Лекция 6. Режим бурения глубоких скважин.

Под режимом бурения понимается определенное сочетание факторов, влияющих на показатели бурения. Факторы называют параметрами режима бурения. (по Федорову В.С.).

Важнейшими параметрами являются:

- осевая нагрузка на долото Рд,

- частота вращения долота (или ротора) n,

- количество (расход) циркулирующего бурового раствора,

- качество циркулирующего бурового раствора (фильтрация, вязкость, плотность)

Еще одно определение режима бурения (по Спиваку, Попову).

Режим бурения – это сочетание факторов, определяющих скорость и стоимость проходки конкретного интервала горных пород, выделенного как режимная пачка.

Режимная пачка – это непрерывный интервал бурения, с постоянными геолого-техническими условиями, не зависимыми от глубины залегания горных пород в пределах пачки, или пачки одинаковой буримости горных пород.

В качестве основных факторов, определяющих режим бурения принимаются:

- тип и класс породоразрушающего инструмента,

- режим работы породоразрушающего инструмента,

- способ вращения породоразрушающего инструмента.

Оптимальным называется режим бурения, при котором получают наилучшие технико-экономические показатели при данных условиях бурения.

Специальными называются режимы бурения, при которых происходит подбор параметров режима бурения для решения специальных задач – проводка скважины через поглощающие пласты, обеспечение минимального искривления скважины, тех-го выхода керна, качественного вскрытия продуктивных пластов.

Параметрами режима работы долота является:

- осевая нагрузка на долото, кН

- частота вращения долота, об/мин,

- количество (расход) промывочной жидкости или воздуха, подаваемых на забой для выноса разрушенной горной породы и охлаждения инструмента, м³/с.

Осевая нагрузка на долото G определяется как:

G = g_iD, (6.1)

Где g_i – интенсивность осевой нагрузки, кН на 1 мм. диаметра D долота.

g_i меняется в пределах от 0,5-1,5 кН/мм. Шарошечные долота обычно испытывают на порядок большую нагрузку, чем породоразрушающие инструменты, оснащенные алмазно-твердосплавными пластинками и резцами.

В зависимости от частоты вращения различают 3 режима бурения:

1) низкооборотое (роторное) бурение

- n_A ≤ 90 об/мин

2) среднеоборотное бурение:

-90 < n_A < 250 об/мин

250 < n_A < 450 об/мин

Реализуется при вращении долот объемными забойными двигателями и редукторными турбобурами и электробурами.

3) высокооборотное бурение

n ≥450 об/мин

Реализуется при бурении с безредукторными турбобурами и электробурами.

Для удаления шлама с забоя и из скважины необходимо обеспечить качественную промывку или продувку скважины.

Расход бурового раствора выбирается с учетом следующих условий:

А) условие очистки забоя, Q

Q = g_удF, где (6.2)

g_уд - удельный расход бурового раствора м³/(с*м²), или м/с

F – площадь забоя скважины. F = 0,785 D² где D диаметр долота.

g_{уд =} 0,57-0,65м/с

Б) условие подъема шлама в кольцевом зазоре между бурильными трубами и стекой скважины

Q₂ = UF_к , где (6.3)

U - необходимая скорость восходящего потока жидкости, м/с

F – площадь кольцевого зазора,

F_к = 0,785 (D²-d²), (6.4)

d - диаметр бурильной трубы

 

Скорости (рекомендуемые) движения жидкости в кольцевом зазоре.

Бурение под колонну	Способ бурения	U, м/с
Вода	Глинистый раствор
Кондуктор	Роторный   Забойным двигателем	-     -	0,2-0,3     0,3-0,4
Техническая и эксплуатационная колонны	Роторный   Забойными двигателями	0,5-0,6     0,6-0,7	0,4-0,5     0,5-0,6

 

В) условия обеспечения работы гидравлического забойного двигателя.

(6.5)

Мд – крутящий момент, необходимый для вращения долота,

К₃ – параметр забойного двигателя.

Из полученных 3 расходов выбирают мах.

 

Технологические показатели работы долота.

1. Проходка на долото (Н), м – определяется длиной ствола скважины, пробуренного долотом до полного износа. Характеризует производительность долота.

2. Стойкость или долговечность долота определяется временем механического бурения долотом до его олного износа. Т (час)

Это первичные показатели, по ним определяются другие характерные показатели.

3. Средняя механическая скорость проходки (бурения), м/ч. Характеризует среднюю скорость разрушения горной породы.

, (м/ч) (6.6)

4. Рейсовая скорость

(6.7)

Тс.в. – время на спуск и подъем инструмента для смены долота,

Тв – время на вспомогательные работы, относящееся к рейсу

 

5. Себестоимость L,м проходки по затратам, зависящим от времени.

(6.8)

Су – стоимость эксплуатации буровой установки в течение 1 часа,

Сд – стоимость долота с учетом снабженческих наценок.

Для оптимизации режима бурения принимаются следующие критерии:

Н → мах, Vм → мах, Vр→ мах, с → min

При комплексном применении критериев:

1) Vр→ мах и С ≤ Сn, где Сn – плановая стоимость 1 м. проходки, обеспечивающая затраты на бурение в пределах сметы.

2) с → min при Vр ≥ Vр.n, где Vр.n – плановая рейсовая скорость, обеспечивающая строительство скважины в установленные сроки.

Лекция 7. Проект на строительство скважин и требования к

Проектированию.

Рабочий проект может разрабатываться:

- на строительство отдельной скважины – индивидуальный рабочий проект;

- на строительство группы скважин, расположенных на одной кустовой площадке или одной площади – групповой рабочий проект

Групповые рабочие проекты разрабатываются, если следующие факторы являются общими:

А) назначение скважины (поисковые, разведочные, эксплуатационные, специальные);

Б) проектные глубины по стволу скважины. Допускается включение скважин, имеющих отклонение от средней глубины по рабочему проекту в пределах ± 400м. (для наклонно-направленного бурения и горизонтальных скважин ± 500 м. при длине горизонтального участка не более 300 м.);

В) конструкции скважин – одинаковые диаметры обсадных колонн и их количество (без учета направлений). Отклонение длины обсадной колонны от предусмотренной в рабочем проекте не должна превышать ± 400м. (для наклонно-направленного бурения и горизонтальных скважин ± 500м.);

Г) плотность бурового раствора отличается от предусмотренного в рабочем проекте в пределах ± 0,2г/см³ ;

Д) горно-геологические условия проводки;

Е) условия природопользования.

Строительство каждой последующей скважины по групповому проекту должно осуществляться с учетом опыта проводки предыдущих скважин.

Проект должен содержать следующие данные и проектные решения:

1) геофизическую и климатическую характеристику района работ;

2) горно-геологические условия бурения;

3) обоснование конструкции скважины.

Профиль наклонно-направленных и горизонтальных скважин;

4) совмещенный график пластовых (поровых) давлений и давлений гидроразрыва. Ожидаемые давления на устье при газонефтеводопроявлениях.;

5) исходные данные для расчета обсадных и муфтовых колонн. Коэффициенты запаса прочности при расчетах. Итоговые таблицы компоновок обсадных и муфтовых колонн. Типы резьбовых соединений обсадных и насосно-компрессорных труб. Регламент спуска обсадных колонн (скорости спуска, усилия свинчивания, и т.п)

6) обоснование плотности бурового раствора и диапазон колебаний других параметров промывочной жидкости;

7) способ бурения. Компоновку колонны бурильных труб с указанием группы прочности, толщины стенки, запаса прочности и типа замковых соединений. Скорости спуско-поъемных операций;

8) тип тампонажного раствора, свойства его камня и раствора (растекаемость, водоотдача, начало загустевания и схватывания, проницаемость, прочность, стойкость к агрессивным средам), способ и гидравлическую программу цементирования исходя из горно-геологических условий;

9) регламент контроля за процессом цементирования и изучения состояния крепи после твердения тампонажного раствора;

10) объем исследования стратиграфического разреза в процессе бурения для уточнения пластовых давлений и состава флюида;

11) технологию вторичного вскрытия пластов (перфорации) и типы используемых для этого операторов;

12) способы освоения скважины, опробования, испытания пластов в скважине, методы интенсификации притока и программу геолого-геофизических исследований;

13) схемы обвязки устья скважины колонной головкой, противовыбросовым оборудованием и фонтанной арматурой, технические характеристики сальниковых уплотнений и давление на устье при опрессовке совместно с обсадными колоннами. Порядок и условия опрессовки межколонных пространств.

14) мероприятия по охране окружающей среды – описание технологических процессов и перечень технологических процессов и перечень технических средств по очистке и утилизации производственных отходов, повторному использованию сточных вод, безопасному их сбросу в объекты природной среды, нейтрализации и отрицательного воздействия отработанного бурового раствора и шлама на окружающую среду при их захоронении, проект рекультивации нарушенных земель;

15) геолого-технический наряд на строительство скважины;

16) тип и размеры фундаментов под буровую установку, которые определяются исходя из нагрузки на основание, допустимой удельной нагрузки на грунт и коэффициента запаса прочности для данного грунта;

17) средства защиты персонала и состав КИП, в том числе для контроля состояния воздушной среды при вскрытии продуктивных горизонтов с агрессивными флюидами;

18) объем запаса бурового раствора;

19) мероприятия по предупреждению и раннему обнаружению газонефтеводопроявлений;

20) укомплектованность средствами малой механизации, противопожарным инвентарем;

21) методы оценки состояния обсадных колонн, способы и периодичность их испытания на остаточную прочность;

 

Лекция 8.Требования к буровым установкам, техническим устройствам, инструменту

Буровая установка - это комплекс буровых машин, механизмов и оборудования, смонтированный на точке бурения и обеспечивающий с помощью бурового инструмента самостоятельное выполнение технологических операций. Современные буровые установки включают в себя следующие составные части:

• буровое оборудование (талевый механизм, насосы, лебедка, вертлюг, ротор, привод, топливомаслоустановка, дизель-электрические станции, пневмосистема);

• буровые сооружения (вышка, основания, сборно-разборные каркасно-панельные укрытия);

• оборудование для механизации трудоемких работ (регулятор подачи долота, механизмы для автоматизации спускоподъемных операций, пневма­тический клиновой захват для труб, автоматический буровой ключ, вспомогательная лебедка, пневмораскрепитель, краны для ремонтных работ, пульт контроля процессов бурения, посты управления);

• оборудование для приготовления, очистки и регенерации промывочного раствора (блок приготовления, вибросита, песко и глиноотделители, подпорные насосы, емкости для химических реагентов, воды и промывочного раствора);

• манифольд (нагнетательная линия в блочном исполнении, дроссельно-запорные устройства, буровой рукав);

• устройства для обогрева блоков буровой установки (теплогенераторы, отопительные радиаторы и коммуникации для разводки теплоносителя).

Выбор буровой установки в рамках рабочего проекта на строительство скважины должен производиться с таким рас­четом, чтобы сумма статических и динамических нагрузок при спуске (подъеме) наиболее тяжелых бурильных или обсадных колонн, а также при ликвидации аварий (прихватов) не превы­шала величину параметра «Допускаемая нагрузка на крюке» выбранной буровой установки. Как правило, нагрузка на крюке от максимальной расчетной массы бурильной колонны и наи­большей расчетной массы обсадных колонн не должны превы­шать соответственно 0,6 и 0,9 «Допускаемой нагрузки на крю­ке». Выбор должен производиться по большей из указанных нагрузок.

Выбор типа импортных буровых установок должен произво­диться с учетом вышеназванных критериев и нормативов.

Буровые установки для бурения скважин глубиной свыше 4000 м по требованию заказчика оснащаются автоматами спуско-подъемных операций.

Буровые установки должны оснащаться верхним приводом при:

— бурении скважин с глубины более 4500 м;

— вскрытии пластов с ожидаемым содержанием в пластовом флюиде сероводорода свыше 6 (объемных) процентов;

— наборе угла с радиусом кривизны менее 30 м в наклонно- направленных скважинах;

— бурении горизонтального участка ствола скважины длиной 300 м. в скважинах глубиной по вертикали более 3000 м.

Буровые установки (в том числе импортные) должны быть выполнены во взрывозащищенном варианте.

Оснащенность буровых установок светильниками должна обеспечивать освещенность:

- роторного ствола – 100 лк;

- пути движения талевого блока — 30 лк;

- помещения вышечного и насосного блоков – 75 лк;

- превенторной установки — 75 лк;

- лестниц, маршей, сходов, приемного моста — 10 лк.

Управление буровой лебедкой должно осуществляться с пульта бурильщика. Пуск буровых насосов в работу должен производиться с местного поста управления, а регулирование их работы и остановка — с пульта бурильщика и местного поста управления.

Работы на приемном мосту буровой установки по затаскиванию и выбросу труб, а также работы по обслуживанию (замене) гидравлических блоков буровых насосов должны быть механизированы, а управление грузоподъемными механизмами для работы на приемном мосту — дистанционным.

Конструкция вспомогательной лебедки должна обеспечивать плавное перемещение и надежное удержание груза на весу. С пульта управления лебедкой оператору должен быть обеспечен обзор места работы и перемещения груза. При необходимости должен быть установлен дублирующий пульт управления.

Буровая установка должна быть укомплектована:

— ограничителем высоты подъема талевого блока;

— ограничителем допускаемой нагрузки на крюке;

— блокирующими устройствами по отключению привода буровых насосов при превышении давления в нагнетательном трубопроводе на 10—15 % выше максимального рабочего давления насосов для соответствующей цилиндровой втулки;

— станцией (приборами) контроля параметров бурения (тип станции устанавливается заказчиком);

— приемным мостом с горизонтальным участком длиной не менее 14 м, шириной - не менее 2 м. и стеллажами. Запрещается укладка труб на стеллажах в штабели высотой более 1,25 м;

— механизмами для приготовления, обработки, утяжеления, очистки, дегазации и перемешивания раствора, сбора шлама и отработанной жидкости при безамбарном бурении;

— устройством для осушки воздуха, подаваемого в пневмосистему управления буровой установки;

— успокоителем ходового конца талевого каната;

— системами обогрева рабочих мест;

— блокирующими устройствами по предупреждению включе­ния ротора при снятых ограждениях и поднятых клиньях ПКР;

— приспособлением (поясом) для А-образных мачт и вышек с открытой передней гранью, предотвращающих паление устанав­ливаемых (установленных) за палец свечей;

— системой приемных емкостей, оборудованных уровнемера­ми и автоматической сигнализацией уровня жидкости в них;

— градуированной мерной емкостью для контролируемого долива скважины, оснащенной уровнемером.

Все закрытые помещения буровой установки, где воз­можны возникновение или проникновение воспламеняющихся смесей, оборудуются приточно-вытяжной вентиляцией с механи­ческим побуждением, обеспечивающей воздухообмен в соответ­ствии с требованиями санитарных норм и правил. Режим работы вентиляции от момента вскрытия продуктивного горизонта до окончания строительства скважины должен быть постоянным. При достижении 20 % от нижнего предела воспламенения смеси воздуха с углеводородами должен включаться предупредитель­ный сигнал, а при достижении 50% предела - должно быть обеспечено полное отключение оборудования и механизмов.

Конструкция основания буровой вышки должна пре­дусматривать возможность:

— монтажа превенторной установки на устье скважины и де­монтажа основания при установленной фонтанной арматуре или части ее;

— установки стола ротора на уровне пола буровой, а также рационального размещения:

— средств автоматизации, механизации и пультов управлений,

— обогреваемого подсвечника со стоком раствора;

— воздухо-, масло-, топливопроводов и средств системы обо­грева;

— механизма крепления неподвижной ветви талевой системы.

— механизмов по изменению положения машинных ключей по высоте;

— механизма крепления рабочих и страховочных канатов ма­шинных ключей;

— шурфов для наращивания, установки ведущей трубы и (при необходимости) утяжеленных бурильных труб;

— устройств на механизации установки ведущей трубы и УБТ в шурфы.

Применяемые крепления всех приспособлений и устройств, устанавливаемых на вышках, должны исключать их са­мопроизвольное раскрепление и падение. Приспособления и уст­ройства должны быть застрахованы от падения.

Вышки (кроме мобильных буровых установок) долж­ны быть оборудованы площадками для обслуживания кронблока и замены бурового шланга. При ручной расстановке свечей вышки оборудуются площадкой верхового рабочего с устрой­ством для его эвакуации в случае возникновения аварийной си­туации. Устройство должно быть расположено за пределами вышки и обеспечивать эвакуацию верхового рабочего за преде­лы внутривышечного пространства.