Буріння свердловин із застосуванням електробурів

 

Електробури, як правило, використовують при бурінні похилоскерованих свердловин, а також при застосуванні газоподібних циркуляційних агентів.

При експлуатації електробурів необхідно забезпечити температурний режим ро­боти електродвигуна. Тому існують обмеження на максимальну температуру їх застосування. Наявність кабельної секції всередині бурильної колони накладає додаткові обмеження на можливість проведення деяких технологічних операцій, наприклад випробування свердловини.

Розрахунок параметрів режиму буріння ведуть у такій послідовності:

1. Визначають осьове навантаження на долото, швидкість обертання долота та витрату промивальної рідини аналогічно, як при роторному способі буріння.

2. Вибирають типорозмір електробура, враховуючи рекомендації таблиці 3.8 та приводять його характеристику:

Швидкість обертання – [с^-1];

Номінальний крутний момент – [Н·м];

Потужність – [кВт];

Номінальна напруга – [в];

Номінальний струм – [а];

Вага електробура – [Н];

Довжина електробура – [м].

3. Визначають момент,необхідний для реалізації запроектованих параметрів ре­жиму буріння.

Момент, що витрачається при бурінні електробуром, знаходять за форму­лою:

, (3.35)

де - момент на тертя в шпинделі електробура:

, (3.36)

де – момент, який не залежить від навантаження, ;

– питомий момент на одиницю навантаження, м;

–абсолютне навантаження на опору, Н.

=20–30 .

, (3.37)

де – діаметр опори, м;

; (3.38)

– діаметр електробура, м:

, (3.39)

де – вага обертових деталей електробура, Н.

, (3.40)

де – вага електробура, Н;

– гідравлічне навантаження на шпиндель електробура, Н.

Гідравлічне навантаження на шпиндель електробура виникає внаслідок перепаду тиску на долоті.

, (3.41)

де – середній діаметр опори шпинделя, м

.

Порівнюють одержану величину фактичного моменту з номінальним моментом, який може бути створений електробуром (береться з характерис­тики).

Якщо:

а) .

У даному випадку розраховані параметри режиму буріння залишаються без змін.

б) .

У даному випадку електробур недовантажений, а тому можна збільшити навантаження на долото, яке знаходять за формулою:

. (3.42)

Правило знаків таке ж, як і у формулі (1.28). При цьому розрахункову вели­чину порівнюють з допустимим наванта­женням на долото [ ].

в) .

У даному випадку електробур буде працювати з перевантаженням. Якщо перевантаження незначне (2-3 %) то параметри режиму буріння можна залишати без змін. Якщо ж ця величина більша, то за формулою (3.42) визначають допусти­му величину осьового навантаження на долото.

4 Для перевірки реалізації витрати промивальної рідини визначають гідра­влічні втрати тиску в елементах циркуляційної системи аналогічно, як при рото­рному способі буріння. Треба мати на увазі, що втрати тиску в бурильних і обва­жнених трубах необхідно визначати, як для кільцевого простору, оскільки всере­дині них знаходиться кабель, або через коефіцієнт збільшення втрат тиску, який за даними деяких авторів складає 1,3. Визначають можливість використання гідромоніторного долота.

5 Знаходять необхідну вихідну напругу трансформатора.

При бурінні електробуром визначають такий параметр, як вихідна напруга трансформатора. Це зумовлено тим, що на шляху від трансформатора до електробура відбувається спад напруги і його треба компенсувати, щоб електробур працював у нормальному режимі.

, (3.43)

де – вихідна напруга трансформатора, в;

– номінальна напруга електробура, в;

– номінальний струм електробура, а;

– довжина свердловини, м.

Отримане значення порівнюють з допустимою напругою ізоляції (паспортними даними).

Контроль параметрів режиму буріння

 

Поточний контроль параметрів процесу буріння здійснюють в основному, за допомогою індикатора ваги, манометра, моментоміра, тахометра, а також приладів для заміру механічної швидкості та проходки.

 

Індикатори ваги

Осьове навантаження на долото у кожний момент визначають за допомогою індикатора ваги, за яким визначають також навантаження, яке діє на гак талевої системи. Найпоширенішим є гідравлічний індикатор ваги, який складається з трансформатора тиску, самописного манометра з круглою діаграмою, яка обертається за допомогою годин­никового механізму зі швидкістю один оберт за добу, показуючого манометра та верн’єра. Показуючий манометр з умовною шкалою, проградуйованою на 100 поділок, встановлюють на щиті біля поста бурильника. Верн’єр, являє собою потужний зовнішній манометр зі стрілкою, замкнутою шкалою, розділеною на 40 поділок без цифрових позначень. Кожній поділці верн’ера відповідає половина поділки показуючого манометра. Завдяки цьому верн’єром зручно користуватись для визначення навантаження на долото, оскільки при цьому відлік здійснюється з більшою точністю. Верн’єр розрахований на тиск до 60 поділок показуючого манометра. Якщо вага бурильної колони перевищує 60 поділок, то верн’єр необхідно вимикати. Основною частиною індикатора ваги є трансформатор тиску або мессдоза (рисунок 3.9).

 

1, 6 - роликові опори корпуса; 2- поршень; 3- гумова камера;

4- роликова опора поршня; 5 – корпус

Рисунок 3.9 Схема трансформатора тиску

 

Трансформатор тиску (мессдоза) складається з корпусу та поршня, який має вигляд тарілки. Талевий канат проходить через роликові опори корпусу і роликову опору поршня, згинаючись під певним заданим кутом. Трансформатор тиску закріплюється на нерухомому кінці талевого каната. Завдяки вигину осі каната виникають сили, які діють на поршень (мембрану), яка опирається на гумову камеру, заповнену рідиною. Тиск, який сприймає рідина, передається системою трубок на показуючий і записуючий манометри.

Перед встановленням індикатора ваги необхідно переконатись, що нерухомий кінець талевого каната вільно проходить на всій відстані від ролика кронблока до місця закріплення не зачіпаючи елементів вежі. Канат у місці кріплення трансформатора тиску не повинен мати розірваних дротиків та слідів видимого зносу.

Після монтування індикатора ваги та перевірки його герметичності, встановлюють стрілку показуючого манометра на поділці 10 при вільному гаку. Це необхідно для того, щоб можна було в будь-який момент помітити витікання рідини у місцях з'єднань трубочок.

Через кожні 6 місяців індикатор ваги незалежно від його стану необхідно демонтувати для огляду і поточного ремонту. Забороняється ремонт індикатора на буровій, який пов'язаний хоча би з частковим розбиранням трансформатора тиску, показуючого і самописного манометрів. Не дозволяється заміна окремих приладів комплекту.

Вся гідравлічна система заповнюється водою, а в зимовий період - сумішшю води зі спиртом або гліцерином. Рідина, яка заповнює гідравлічну систему, має бути нейтральною стосовно кислотності та лужності, а також має мати низький коефіцієнт розширення та не розчиняти гуму і не замерзати.

Цим умовам найкраще відповідає 50 % водний розчин гліцерину. При відсутності гліцерину застосовують 40 % водний розчин спирту.

У стані спокою натяг кінців канату дорівнює силі на гаку, поділеній на кількість робочих роликів талевого канату, які тримають талевий блок

, (3.48)

де – натяг кінців канату;

G – вага бурильної колони;

m – кількість робочих струн канату;

n – кількість робочих роликів талевого блоку m=2n.

Одні і ті ж покази індикатора ваги залежно від оснастки талевої системи можуть відповідати різній дійсній вазі бурильної колони.

Кожний індикатор ваги має паспорт, в якому вказана ціна поділки для різних показів приладу. Ціна поділок на початку шкали манометра менша за ціну поділки наприкінці шкали. Це обумовлено зменшенням кута прогину канату зі збільшення навантаження на гак.

Досить часто на практиці визначають ціну поділки показуючого манометра індикатора ваги не користуючись паспортом приладу. У момент, коли долото не торкається вибою свердловини (бурильна колона припіднята), вага бурильної колони G_бк відповідає деякому показу манометра індикатора ваги X. Знаючи, що умовний нуль індикатора ваги знаходиться на поділці 10 манометра, можна визначити ціну поділки Ц:

. (3.49)

Наближено вагу бурильної колони визначають за формулою:

(3.50)

де - довжина бурильних труб однакового (і-того) типорозміру;

- приведена вага одного метра труби однакового (і-того) типорозміру;

- довжина обважнених бурильних труб;

- вага одного метра обважнених бурильних труб;

- густина промивальної рідини;

- густина матеріалу труби.

Щоб визначити осьове навантаження на долото під час буріння необхідно знати показання індикатора ваги у даний момент буріння:

, (3.51)

де - осьове навантаження на долото;

Y - покази індикатора ваги на даний момент буріння.

Відлік показів проводять таким чином. Опущену у свердловину бурильну колону з нагвинченою ведучою трубою піднімають над вибоєм на 2-3 м і далі з обертанням та циркуляцією промивальної рідини повільно опускають. У цей момент фіксують показання «X» стрілки показуючого манометра.

Після створення осьового навантаження на долото частиною ваги бурильної колони визначають величину «Y». Різниця між цими двома показами, помножена на ціну поділки показуючого манометра, характеризує осьове навантаження на долото.

Допустимо, що Ц 4737,5 кН, Х = 45 поділок, Y = 41 поділка

.

Індикатори ваги застосовують також при ловильних роботах, спуску проміжних та експлуатаційних колон і т.д. Уважне спостереження за індикатором ваги часто дозволяє запобігти аваріям під час спуску бурильної колони та у процесі інших робіт. За індикаторною діаграмою інженерно-технічні працівники вивчають процес буріння та контролюють дотримання заданих режимних параметрів.

Основною вадою гідравлічного індикатора ваги є залежність показів від діаметра каната, температури навколишнього середовища та підтікань рідини.

Електричний індикатори ваги складається з датчика з індукційним перетворювачем, який призначений сприймати натяг нерухомого кінця талевого канату і відтворювати цей натяг пропорціональній електрорушійній силі. Він також має вимірювач записуючого та показуючого типу. Головними перевагами електричного індикатора ваги є: незалежність показників від діаметра каната; можливість здійснення дистанційної передачі; легкість зміни чутливості приладу та велика точність.

 

3.6.2 Розшифрування індикаторних діаграм

 

Реєструюча частина індикатора ваги дозволяє за діаграмою оцінювати роботу у свердловині, слідкувати за дотриманням буровою бригадою заданих параметрів режиму буріння. На діаграмі індикатора ваги відмічаються всі коливання ваги бурильної колони на підйомному гаку протягом доби.

Діаграма гідравлічного індикатора ваги являє собою паперовий круг з розкресленими на ньому концентричними колами (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 Індикаторна діаграма

 

Жирні чорні кола відповідають поділкам 0, 10, 20, 30,..., 100 одиниць. Простір між цими колами розділений на 10 частин, через які проведені тонкі кола. Таким чином, інтервал між двома сусідніми колами відповідає одному діленню манометра. Відмітки від 0 до 100 позначені від центра до периферії. Зовнішнє коло розділене на 24 однакові великі частини, кожна з яких відповідає годинам доби. Кожна з великих частин розділена на 4 частини, кожна з яких відповідає 15 хвилинам. Через кожні з цих ділень проведені криві радіусом, що дорівнює довжині пера від його центра обертання.

Запис на діаграмі потрібно читати таким чином. Якщо лінія на діаграмі проходить паралельно одному з кіл, то це означає, що в цей відрізок часу вага на гаку не змінювалась. Це може бути у процесі буріння при постійному навантаженні або при зупинці.

Якщо лінія проходить паралельно радіальній кривій лінії, то це свідчить, що в даний момент часу миттєво змінилась вага бурильної колони на підіймальному гаку. Така зміна може бути під час підйому бурильної колони з ротора, натягування прихопленої у свердловині бурильної колони і т.д. Різниця буде в тому, що в при натягуванні крайня точка цієї кривої буде значно перевершувати найбільшу вагу бурильної колони в даний момент.

Якщо бурильну колону поставити на елеватор, то це буде відмічено такою ж кривою лінією, яка покаже зменшення ваги на гаку від якого-небудь максимуму до умовного нуля (10-та поділка). Процес спуску починається після заміни долота, тобто при мінімальній вазі на гаку і характеризується поступовим збільшенням ваги з кожною спущеною свічкою.

Процес підйому бурильної колони зі свердловини являє собою на діаграмі картину, зворотну спуску. З кожною свічкою вага на гаку зменшується. Оскільки при підйомі від ротора до балкона верхового робочого вага бурильної колони залишається постійною, а підйом триває деякий час, то цей період на діаграмі позначається невеликою площадкою, яка паралельна колу і відповідної вазі бурильної колони у даний момент. Тому на індикаторній діаграмі при підйомі кожної свічки будуть зафіксовані дві лінії, з'єднані на кінцях площадкою.

Процес буріння на діаграмі фіксується таким чином. Якщо осьове навантаження на долото постійне, то площадка паралельна колу, яка характеризує вагу бурильної колони. Якщо у процесі буріння навантаження на долото (вибій) змінювалось, то це буде характеризуватись змінами у вигляді ривків та хвилеподібних записів на діаграмі.

Осьове навантаження на долото визначають як різницю між вагою бурильної колони, припіднятої над вибоєм, та вагою бурильної колони, яка частково опирається на вибій при бурінні. На діаграмі осьове навантаження визначається за кількістю клітинок між колами, які відповідають максимальному відхиленню стрілки манометра при завершенні спуску бурильної колони та мінімальному відхиленню стрілки у процесі буріння. Ділення по манометру необхідно переводити в кілоньютони.