Вес одинаковых стальных труб и ЛБТ отличается в 2,5-2,7 раза, соответственно, длина бурильной

колонны из ЛБТ может быть значительно больше, чем из стальных труб (Кольская сверхглубокая скважина, пробуренная на глубину 12200м, большая часть этих метров пробурена с помощью ЛБТ).

Достоинства ЛБТ:

1)диамагнитность, т.е. они не магнитны, то с помощью них можно проводить различные геофизические исследования, в том числе и ориентацию;

2)способ изготовления очень высок;

3)внутренняя поверхность трубы очень гладкая. Недостатки ЛБТ:

1)Серийные ЛБТ могут работать при температуре до 150 градусов, конечно, созданы высокотемпературные ЛБТ, но они значительно дороже;

2)Плохо работают в агрессивных средах, особенно если показатель PH>10, т.е. среда щелочная,

алюминиевые трубы быстро изнашиваются; 3)Невозможность установки в них кислотных ванн.

ЛБТ применяют в структурном, разведочном и эксплуатационном бурении, а так же при капитальном ремонте скважин.

Выпускаются ЛБТ сборной конструкции (3.57, а) гладкие и с протекторным утолщением, беззамковой конструкции, а также для компоновки низа бурильной колонны с увеличенной толщиной стенки. ТБ – с внутренним утолщением (3.57, б); ТБП – с внутренним концевым утолщением и протекторным утолщением.

Область применения ЛБТ:

1)Бурение сверхглубоких скважин, более 3км;

2)Бурение наклонно-направленных скважин;

3)Для подземного и капитального ремонта;

4)Геологоразведочное бурение.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вопрос №34 УБТ и ведущие трубы, их назначение и конструкция.

Ведущие трубы.

Передают вращение от ротора к бурильным трубам. Состоят из толстостенной квадратной штанги, верхнего переводника для соединения с вертлюгом, и нижнего штангового переводника. Наиболее применяемые ведущие трубы имеют длину 14 метров, сторона квадрата 155мм, вес 1 метра трубы 133 кг (в справочнике такой квадрат будет обозначен условным размером 140мм). Верхним переводником (левая резьба) квадрат соединяется с вертлюгом, нижним (правая резьба) с бурильной колонной, поэтому при вращении по часовой стрелке все резьбы переводников работают на затяжку. Квадрат входит в ротор и за счет квадратных граней происходит зацепление и, соответственно, происходит передача крутящего момента. Так же сечение может быть шестигранным.

Могут быть сборной конструкции (два переводника и труба) и цельной.

Переводники для бурильных колонн

Предназначены для соединения элементов бурильной колонны. Это короткие патрубки с замковыми резьбари, возможны комбинации правой и левой резьбы, подразделяется на переходные (П), муфтовые (М), ниппельные (Н), предохранительные (ПР), изготавливается из марки стали 40ХН.

Утяжеленные бурильные трубы

Устанавливаются в нижнюю часть колонны для повышения жесткости, повышения устойчивости и создания нагрузки на долото. УБТ – это толстостенная труба с каналом круглого сечения. Наиболее применяемые УБТ изготавливаются по госту ТУ 14-385-79: диаметром 146, 178,

203 мм. Вес одного метра трубы в зависимости от диаметра и толщины стенки колеблется от 96,7 до 267,4 кг. Промышленность выпускает сбалансированные УБТ, т.е. у них нет биения при вращении, эксцентриситета. Соединяются: в верхней части имеется внутренняя замковая резьба, называемая муфтой, в нижней части наружная замковая резьба, называемая конусом. (рис.5.19)

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вопрос №35 НГВП при бурении скважин. Причины и признаки НГВП.

Наиболее серьезен из видов осложнений, т.к. не ликвидированные НГВП может переходит в неуправляемый открытый фонтан, на ликвидацию которого тратится много времени и средств, иногда эти фонтаны возгораются в результате разрушаются БУ и гибнут люди.

Причины НГВП:

1)Когда гидростатическое давление + давление промывки меньше пластового давления; 2)во время стоянок, вызванных какими-л. причинами, т.е. когда нет циркуляции, исчезает

гидродинамическая составляющая и из пласта на забой начинает поступать пластовый флюид. Если простои не долгие и объем поступившего флюида относительно не велик, то ликвидируется вызовом циркуляции в скважине, вымывом через кольцевое пространство и сбросом в канализационную систему или котлован;

3)Когда внезапно вскрывается пласты с аномально высоким давлением.

Классический случай непредвиденного НГВП в следующей ситуации: месторождение может быть много пластовым, т.е. может быть несколько продуктивных горизонтов (разработка ведется снизу вверх). Допустим буровики успешно прошли первый продуктивный горизонт, бурят дальше, затем при бурении вскрывается поглощающий горизонт, в результате, происходит поглощение промывочной жидкости, внезапное в больших объемах, запас бурового раствора в мерниках кончается, естественно бурение останавливается, при этом определяется какой-то статический уровень, т.е. появляется hстат, а так как он появился, то гидростатическая составляющая будет уже не ρgH, а ρg(H-hстат)<Pпл1 (меньше пластового давления первого продуктивного горизонта), и в этой

ситуации начинает работать первый продуктивный горизонт, будет НГВП.

4)Попадание газа в БР, в результате чего происходит снижение его плотности и уменьшения давления на забой;

Признаки ГНВП:

1)увеличение объема БР из скважины при неизменной подаче, т.е. БН выдают 20л/с, а станция контроля выдает 25л/с;

2)увеличение скорости потока БР или расхода; 3)когда БИ поднимают из скважины, то через определенный интервал положено доливать в

скважину БР, если уровень раствора в скважине больше чем долили это тоже признак прилива флюида в ствол скважины;

4)повышение газосодержания в БР; 5)повышение скорости механического бурения. Закономерность: месторождение сложено из

ловушки – глинистые породы, как правило, и за долгое время газ в какой-то степени насыщает эти

породы, и как только наблюдается увеличение газового фактора при достижении места предполагаемого вскрытия это говорит о том, что мы приближаемся к газовой шапке. Так же это может служить признаком углубления скважины в зону АВПД с постоянным нарастанием порового давления в проходимых глинистых породах, при непосредственной близости пластов-коллекторов с высоким давлением флюидов или внедрением долота в высоконапорную залежь;

6)изменение давления на буровых насосах, к.п. давление падает, но не всегда потому, что поступающий флюид в затрубное пространство имеет плотность меньшую чем БР.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вопрос №38 Меры предупреждения и ликвидации НГВП при бурении скважин.

Действия при получении первых признаков НГВП:

Может быть 3 ситуации: 1)когда инструмент находится на забое и в скважине; 2)когда инструмент находится в процессе подъема или спуска; 3)инструмент находится на верху и скважина пустая, находится один раствор.

1)Вызывается интенсивная циркуляция БР. Во-первых, мы вымываем с забоя скопившийся флюид,

стараемся, что бы в затрубное пространство пришел новый БР, повышая затрубное давление; 2)Включается аппаратура для дегазации (дегазаторы) и одновременно повышается плотность

БР.

Считается, когда переливы на устье скважины достигает 250 л/с, а это критический перелив, при котором вахте можно работать на устье, если выброс флюида сопровождается выбросом вредного газа (в частотности сероводород), если температура выбрасываемого флюида не дает вахте работать, то устье скважины герметизируется с помощью комплекта противовыбросного оборудования. Цель перекрыть затрубное пространство и последующим управлением скважиной.

Предупреждение НГВП:

1)В зарубежной практике бурения скважин в сложных геологических условиях, когда имеется

опасность возникновения НГВП, для обеспечения надежности на устье скважин монтируют довольно сложную компоновку наземного оборудования, состоящую из нескольких превенторов.

Данная компоновка оборудования позволяет контролировать бурящуюся скважину при высоком пластовом давлении и контролировать НГВП или выбросы.

В рассматриваемую компоновку входит следующее оборудование:

1-нагнетательный манифольд; 2-штуцерный манифольд; 3-кольцевой превентор; 6, 14-трубные превенторы; 8-превентор с глухими плашками; 12- напорная линия насосов высокого давления; 11-линия для глушения скважин; 13-дополнительная линия для глушения; 9-штуцерная линия к штуцерному манифольду; 15-дополнтельная штуцерная линия к штуцерному манифольду; 16-устьевая головка.

2)повышение плотности БР из расчета, что давление столба БР должно быть выше пластового давления.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вопрос №41 Обвалообразования, осыпи стенок и сужение ствола скважины в процессе бурения.

Причины, признаки, меры предупреждения.

Осыпи и обвалы:

Осыпи – это медленно текущий процесс нарушения ствола скважины из-за взаимодействия с

БР (происходит набухание некоторых пород), перепада давления или механического взаимодействия с БИ.

Обвалы – это те же самые осыпи, только при этом больше материала горной породы вываливается, разрушатся.

В результате увлажнения циркуляционной жидкостью или ее фильтратом снижается предел прочности породы (глины, аргиллиты, глинистая слюда) и ведет к ее разрушению. Так же этому процессу может способствовать набухание. Проникновение свободной воды, которая содержится в большом количестве в БР, в пласт, затем набухание (глины, аргиллиты, глинистая слюда) и последует обрушение. Осыпи могут происходить в результате механического воздействия БИ. Так же могут привести тектонические силы, обуславливающих сжатие пород.

Осыпи и обвалы во времени приводят к образованию на стенке скважины каверн. Т.е. в процессе бурения неустойчивые породы вследствие набухания, трения могут вываливаться и на стенках скважины, образуются каверны, они могут достигать по диаметру 2-3 стволов скважины и по

мощности несколько десятков и сотен метров. Наличие каверн увеличивает объем ствола скважины, при циркуляции БР в кавернах образуются застойные зоны, где может скапливаться шлам. В наклонных скважинах каверна может стать причиной поломки инструмента, вследствие вставания в нее долота. При цементировании обсадных колонн в кавернах происходит смешение бурового и тампонажного раствора, что снижает качество цементирования.

Признаки осыпей и обвалов:

1)резкое повышение давления на выкиде БН;

2)обильный вынос кусков породы;

3)интенсивное кернообразование; 4)недохождение БК до забоя без промывки и проработки; 5)Затяжки и прихват БК.

Профилактика осыпей и обвалов:

1)Качественный раствор – минимальная водоотдача, соответствующий удельный вес, т.к.

помогает давить на стенки скважины и не дает вываливаться нашей породе; 2)правильная организация работ, обеспечивающая высокие скорости бурения; 3)спуск БК плавно, без резких торможений; 4)не допущение значительных колебаний плотности БР;

Борьба с кавернами:

Обнаруживают каверны профилемерами (больше лап и точек, чем у каверномера) или каверномерами. Если каверны не дают бурить или есть опасность снижения качества зацементированных обсадных колонн, то их ликвидируют путем установки напротив них цементных мостов и последующего разбуривания, но со временем эти мосты стареют и разваливаются, т.е. это не всегда помогает.

Желобообразование:

Происходит преимущественно в мягких, рыхлых, не плотных породах, характерен для наклонно направленных скважин (-это скважина имеющая такой профиль, т.е. забуриваем с одной точки земной поверхности можно попасть в точку забоя, находящуюся на каком-то, от нее расстоянии).

желоба, как правило нарабатываются в местах перегиба профиля ствола скважины, т.е. где большие углы перегиба, вырабатываются из-за того, что бурильный инструмент трется о нижележащую стенку

скважины и при движении вверх и вниз нарабатывает желоб, главную роль играет площадь контакта БТ с породой и масса единицы длины буровой колонны.

Желоба обнаруживаются посадками и затяжками БИ. В них имеются застойные зоны, где не выносится шлам, при цементировании имеются так же участки смешения БР и ТР, а в процессе бурения постоянно провоцируют аварию, т.к. диаметр бурильного инструмента намного меньше