9 Понятия о параметрах режима бурения и показателях работы долот

Под режимом бурения следует понимать сочетание параметров, которые влияют на показатели работы долота и которые бурильщик может оперативно изменять с поста управления. К числу таких параметров относятся осевая нагрузка Р_д за забой, скорость враще­ния долота (или число оборотов в минуту) со, расход промывочной жидкости Q. При бурении гидромониторными долотами на показатели работы большое влияние оказывает энергия струй, вытекающих из насадок долота, которая является функцией скорости истечения и диаметра струи.

Сочетание этих параметров, обеспечивающее достижение наилуч­ших показателей работы данного долота с помощью данной буровой установки, называют оптимальным режимом бурения. Режим буре­ния называют скоростным, если на данном этапе достигнуты наивыс­шие показатели работы долот и использованы более мощная буровая установка и другие более совершенные технические средства по сравнению с теми, которые применяются для массового бурения скважин на данной площади.

Если сочетание параметров выбирают не для получения высоких показателей работы долота, а с целью предотвращения искривления скважины, принудительного искривления ее с заданной интенсив­ностью в нужном направлении, улучшения эффективности отбора керна и т. д., режим бурения называют специальным.

Об эффективности работы долота на забое судят по нескольким показателям, основными из которых являются следующие.

1. Проходка h, т. е. количество метров, пробуренных данным долотом до полного износа.

2. Проходка h_p за рейс, т. е. количество метров, пробуренных долотом с момента спуска до момента подъема его с забоя. Для всех долот, кроме алмазных, обычно проходка за рейс равна общей про­ходке h_p = h. Алмазное же долото, отличающееся большой работо­способностью, может быть спущено в скважину неоднократно; иногда одно алмазное долото используют при бурении отдельных интервалов в нескольких скважинах. Поэтому для алмазных долот hp< =h

10 ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИНЫ

Число спущенных в скважину обсадных колонн, размеры колонн (наружный диаметр, длина), диаметры ствола под каждую колонну, местоположение интервалов цементирования (глубина верхней и нижней границ) определяют понятие конструкции скважины. Кон­струкция должна обеспечивать:

а) прочность и долговечность скважины как технического соору­жения;

б) проходку скважины до проектной глубины;

в) достижение проектных режимов эксплуатации;

г) максимально полное использование природной энергии для транспортирования нефти и газа;

д) надежную изоляцию газо-нефте-водонапорных горизонтов;

е) минимальный расход средств на разведку и разработку место­рождения;

ж) возможность проведения ремонтных работ в скважине.

При проектировании конструкции скважины необходимо прежде всего решить вопрос о числе эксплуатационных колонн и выбрать диаметр каждой. Обычно в скважину спускают одну эксплуатацион­ную колонну. В нефтяных скважинах диаметр ее выбирают исходя из ожидаемых дебитов жидкости (нефть + вода + газ) на различных стадиях эксплуатации (фонтанная, компрессорная, насосная), габа­ритных размеров оборудования, которое должно быть спущено в экс­плуатационную колонну для обеспечения заданных дебитов жидкости, и глубины скважины.Внутренний диаметр эксплуатационной колонны должен быть достаточен для того, чтобы указанное оборудование можно было свободно спустить и установить на заданной глубине и при необходимости в период эксплуатации скважины проводить подземный и капитальный ремонты, а также ловильные работы.

11 ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ СКВАЖИН

Цементированием называется процесс заполнения заданного интервала скважины суспензией вяжущих материалов, способной в покое загустевать и превращаться в прочный, практически непро­ницаемый камень. В нефтегазодобывающей промышленности цемен­тирование широко применяется для решения следующих задач:

а) изоляции насыщенных жидкостями и газом проницаемых горизонтов друг от друга после того, как они вскрыты скважиной;

б) создания высокопрочных мостов в скважине, способных вос­принимать достаточно большие осевые нагрузки (например, при забуривании новых стволов, при опробовании горизонтов испыта­телями пластов с опорой на забой и др.);

в) создания разобщающих экранов, препятствующих обводне­нию продуктивных горизонтов;

г) удержания в подвешенном состоянии обсадной колонны;

д) защиты обсадной колонны от воздействия агрессивных пласто­вых жидкостей и газов, вызывающих коррозию металла;

е) ликвидации поглощения промывочной жидкости;

ж) упрочнения стенок скважины в неустойчивых породах.

Цементирование включает пять основных видов работ: приготовление тампонажного раствора, закачку его в скважину, подачу тампонажного раствора в затрубное пространство, ожидание затвердения закачанного материала и проверку качества цементировочных работ. Оно проводится по заранее составленной программе, обоснованной техническим расчетом.

Существует несколько способов цементирования. Они различаются схемой подачи тампонажного раствора в затрубное пространство и особенностями используемых приспособлений. Возможны два варианта подачи тампонажного раствора в затрубное пространство: раствор, закачанный внутрь цементируемой обсадной колонны, проходит по ней до башмака и затем поступает в затрубное пространство, распространяясь снизу вверх (по аналогии с промывкой называется цементированием по прямой схеме); тампонажный раствор с поверхности подают в затрубное пространство, по которому он перемещается вниз (цементирование по обратной схеме).

12 Ударное бурение

Из всех разновидностей ударного бурения в настоящее время применяется только ударно-канатное (рис. 2). Буровой снаряд, состоящий из долота 1, ударной штанги 2, раздвижной штанги- ножниц 3 и канатного замка 4, спускается в скважину на канате 15, который, огибая блок 5, оттяжной ролик 7 и направляющий ролик 8, сматывается с инструментального барабана 11 бурового станка. Скорость спуска регулируется тормозом 12. Блок 5 установлен на вершине мачты 13. Для гашения вибраций, возникающих при буре­нии, применяются амортизаторы 14.

Кривошип 10 при помощи шатуна 9 приводит в колебательное движение балансирную раму 6. При опускании рамы оттяжной ро­лик 7 натягивает канат и поднимает буровой снаряд над забоем. При подъеме рамы канат опускается, снаряд падает, и при ударе долота о породу последняя разрушается.

По мере углубления скважины канат удлиняют (сматывают с ин­струментального барабана 11) на необходимую величину. Цилинд- ричность скважины обеспечивается поворотом долота в результате раскручивания каната

под нагрузкой (во время подъема бурового снаряда) и скручивания его при снятии нагрузки (во время удара долота о породу).

Процесс бурения будет тем эффективнее, чем меньшее сопротивле­ние буровому снаряду оказывает накапливающаяся на забое сква­жины выбуренная порода, перемешанная с пластовой жидкостью. При отсутствии или недостаточном притоке пластовой жидкости в скважину периодически доливают воду. Равномерное распределе­ние частиц выбуренной породы в воде достигается периодическим расхаживанием (подъемом и опусканием) бурового снаряда.

Эффективность работ долот при ударно-канатном бурении прямо пропорциональна массе бурового снаряда, высоте его падения, уско­рению падения числу ударов долота о забой в единицу времени и обратно пропорциональ­на квадрату диаметра скважины.

Однако при всех прочих равных фак­торах производительность канатно-ударного бурения значительно зависит от правильности выбора до­лота для данной породы.

При бурении в мягких породах и в породах сред­ней твердости наилучшие результаты дают двута­вровые долота (рис. 3, а). Они имеют широкое и сравнительно тонкое лез­вие с двутавровой формо й боковых поверхностей ло­пасти долота.

Твердые породы целе­сообразно бурить з у- бильными тяжелыми долотами (рис. 3, б), кото­рые длиннее двутавровых и имеют округленную фор­му для среза выступов на стенках скважины.

При бурении в твердых трещиноватых породах хо­роший эффект дают кре­стовыедолота

13 Вращательное бурение

При вращательном бурении скважина углубляется в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего мо­мента. Под действием нагрузки породоразрушающие элементы до­лота внедряются в породу, а под влиянием крутящего момента ска­лывают, дробят и истирают ее.

Существует два способа вращательного бурения — роторный и с забойными двигателями.

При роторном бурении (рис. 4) ротор 4 приводится во вращение от двигателей 11 через лебедку 10 ¹ Ротор, в свою очередь, вращает бурильную колонну, состоящую из ведущей трубы 5 и привинчен­ных к ней с помощью специального переводника 3 бурильных труб 2, и долота 1.

При бурении с забойными двигателями принцип привода долота во вращение коренным образом отличается от описанного выше. В этом случае вал забойного двигателя 18 вращает долото, а буриль­ная колонна и корпус забойного двигателя неподвижны. Характер­ной особенностью вращательного бурения является промывка сква­жины водой или специально приготовленной жидкостью в течение всего времени работы долота на забое. включают лебедку, поднимают бурильную колонну на длину веду­щей трубы и подвешивают бурильную колонну с помощью элеватора или клиньев на столе ротора. Затем отвинчивают ведущую трубу вместе с вертлюгом 6 и спускают ее в шурф — слегка наклонную скважину глубиной, рав­ной длине ведущей трубы. Шурф бурится заранее в правом углу буровой, примерно посредине рас­стояния от центра сква­жины до ноги вышки. По­сле этого бурильную ко­лонну удлиняют (наращи­вают) путем привинчива­ния к ней так называемой двухтрубки (двух свинчен­ных труб или одной трубы длиной около 12 м), сни­мают ее с элеватора или клиньев, спускают в сква­жину на длину двухтруб­ки, подвешивают с по­мощью элеватора или клиньев на стол ротора, поднимают из шурфа ве­дущую трубу с вертлюгом, привинчивают ее к бу­рильной колонне, освобо­ждают бурильную колон­ну от клиньев или элева­тора, доводят долото до забоя и продолжают бу­рение.

Для замены изношен­ного долота поднимают из скважины всю бурильную колонну, а затем вновь спускают ее. Спуско-подъ- емные работы ведут также с помощью полиспастной системы.* При вращении барабана лебедки талевый канат наматывается на барабан или сматывается с него, что и обе­спечивает подъем или спуск талевого блока и крюка. К последнему с помощью штропов и элеватора подвешивают поднимаемую или спу­скаемую бурильную колонну.

Рис. 4. Схема установки для бурения глу­боких скважин роторным и турбинным спо­собами и при помощи электробура: 1 — долото; 2 — бурильные трубы; з — специальный переводник; 4 — ротор; 5 — ведущая труба; в — вертлюг; 7 — крюк; 8 — талевый блок; 9 — талевый канат; 10 — лебедка; 11 — двигатели ле­бедки и ротора; 12 — буровой насос; 13 — двигатель насоса; 14 — приемная емкость; 15 — желоба; 16 — трубопровод; 17 — гибкий шланг; 18 — забойный двигатель (при роторном бурении он не устанавли­вается); 19— вышка; 20 — обсадные трубы; 21 — це­ментная оболочка вокруг обсадных труб; 22 — шахтовое направление

При подъеме бурильную колонну развинчивают на секции, длина которых определяется высотой вышки (около 25 м при высоте

По мере углубления скважины бурильная колонна, подвешенная к полиспастной системе, состоящей из кронблока (на рисунке не показан), талевого блока 8, крюка 7 и талевого каната 9, подается в скважину. Когда ведущая труба 5 войдет в ротор 4 на всю длину,

вышки 41 м). Отвинченные секции, называемые свечами, устанавли­вают в фонаре вышки на специальном подсвечнике.

Спускают бурильную колонну в скважину в обратном порядке.