Задачи скважинных измерений телесистемами

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

1. 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.

Комплекс измерительных датчиков контроля направления ствола скважины должен состоять из датчиков измерения угла наклона скважины, её 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 наклонно-направленного и горизонтального бурения.

В ряде 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 характеристиками пласта – выделять границы пласта, расчленять разрез на отдельные пропластки.

Как правило, контроль режима бурения осуществляется станцией геолого-технологических исследований по показаниям наземных датчиков. К ним относятся: измерение механической скорости бурения, веса на крюке, расхода промывочной жидкости и давления на стояке, газовый и люминесцентный и др. каротаж.

Данные геофизических исследований, полученные в процессе бурения могут служить в большинстве скважин надежным критерием интерпретации результатов с целью дальнейшего планирования работ на скважине (опробования объектов, отбора керна и др.).

В этих случаях комплекс ГИС, проводимый аппаратурой на кабеле, может быть сокращен, соответственно уменьшено время на задалживание скважин для проведения ГИС.

Объединение перечисленных комплексов в единую телеизмерительную систему требует передачи большого объёма информации и может быть реализовано только с каналом, обладающим высокой пропускной способностью.

Характерной особенностью телеизмерительных систем в процессе бурения является то, что выход из строя любого блока скважинной аппаратуры приводит к потере информации до конца рейса и требует извлечения глубинного прибора на земную поверхность для восстановления его работоспособности.

Повышенные вибрации, воздействие агрессивной и абразивной среды, удары, механические нагрузки на сжатие и растяжение, кручение, повышенные давление и температура – требуют разработки специальных мер защиты, применения износостойких высокопрочных материалов, прочных покрытий.

Технология отработки долот

В процессе углубки скважины происходит постоянный износ вооружения долота, а для шарошечных долот и опоры, что приводит к снижению механической скорости бурения.

Для того, чтобы не происходило чрезмерного износа долота и его поломки, т.е. аварии, необходимо вовремя произвести подъем и смену породоразрушающего инструмента.

В то же время, если долото не выработало свой ресурс, и произведена его замена, то возрастают затраты времени на спуско-подъемные операции, и, как следствие, себестоимость метра скважины. Для определения рационального времени работы долота на забое разработано достаточно много критериев. К их числу относятся:

• достижение максимума рейсовой скорости бурения;

• равенство механической и рейсовой скорости бурения;

• темп падения мгновенной механической скорости бурения;

• по достижению минимума стоимости метра скважины;

• максимум произведения проходки на долото на механическую скорость бурения;

• достижение максимума произведения текущей механической скорости на время от начала рейса.

В первом случае через равные промежутки времени, например, 15 минут определяется величина рейсовой скорости V_pi от начала процесса бурения, и как только она начинает снижаться, производится подъем инструмента. Расчет ведется по формуле

, (5.1)

где h – проходка на долото от начала рейса;

t_б – общее время бурения;

t_сп – нормативные затраты времени на спуско- подъемные операции;

t_п – нормативные затраты времени на подготовительно- заключительные операции.

Исследуя равенство (5.1) на экстремум, т.е. взяв первую производную и приравняв ее к 0, можно показать, что

, (5.2)

следовательно долото нужно отрабатывать до тех пор, пока не сравняются рейсовая и механическая скорость бурения.

При использовании третьего критерия (по темпу падения механической скорости бурения) оптимальное время бурения t_б определяется по формуле

, (5.3)

где К _изн – коэффициент интенсивности износа вооружения

, (5.4)

где h₁ и h₂ - проходка за определенные равные (например, 15 мин) промежутки времени t.

При использовании в качестве критерия минимума стоимости метра скважины ведутся расчеты по формуле (3.3) и отыскивается минимум этой функции.

Другие критерии рациональной отработки долот используются сравнительно редко.

Следует отметить, что все перечисленные выше критерии относятся к вооружению долота. Для шарошечных долот зачастую раньше изнашиваются опоры, что приводит к заклиниванию шарошек. В этом случае при роторном бурении резко (в 2-3 раза) повышается крутящий момент на роторе, возрастает ток в цепи электродвигателя, а при бурении с помощью гидравлических забойных двигателей – существенно снижается механическая скорость бурения. При появлении этих признаков следует произвести подъем инструмента. Рациональным износом шарошечных долот считается ВЗПЗ по классификатору износа.

Чтобы рационально отработать долото, необходимо выполнить норму по проходке. По мере углубления забоя породоразрушающий инструмент изнашивается, и для того, чтобы износ не произошёл раньше времени, необходимо соблюдать режим бурения.

Для правильной отработки долота нагрузка на него должна составлять на более 75 % веса колонны УБТ. Перегрузка долота может обернуться его преждевременным износом или сломом шарошки, а недогрузка - падением проходки. Обороты ротора и давление на стояке задаются по геолого-техническому наряду.

Для рациональной отработки долота необходимо подавать его на забой без вращения и только после контакта с забоем включать обороты. Но прежде, чем начать бурение, необходимо «обкатать» долото в течение 30-40 минут для того, чтобы оно приработалось. При этом нагрузка на долото должна быть небольшой - порядка 3-5 т. При бурении турбобуром или винтовым забойным двигателем долото подаётся на забой уже во вращении. В этом случае можно либо остановить промывку и спустить долото до забоя, либо без остановки промывки постепенно нагружать долото до требуемой величины.

Причины аномального износа шарошечных долот:

1) Большое число сломанных зубьев:

- неправильный выбор долота

- неправильная приработка долота

- чрезмерная частота вращения

- чрезмерно большая нагрузка на долото

- работа по металлу

2) Сильный износ по диаметру:

- большая частота вращения

- значительное время механического бурения

- сдавливание шарошек в результате спуска в ствол уменьшенного диаметра

3) Эрозия тела шарошки:

- большое содержание твердой фазы в промывочной жидкости

- большой расход промывочной жидкости

- долото предназначено для более твёрдых пород

4) Чрезмерный износ опор:

- отсутствие стабилизатора над долотом или между УБТ

- большая частота вращения

- чрезмерно большая нагрузка на долото

- значительное время механического бурения

- большое содержание песка в промывочной жидкости

5) Закупорка межвенцовых промежутков в шарошках разбуренной породой и твёрдой фазой:

- недостаточный расход ПЖ

- чрезмерно большая нагрузка на долото

- большое содержание твердой фазы в промывочной жидкости

- долото предназначено для более твёрдых пород

- спуск долота осуществлён в заполненную шламом призабойную зону

6) Большое число потерянных зубьев:

- эрозия тела шарошки

- чрезмерно большая нагрузка на долото

- значительное время механического бурения