Особенности технологии бурения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экзаменационные вопросы

по дисциплине "Бурение нефтяных и газовых скважин"

гр. РФ-11-9, осенний семестр 2012/13 уч. г.

1. Понятие о скважине. Классификация скважин

· Скважина - цилиндрическая горная выработка сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше ее длины.

Классификация по назначению:

· Опорные

· Параметрические

· Структурные

· Поисковые

· Разведочные

· Эксплуатационные

· Оценочные

· Нагнетательные

· Наблюдательные

· Специальные

Классификация по глубине:

· Мелкие до 1500

· Средние до 4500

· Глубокие до 6000

· Сверхглубокие больше 6000

Классификация по направлению:

· Вертикальные

· Наклонно-направленные

· Горизонтальные

· Многозабойные

Классификация по диаметру:

· скважины небольшого диаметра (25 - 100 мм)

· скважины со средним диаметром (100 - 500 мм)

· скважины большого диаметра (500 - 900 мм и более)

2. Вращательный способ бурения скважин

При вращательном способе бурения грунт забоя разрушают вращением бурового инструмента, при ударном способе - нанося удары по грунту буровым снарядом.

Вращательный способ бурения характеризуется высокой производительностью, более низкой стоимостью буровых работ, возможностью бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин. При вращательном способе бурения порода забоя истирается, ее режут или скалывают буровым инструментом, жестко закрепленным на нижнем конце вращающейся штанги.

3. Вращение долота. Возможности управления этим процессом. Создание и регулирование нагрузки на долото. Понятие "нейтрального сечения". Принцип действия ГИВ

Известен способ формирования осевой нагрузки на долото, основанный на нагружении долота, создании на забое гидравлических импульсов и фиксировании их на устье скважины, по которым осуществляют формирование осевой нагрузки.

Точка пересечения кривых, в которой горизонтальные составляющие скорости перемещения металла и окружной скорости валков равны, соответствует положению сечения, которое называется нейтральным или критическим сечением.

Гидравлический индикатор веса (ГИВ) предназначен для определения веса колонны труб на крюке, нагрузки на долото, нагрузки на вышку, времени затраченного на СПО, времени бурения, времени простоя бригады, наличие затяжек и подсадок инструмента.

Утяжеленные бурильные трубы применяются для увеличения массы (веса) и жесткости бурильной колонны. УБТ устанавливают в нижней части бурильной колонны. Установка УБТ позволяет при относительно небольшой длине создавать частью их веса необходимую осевую нагрузку на долото.

Осевая нагрузка на долото G - создает необходимое усилие для разрушения горной породы на забое.

G = g D (g = 1,5 - 15 кН/см).

Осевая нагрузка на долото измеряется гидравлическим индикатором веса.

Нейтральное сечение - сечение, где нет напряжения. Нижняя часть труб сжата. Проектируют так, чтобы нейтральное сечение попало на зону утяжеленных бурильных труб.

4. Схема циркуляционной системы буровой установки. Устройства для очистки буровых растворов. Задачи и схема гидравлического расчета

Выбор исходных данных для решения задач по гидравлическому расчету простого трубопровода зависит, с одной стороны, от условий задачи (что требуется определить: диаметр d трубопровода, напор H, расход жидкости Q), а с другой стороны, от геометрических параметров трубопровода и типа применяемых труб.

Расчетная схема обычно представляет собой принципиальную схему проектируемой гидравлической системы, на которой дополнительно отражаются живые сечения, их вертикальные координаты от выбранной произвольно горизонтальной координаты сравнения, длины участков трубопровода, а также местные сопротивления.

Гидравлический расчет трубопроводов обычно сводится к определению одной из трех величин при заданных других:

· диаметра трубопровода d при заданных расходе Q жидкости и напоре H (или избыточного давления pи)

· напора H (или избыточного давления pи) при известных расходе Q жидкости, диаметре d и длине трубопровода l

· расхода Q жидкости при известных диаметре d трубопровода, его длине l и напоре H (или избыточного давления pи)

5. Информационно-измерительные системы и геонавигационные системы в бурении. Бурение на депрессии

Преимущества бурения на депрессии по сравнению с традиционным:

· Сохранение естественных коллекторских свойств пород.

· Увеличение скорости бурения и проходки на долото.

· Снижение вероятности прихвата бурового инструмента.

· Сведение к минимуму потерь бурового раствора в скважине.

· Повышение точности оценки параметров продуктивного пласта.

· Увеличение продуктивности скважины (часто выражается в повышении конечной нефтеотдачи).

Увеличение скорости бурения

При бурении на депрессии скорость проходки по сравнению с бурением традиционным способом выше (до 10 раз).

Размещено на http://www.allbest.ru/

6. Механические свойства горных пород

Механические свойства горных пород - способность горных пород реагировать на внешнее воздействие.

Основные физико-механические свойства горных пород, влияющие на процесс бурения:

· - упругость;

· - пластичность;

· -прочность (твердость);

· - абразивность;

· -сплошность.

Упругость - способность горных пород изменять форму и объем под влиянием силовых воздействий и полностью восстанавливать первоначальное состояние после устранения воздействий.

Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости (модуль Юнга) и коэффициентом Пуассона. Модуль упругости горных пород зависит от их минералогического состава, вида нагружения и величины приложенной нагрузки, от структуры, текстуры и глубины залегания пород, от состава и строения цементирующего вещества, от степени влажности, песчаности и карбонатности пород.

Пластичность - способность горных пород изменять форму и объем под влиянием силовых воздействий и сохранять остаточные деформации после устранения воздействий.

Разрушению некоторых пород предшествует пластическая деформация. Она начинается, как только напряжения в породе превысят предел упругости. Пластичность зависит от минералогического состава горных пород и уменьшается с увеличением содержания кварца, полевого шпата и некоторых других минералов. Высокими пластическими свойствами обладают глины и некоторые породы, содержащие соли.

Прочность - способность горной породы сопротивляться механическому разрушению.

Основным показателем прочностных свойств горной породы является Твердость - способность породы сопротивляться внедрению в нее постороннего тела.

Твердость по штампу - местная прочность на вдавливание в образец породы стального штампа, имеющего плоскую опорную поверхность.

По характеру деформации под штампом все осадочные породы поделены на 12 категорий:

Мягкие (категории 1 - 3) М

Средние (категории 4 - 5) С

Твердые (категории 6 - 7) Т

Крепкие (категории 8 - 9) К

Очень крепкие (категории 10 - 12) ОК

Абразивность - способность горной породы изнашивать контактирующий с ней породоразрушающий инструмент в процессе их взаимодействия.

Оценивается по интенсивности износа эталонного образца при взаимодействии с породой.

Среди горных пород наибольшей абразивностью обладают кварцевые и полевошпатовые песчаники и алевролиты (сцементированные обломочные породы с обломочными зернами размером от 0,01 до 0,1 мм).

По показателю абразивности все горные породы поделены на 8 категорий (от малоабразивных до высокоабразивных)

Сплошность характеризует структурное состояние горных пород, которое зависит от внутриструктурных нарушений (трещин, пор, поверхностей рыхлого контакта зерен и т. д.).

Сплошность определяется пористостью горной породы и характеризует возможность передачи внутрь породы давления внешней жидкостной или газовой среды.

Разделяют четыре категории сплошности:

1- породы, внутрь которых может проникнуть исходный глинистый раствор;

2- породы, внутрь которых проникает не только жидкость, но и твердые (глинистые) частицы;

3- породы, внутрь которых передается давление только маловязкой жидкости (типа воды);

4- породы, внутрь которых внешнее гидравлическое давление не передается.

Анизотропность горных пород - неравнозначность их механических свойств в разных направлениях. Анизотропность связана со структурой и с текстурой горных пород.

7. Определение свойств горных пород методом статического вдавливания штампа. Механизм разрушения горной породы

Истирание (микроскалывание) - процесс разрушения ГП, когда в результате применения рабочих органов очень малых размеров (мелкие алмазные зерна) удается создать чрезвычайно высокое контактное давление и вызвать пластическое деформирование ГП под индентором с одновременным микроскалыванием в прилегающей зоне.

Способы разрушения горных пород

Горная порода разрушается долотом в основном посредством резания, скалывания или дробления.

При резании осевая нагрузка действует непрерывно и ее можно считать статической. В процессе скалывания и дробления приложенное усилие действует на забой прерывно, что вызывает дополнительные динамические нагрузки на забой (удары).

· Резание может осуществляться лопастными долотами и долотами с алмазно-твердосплавными пластинами PDC.

· Скалывание происходит при использовании лопастных или шарошечных долот.

· Дробление может осуществляться только шарошечными долотами. Алмазные долота разрушают породу путем истирания и резания.

При экспериментальном изучении деформировании и разрушения горных пород вдавливанием элементы вооружения породоразрушающих инструментов рассматриваются как инденторы. Они разделены на две большие группы с плоской рабочей поверхностью (притуплённый клин) и со скругленной рабочей поверхностью (зубки с цилиндрической и сферической рабочими поверхностями). Особенности напряженного состояния горных пород при вдавливании элементов и вооружения (инденторов) с плоской рабочей поверхностью рассматриваются на примере вдавливания цилиндрического штампа с плоским основанием, а со скругленной рабочей поверхностью - на примере штампа со сферической рабочей поверхностью и клинового штампа с цилиндрической рабочей поверхностью.

8. Породоразрушающий инструмент. Классификация буровых долот, их краткое описание

Долото - инструмент для разрушения горной породы в процессе бурения. бурение скважина порода керн

Породоразрушающий инструмент предназначен для передачи энергии горной породе с целью ее разрушения. Эффективность разрушения породы зависит от ее механических свойств и характера воздействия породоразрушающего инструмента. Классификация породоразрушающего инструмента

По превалирующему механизму разрушения горной породы:

· Режущего

· Режуще-скалывающего действия,

· Скалывающего

· Дробяще-скалывающего,

· Дробящего;

· Истирающего действия.

По назначению:

· инструмент для сплошного бурения (бурение без отбора керна). Разрушает горную породу по всему забою и предназначен для проходки ствола скважины. Инструмент, принадлежащий к этой группе, обычно называют долотом;

· инструмент для бурения с отбором керна (колонковое бурение). Горная порода разрушается по кольцевому забою. В осевой части забоя формируется керн - целик породы в виде колонки, который извлекают на поверхность. В зависимости от конструктивных особенностей различают коронки и бурильные головки;

· инструмент (долота) специального назначения. Применяют для разбуривания цементных стаканов в обсадных колоннах, искривления скважин, разрушения попавших на забой посторонних металлических предметов, расширения ствола скважины и выполнения различных вспомогательных работ.

По конструкции:

· опорный (шарошечный). Имеет опору, на которой закреплена шарошка, независимо вращающаяся во время вращения долота по забою. Опора может быть герметизированной (современные конструкции долот) и негерметизированной. Шарошка имеет породоразрушающие элементы - зубья (литые, кованные или фрезерованные) или твердые зубки (штыри). Шарошек может быть несколько, как правило, три.

· безопорный. Имеет лопасти или матрицу, составляющие с корпусом одно целое (лопастной, истирающе-режущий, алмазный инструмент). На лопастях или матрице закреплены породоразрушающие элементы.

По конструкции системы промывки:

· с центральной промывкой;

· с периферийной промывкой, в том числе гидромониторной.

9. 3-х шарошечные долота. Особенности конструкции и применения алмазных долот и долот PDC

Используются для твердых пород на больших глубинах.

Виды алмазных долот:

- Д с вооружением из природных и синтетических алмазов (однослойные).

- Д с твердосплавными вставками из карбида вольфрама.

- Д с алмазными твердосплавными пластинами. PDC

- Д импрегнированные алмазные долота (многослойные)

Эти долота оснащаются наиболее дешевыми натуральными алмазами подгруппы борт и синтетическими (искусственными) алмазами. Для повышения сопротивления разрушению алмазы предварительно обрабатывают. Алмазное долото состоит из полого стального корпуса, включающего головку и переводник с присоединительной резьбой, матрицы на секторах которой размещены алмазы. В матрице долота выполнены промывочные отверстия, переходящие в промывочные каналы. Зерна алмазов должны выступать над матрицей 1/5 - 1/4 от их диаметра. Инструменты с алмазами, размещенными только в поверхностном слое матрицы, называются однослойными.

При оснащении мелкими алмазами их размещают в поверхностном слое матрицы - импрегнированные.

Алмазы разрушают горную породу микрорезанием, передеформированием с последующим усталостным отделением частиц породы или ее истиранием. С увеличением осевой нагрузки на долото внедрение алмазов быстро достигает предельного значения. Дальнейшее повышение нагрузки не приведет к росту интенсивности разрушений горной породы, а возрастающая при этом работа трения может вызвать опережающий износ матрицы, оголение и выпадение алмазов. Кроме того, расчет опасность чрезмерного повышения температуры алмазов, их окисления и даже графитизации. Поэтому большая роль играет эффективное охлаждение рабочих поверхностей алмазных породоразрушающих инструментов. Но интенсивная промывка матрицы может вызвать эрозионное изнашивание матрицы. Поэтому режим работы алмазными инструментами строго регламентирован инструкциям по эксплуатации.

Высокая хрупкость алмазов не допускает наличия на забое скважины твердых предметов (например, шарошки долот, твердосплавные зубки). Поэтому забой перед разбуриванием алмазными долотами необходимо очистить. Выход и строя может произойти в результате абразивного и эрозионного изнашивания матриц и потери алмазов, растрескивания и выпадения алмазов, забивания системы промывки долота и образования на нем сальника. Признаки отказа долота - снижение механической скорости бурения или увеличение давления промывочной жидкости на насосе.

Режущий тип долота. Изобретено в 1984 г. В Америке, совершило техническую революцию в области бурения. Безопорное долото с твердосплавными алмазными пластинами работает сотни часов. Универсально для твердых и мягких горных пород. Ориентировочная стоимость 1 млн. руб.

Механическая скорость проходки долота - 5-10м/час.

Время износа 100-300 часов.

Долота, армированные поликристаллическими алмазными зубками PDC, обладают высокой износостойкостью и работоспособностью, что обеспечивает кратное увеличение проходки за долбление при высокой механической скорости бурения. Геометрия спиральных лопастей облегчает вынос шлама с забоя и стабилизирует долото на забое. Конструкция высоких лопастей снижает вероятность образования сальника и улучшает очистку забоя от выбуренной породы.

10. Инструмент для отбора керна

Виды отборов керна

Стандартный отбор керна;

Отбор изолированного керна;

Отбор ориентированного керна;

Отбор герметизированного керна.

Бурильные головки в отличие от долот не бывают гидромониторными. Более того в их конструкции предусмотрены меры по защите керна от прямого воздействия струй промывочной жидкости. Наилучшие результаты с точки зрения качества керна дают алмазные бурильные головки и головки, оснащенные сверхтвердыми материалами. Шарошечные бурильные головки используются как с несъемными, так и со съемными колонковыми трубами.

1. Трехшарошечная бурильная головка, предназначенная для бурения с отбором керна в абразивных породах средней твердости. Консольное расположение цапф позволило сконструировать надежные опоры. Шарошки снабжены твердосплавленными зубцами с клиновидной породоразрушающей поверхностью. Промывочная жидкость подается через три отверстия расположенных между шарошками.

2. Шестишарошечная бурильная головка, предназначенная для бурения с отбором керна в неабразивных породах средней твердости с пропластинками твердых пород. Она имеет три шарошки, контактирующие со стенкой скважины и формирующие ствол скважины, и три шарошки, формирующие столбик породы (керн). Первые из них оснащены фрезерованные клиновидными зубцами П-образной формы, а вторые - клиновидными зубцами с наклоном к оси шарошек.

3. Шестишарошечная бурильная головка, предназначенная для бурения с отбором керна в твердых абразивных породах с пропластками крепких абразивных пород, отличается от рассмотренной выше только наличием на шарошках не фрезерованных, а твердосплавленных зубцов с клиновидной породоразрушающей поверхностью.

4. Алмазные бурильные головки выпускаются типов МС, СТ и Т. Они, как и алмазные долота, могут быть однослойными и импрегнированными, со ступенчатыми и гладкими о торами, могут оснащаться как природными или синтетическими алмазами, так и алмазно-твердосплавными пластинами или резцами.

5. Бурильные головки ИСМ изготавливают типов С и Т для работы с керноприемными устройствами с несъемной колонковой трубой. Видно, что бурильные головки ИСМ предназначены для отбора керна в горных породах, твердость которых не превышает шестой категории, но бурильными головки типа Т можно отбирать керн в высокоабразивных горных породах.

11. Понятие о режиме бурения. Критерии оптимизации режима бурения. Влияние параметров режима бурения на показатели работы долот и их износ

Режим бурения - это совокупность тех факторов, которые влияют на эффективность разрушения породы, определяют интенсивность износа долота и которыми можно управлять в процессе работы долота на забое.

Оптимальный режим бурения - обеспечивает наилучшие показатели работы долота и углубления скважины (интервала).

Специальный режим бурения - обеспечивает выполнение специальных операций (набор или стабилизация угла наклона ствола скважины; предотвращение искривления ствола скважины; отбор керна; вскрытие продуктивного пласта; аварийные работы в скважине и др.).

Факторы, определяющие режим бурения, называются параметрами режима бурения. Основные параметры режима бурения:

· Расход бурового раствора Q, м³/с (л/с) - - обеспечивает полную и своевременную очистку забоя и скважины от шлама, а также работу ГЗД.

- условие очистки забоя:

Q1=qуд Fз (qуд = 0,57 - 0,65 м/с)

- условие выноса шлама:

Q2 = V Fк (V = 0,4 - 0,6 м/с)

- условие работы ГЗД ;

· Осевая нагрузка на долото G, кН (тс) - создает необходимое усилие для разрушения горной породы на забое.

G = g D (g = 1,5 - 15 кН/см);

· Частота вращения долота n, с-1 (об/мин) - - оказывает влияние на скорость углубления забоя.

- низкооборотный режим n < 150 об/мин

- среднеоборотный режим n = от 150 до 450 об/мин

- высокооборотный режим n = от 450 до 750 об/мин.

· Плотность с, кг/м³ (г/см³) - масса единицы объема жидкости, кг/м³ (г/см³), характеризует гидростатическое давление столба жидкости в скважине и определяет гидравлические потери при циркуляции.

· и другие свойства бурового раствора.

Показатели работы долота (показатели бурения скважины):

§ Проходка на долото, h (м) - количество метров, пробуренных данным долотом от начала разрушения породы на забое до момента окончания его работы по углублению скважины;

§ Время механического бурения, t (ч) - количество часов работы долота при разрушении породы на забое;

§ Механическая скорость проходки,

Vм = h / t (м/ч)

- количество метров, пройденных данным долотом за единицу времени механического бурения. Мехскорость проходки характеризует интенсивность разрушения породы на забое. Изменение текущей механической скорости связано с изнашиванием долота, чередованием пород по твердости, изменением режимных параметров в процессе отработки долота. Снижение механической скорости проходки свидетельствует о необходимости подъема долота;

§ Рейсовая скорость бурения,

Vр = h / t+tсп (м/ч)

- количество метров, пройденных данным долотом за единицу суммарного времени механического бурения, спуско-подъема долота и вспомогательных работ. Рейсовая скорость определяет темп углубления скважины. Долото, поднятое при достижении максимума рейсовой скорости, обеспечивает наиболее быструю проходку ствола скважины;

§ Эксплуатационные затраты на 1 м проходки (стоимость 1 м проходки), руб/м. - (стоимость одного метра проходки) равняются сумме стоимости долота, а также всех расходов, необходимых для углубления скважины в данном интервале бурения, отнесенных к длине этого интервала. Расходы, необходимые для углубления скважины, выражаются в величине стоимости 1 часа работы буровой установки по затратам, зависящим от времени.

§ Проходка за рейс долота (hр) - количество метров, пробуренных данным долотом от начала разрушения породы на забое до момента окончания его работы по углублению скважины и подъема долота на поверхность, с целью его повторного использования для бурения. Обычно для шарошечных долот h = hр. Для алмазных долот h = сумме hр.

12. Ведущие бурильные трубы, УБТ, их назначение, типы и области применения

Ведущие бурильные трубы предназначены для передачи крутящего момента бурильному инструменту от ротора или восприятия и передачи реактивного момента от забойного двигателя к ротору при одновременной осевой подачи инструмента. В сечении имеет квадратную, шестигранную или крестообразную форму с отверстием для прохода жидкости. По конструкции: сборные, цельные.

УБТ (Утяжеленные буровые трубы) Назначение: 1.Создание нагрузки на долото, 2.Увеличение жесткости нижней части БК. Типы: 1)Горячекатанные, 2)Сбалансированные, 3)УБТ с фигурными поперечными сечениями.

13. Бурильные замки, резьбы и их сравнительная характеристика

Бурильные замки служат для соединения частей или отдельных элементов бурильной колонны. Резьбы бывают двух типов: мелким (трубным) и крупным (замковым).

Резьба может иметь как правое, так и левое направление.

Трубной резьбам оборудованы бурильные трубы, соединительные муфты, трубные концы замков и переводчиков.

Замковой резьбами оборудованы детали бурильных замков (ниппеле и муфты), переводники, долота, ловильные инструменты и т.п.

1. Профиль витков (ниток) резьбы треугольный с закругленными впадинами. Угол при вершине профиля равен 60°.

2. Резьба всех соединений колонны бурильного инструмента коническая. Угол, образующий конуса для мелкой трубной резьбы, составляет 1/32, что соответствует 147'24" - углу между образующей конуса и прямой, параллельной оси трубы. Этот угол равен половине угла при вершине конуса. Полной конусностью резьбы принято считать двойной уклон, т.е. '/,6. Для крупной замковой резьбы полная конусность в зависимости от размера и типа или 1/6.

3. Число ниток трубной резьбы равно 8 на 24,5 мм с шагом 3,175 мм, число ниток замковой резьбы -- 5 на 25,4 мм с шагом 5,08 мм или 4 на 25,4 мм с шагом 6,35.

14. Проектирование компоновки нижней части бурильной колонны

БК может быть составлена из труб одного диаметра, толщены стенки и материала, но может быть скомбинирована из различных комплектов труб разного диаметра, толщены стенки и материала.

Очень важным при составлении компоновки колонны является выбор КНБК.

КНБК должен быть оснащен такими элементами и устройствами, которые позволят направлять ствол скважины по проектному профилю и создавать необходимую нагрузку на долото, обеспечить получение качественного ствола скважины, беспрепятственный спуск обсадной колонны в скважину.

В состав КНБК с этой целью включают УБТ нескольких размеров по диаметру и длине, несколько центраторов, при необходимости отклоняющие устройства, калибраторы, стабилизаторы и др.

Диаметр УБТ выбирается из условия, чтобы их жесткость была не меньше жесткости обсадной колонны.

15. Понятие о расчете бурильной колонны на прочность

Для осуществления проверочного расчета бурильной колонны на прочность, необходимо знать напряжения, действующие в любом сечении бурильной колонны. Напряжения, возникающие в бурильной колонне, рассчитываются приближенно, так как колонна не является стержнем постоянного сечения из-за наличия высаженных концов на трубах и соединительных элементов.

При вращательном бурении скважин любого назначения бурильная колонна подвергается воздействию различных статических и динамических нагрузок. Так, при бурении скважины с вращающейся бурильной колонной на нее действуют следующие нагрузки: осевая сила расгяжения от собственного веса колонны, осевая сила сжатия, создаваемая весом части колонны; за счет изгибающего момента от действия центробежных сил при вращении колонны и крутящего момента, необходимого для непрерывного вращения колонны.

Изгибающие напряжения носят переменный характер, и зависит от осевой нагрузки, частоты вращения, диаметра труб и скважины, кривизны ее ствола и др. Под действием крутящего момента возникают касательные напряжения, которые в бурильной колонне возрастают от забоя к устью скважины.

При бурении с помощью забойных двигателей на бурильную колонну действуют кроме осевых сил растяжения от собственного веса и сжатия еще и дополнительные нагрузки от перепада давления в забойном двигателе и момент, прикладываемый к колонне для ее периодического проворачивания и др.

Кроме перечисленных статических напряжений растяжений (ур), сжатия (усж) и касательных (ф) на бурильную колонну действуют переменные: касательные в результате действия крутильных колебаний и напряжения растяжения - сжатия в результате продольных колебаний бурильной колонны.

Следует учитывать также, что в процессе бурения скважины происходит разработка ее ствола, изменяется профиль сечения, а следовательно, изменяются и действующие силы в одном сечении колонны. Расчет осложняется также необходимостью учета сил трения и других неучтенных факторов, которые компенсируются опытными коэффициентами запаса.

2 расчета:

1. Проектный,

2. Проверочный

3 Вида:

1. Одноразмерный, односекционный.

2. Одноразмерный, многосекционный.

3. Двехрахмерный, многосекционный.

16. Причины возникновения продольных колебаний долота и их влияние на показатели процесса бурения

Так как нагружаемая горная порода забоя скважины практически всегда неоднородна и в каждый момент времени зубья долота находятся в контакте с забоем в разных сочетаниях, то все это приводит к неравномерному разрушению горной породы. При этом возникают колебания с более низкой частотой, но с большей амплитудой, чем при перекатывании шарошки с зуба на зуб. Изменение осевой нагрузки на долото, происходящее вследствие возникновения продольных колебаний, может составлять 25 ч 50 % и более от величины её среднего значения. Продольные (вертикальные) колебания долота с амплитудой, равной 55 мм, являются обычными. Эти колебания приводят к большим динамическим нагрузкам и являются причиной усталостных поломок элементов бурильной колонны. При прочих равных условиях динамичность будет тем меньше, чем больше число лопастей у долота. На возникновение продольных колебаний значительное влияние оказывает неоднородность прочностных свойств горных пород забоя, наличие трещинноватости в породах.

17. Турбобуры. Принцип их действия и типы турбобуров

При турбинном бурении долото приводится во вращение гидравлическим забойным двигателем - турбобуром, устанавливаемым между долотом и бурильной колонной. Турбобур представляет собой многоступенчатую гидравлическую турбину, к валу которой присоединяется долото. Каждая ступень турбины состоит из статора, жестко соединенного с корпусом турбобура, и ротора, укрепленного на валу турбобура.

В настоящее время применяются одно-, двух-, трех-, четырехсекционные турбобуры с последовательным соединением секций и двух-, трех-, четырехсекционные реактивно-турбинные агрегаты с параллельным соединением секций.

Турбобур - это разновидность бурового оборудования, гидравлический забойный двигатель, в котором гидравлическая энергия потока промывочной жидкости (бурового раствора) преобразуется в механическую энергию вращения вала, соединенного с породоразрушающим инструментом (буровым долотом). Рабочим органом, в котором происходит преобразование энергии, служит многоступенчатая турбина осевого типа.

Принцип действия:

Так как турбобур устанавливают непосредственно над породоразрушающим инструментом, то источником энергии и крутящего момента является давление потока жидкости, движущейся под напором поверхностного насоса.

Поток промывочной жидкости через бурильную колонну подается в первую ступень турбобура. В статоре первой ступени происходит формирование направления потока жидкости, то есть жидкость, пройдя каналы статора, приобретает направление. Таким образом, статор является направляющим аппаратом турбины.

Потоки жидкости из каналов статора поступают на лопатки ротора под заданным углом и осуществляют силовое воздействие на ротор, в результате которого энергия движущейся жидкости создает силы, стремящиеся повернуть ротор, жестко связанный с валом турбины. Поток жидкости из каналов ротора первой ступени поступает на лопатки направляющего аппарата второй ступени, где вновь происходят формирование направления движения потока жидкости и подача её на лопатки ротора второй ступени. На роторе второй ступени также возникает крутящий момент.

В результате жидкость под действием энергии давления, проходит все ступени турбины турбобура и через специальный канал подводится к породоразрушающему инструменту. В многоступенчатых турбобурах крутящие моменты всех ступеней суммируются на валу. В процессе работы турбины на статорах, закрепленных неподвижно в корпусе турбобура, создается реактивный момент, равный по значению, но противоположный по направлению. Реактивный момент через корпус турбобура передается на бурильные трубы и осуществляет их закручивание на определенный угол, зависящий от жесткости и длины бурильной колонны.

Виды:

· Шпиндельные турбобуры (секционные унифицированные) оборудуются шарошечными, либо мощными алмазными долотами. В их состав входят четыре секции: три турбинных (в них размещается около ста турбинных ступеней), и одна шпиндельная.

· Высокомоментные турбобуры оснащаются системой гидроторможения, их возможно использовать при алмазном бурении, но в основном они применяются для глубинного бурения шарошечными долотами. В многосекционных турбобурах турбинные сборки включают пять-шесть секций, они отличаются экономичностью бурового раствора при высокой производительности и более широком спектре режимов бурения.

· Турбобур, обладающий независимой подвеской, в каждой турбинной секции, имеет шариковый подшипник, секционное соединение происходит за счет конической резьбы, характерна подвижность валов в осевом направлении. Осевой зазор, который образуют статор турбины и турбинный ротор, не подвержен влиянию износа упорного подшипника.

· Турбобур, особенностью которого является плавающий статор, не уступает по техническим характеристикам турбобуру, подвеска секций которого независима. Особенность заключается в повышенной нагрузке на осевую опору шпинделя. Турбобур, оборудованный полым валом, применяется для работ в сложных условиях. Оснащаться может как шарошечными, так и алмазными долотами. Используют три секции, при необходимости их число увеличивают до шести. Корпус и полый вал разделяются пространством, которое содержит около ста турбинных ступеней.

· Еще один вид турбобура - с редуктором-вставкой. В них эффективно используются долота шарошечного типа, отличительной особенностью является уменьшенный перепад давления.

18. Реактивно-турбинный способ бурения, область применения, особенности технологии

Реактивно-турбинное бурение - метод сооружения вертикальных стволов и скважин большого диаметра (до 5 м) несколькими турбобурами, соединёнными в один агрегат c долотами, совершающими планетарное движение, перекрывающее всю площадь забоя. Применяется при сооружении вертикальных стволов шахт, вентиляционных стволов в горных выработках, проходке начальных участков сверхглубоких скважин и во всех случаях, когда требуется создание вертикальных стволов больших диаметров.

Aгрегаты для P.-т. б. могут выполняться из 2, 3, 4 и более параллельно расположенных турбобуров, жёстко связанных между собой поперечными траверсами.

19. Особенности технологии бурения с электробурами

Электробуры - это забойные агрегаты, у которых вращающий момент создается погружным маслонаполненным асинхронным электродвигателем. Электробуры предназначены для бурения вертикальных, наклонно-направленных и разветвленно-горизонтальных нефтяных и газовых скважин.

Верхнее значение температуры промывочного раствора у входа в электробур в процессе установившейся циркуляции 80 °C. Обороты выходного вала электробура можно изменять путём установки редуктора.

Частота вращения вала электробура от 660-750 об/мин.

Электрическая энергия, подаваемая на буровую по линии электропередачи, поступает на распределительное устройство высокого напряжения. Отсюда она через понижающий трансформатор и станцию управления по наружному кабелю подается на токоприемник. Последний передает электрическую энергию на кабель, расположенный внутри бурильных труб. По кабелю электрическая энергия поступает к электробуру расположенному вблизи забоя скважины и преобразуется в механическую энергию вращения долота.

20. Механическая характеристика электробура

Вследствие ограниченности диаметра скважины и соответственно диаметра электробура в нем удается разместить лишь 4-5 пар полюсов. При частоте переменного тока 50Гц частота вращения вала изменяется от 660 до 750 об/мин.

Для разбуривания большой группы мягких и средней твердости пластичных абразивных пород эти частоты вращения велики. Их снижают путем уменьшения частоты тока питания до 20-25 Гц и применением редукторов.

При бурении электробуром возможно использование любого буровго раствора.

Преемущества перед турбобуром: более высокий КПД, может обеспечить передачу на долото достаточно больших мощностей и крутящего момента.

21. Причины бурения наклонно - направленных скважин. Их профили, способы проводки. Типы отклонителей

Наклонно направленная (искусственно отклоненная) - скважина, для которой рабочим проектом предусмотрено искусственное отклонение забоя от вертикали.

Цели:

· отклонение ствола скважины от сбросовой зоны (зоны разрыва) в направлении продуктивного горизонта;

· бурение под соляным куполом, в связи с трудностью бурения через купол;

· обход интервала осложнений (обвалы, катастрофическое поглощение и т.д.);

· вскрытие продуктивных пластов, залегающих под искусственными или природными преградами (сооружения, озера, болота и т.д.);

· вскрытие нефтяных и газовых пластов, залегающих под пологим сбросом или между двумя параллельными сбросами;

· бурение с кустовых оснований или морских нефтегазовых сооружений;

· уход в сторону новым стволом, если невозможно ликвидировать аварию в скважине;

· забуривание второго ствола для взятия керна из продуктивного горизонта;

· тушение горящих фонтанов и ликвидации открытых выбросов;

· реконструкция эксплуатационной скважины;

вскрытие продуктивного пласта под определенным углом для увеличения поверхности дренажа, а также в процессе многозабойного вскрытия пластов

Способы бурения:

Бурение горизонтальных скважин

Горизонтальной называется наклонно-направленная скважина, ствол которой вскрывает продуктивный пласт между кровлей и подошвой под углом около 90?, имеющая достаточно протяженную фильтровую зону.

Технические средства направленного бурения

Кривой переводник представляет собой обычный переводник, присоединительные резьбы которого выполнены под углом друг к другу.

Он включается в компоновку между забойным двигателем и УБТ. В результате большой жесткости УБТ в забойном двигателе возникает изгиб, и на породоразрушающем инструменте возникает отклоняющая сила. Величина ее зависит от длины и жесткости забойного двигателя, поэтому кривые переводники используются с односекционными или укороченными турбобурами и винтовыми забойными двигателями.

Интенсивность искривления скважины при применении кривых переводников колеблется в пределах от 1 до 6 град/10 м.

Основные профили наклонно-направленных скважин.

1. Тангенциальный профиль

2. S-образный профиль

3. J-образный профиль

По радиусу кривизны ствола различают три типа профиля горизонтальной скважины:

· с большим радиусом кривизны (> 190 м).

При строительстве таких скважин используется стандартная техника и технология наклонно направленного бурения, позволяющая получать максимальную интенсивность искривления 0,7-2,0°/10 м проходки.

· со средним радиусом кривизны (60-190 м). Максимальная интенсивность искривления скважины составляет 3…10°/10 м при длине горизонтального участка 450-900 м. Наиболее экономичны, т.к. меньшую длину ствола, обеспечивают более точное попадание ствола в заданную точку продуктивного пласта.

· с малым радиусом (10- 60 м).

· Проводка скважин с малым и ультрамалым радиусами (< 10 м) кривизны осуществляется специальными бурильным инструментом, укороченными двигателями.

С уменьшением радиуса кривизны ухудшаются условия работы бурильных труб, снижается вероятность прохождения в ствол скважины забойных двигателей, геофизических приборов и обсадных труб.

Вертикальный участок

Отклонители: клиновый, шарнирный, урбинный отклонитель c искривлённой бурильной трубой, кривой переводник, Отклонитель Р-1, Турбинный отклонитель ТО-2.



22. Осложнения в процессе бурения. Виды осложнений, их причины и особенности

Осложнения при бурении - это нарушения непрерывности технологического процесса строительства скважины, вызванные горно-геологическими условиями проходимых пород.

Виды осложнений при бурении

- Поглощения бурового или тампонажного раствора.

- Газонефтеводопроявления.

- Осыпи и обвалы пород, слагающих стенку скважины.

- Сужение ствола скважины.

- Прихват колонны бурильных или обсадных труб.

- Растепление многолетнемерзлых пород.

- Самопроизвольное искривление скважины.

Горно-геологические характеристики:

- Пластовое давление - давление флюида в открытых порах (трещинах) пород - Pпл.

- Поровое давление - давление флюида в закрытых порах (трещинах) пород - Pпор.

- Горное давление - геостатическое давление вышерасположенной толщи пород - Pгор.

- Давление в скважине - гидростатическое давление столба промывочной жидкости в скважине, плюс гидродинамическая составляющая от движения промывочной жидкости

Pск = Pгс + Pгд.

- Депрессия в скважине, когда Pск < Pпл.

- Репрессия в скважине, когда Pск > Pпл.

-Коэффициент аномальности пластового давления

-Давление поглощения или гидроразрыва - давление на стенку скважины, при котором возникает поглощение в пласт всех фаз промывочной жидкости - Pгр.

-Фильтрация промывочной жидкости, когда в пласт поглощается жидкая фаза, а твердая остается на стенке скважины и образует фильтрационную корку.

-Индекс (коэффициент) давления поглощения (гидроразрыва)



Осложнения, связанные с нарушением целостности стенки скважины

Обвалы, (осыпи) происходят при прохождении уплотненных глин, аргиллитов или глинистых сланцев. В результате увлажнения буровым раствором или ее фильтратом снижается предел прочности уплотненной глины, аргиллита или глинистого сланца, что ведет к их обрушению (осыпям).

Обвалам (осыпям) может способствовать набухание. Проникновение свободной воды, которая содержится в больших количествах в растворах, в пласты, сложенные уплотненными глинами, аргиллитами или глинистыми сланцами, приводит к их набуханию, выпучиванию в ствол скважины и в конечном счете к обрушению (осыпанию).

Небольшие осыпи могут происходить из-за механического воздействия бурильного инструмента на стенки скважины. Обвалы (осыпи) могут произойти также в результате действия тектонических сил, обусловливающих сжатие пород.

Меры предупреждения обвалов (осыпей)

1. Бурение в зоне возможных обвалов (осыпей) с промывкой буровым раствором, имеющим минимальный показатель фильтрации и максимально возможно высокую плотность.

2. Правильная организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки.

3. Выполнение следующих рекомендаций:

а) бурить скважины по возможности меньшего диаметра;

б) бурить от башмака (нижней части) предыдущей колонны до башмака последующей колонны долотами одного размера;

в) поддерживать скорость восходящего потока в затрубном пространстве не менее 1,5 м/с;

г) подавать бурильную колонну на забой плавно;

д) избегать значительных колебаний плотности бурового раствора;

е) перед подъемом бурильной колонны утяжелять раствор, доводя его плотность до необходимой, если в процессе бурения произошло ее снижение;

ж) не допускать длительного пребывания бурильной колонны без движения.

Меры предупреждения ползучести

- Разбуривание отложений, представленных породами, склонными к ползучести, с промывкой утяжеленными глинистыми растворами.

- Правильная организация работ, обеспечивающая высокие механические скорости проходки.

- Использование при бурении вертикальных скважин такой компоновки бурильной, колонны, при которой искривление скважин сводится к нулю.

- Подъем при цементировании обсадных колонн цементного раствора в затрубном пространстве на 50-100 м и выше отложений, которые представлены породами, склонными к ползучести (вытеканию).

- При креплении скважины обсадной колонной в интервале пород, склонных к ползучести, установка трубы с повышенной толщиной стенки для предотвращения смятия обсадной колонны.

Растворение

Растворение происходит при прохождении соляных пород. Соляные породы, слагающие стенки скважины, растворяются под действием потока промывочной жидкости.

Устойчивость (по отношению к растворению) стенки скважины, сложенной однородными породами, независимо от скорости восходящего потока, может быть достигнута лишь при условии полного насыщения бурового раствора солью (соль, содержащаяся в растворе, должна быть такой же, как соль, из которой сложены стенки скважины).

При небольшой мощности неоднородных солей основной мерой предупреждения их растворения является максимальное форсирование режима бурения с последующим спуском колонны и ее цементирование.

При большой мощности неоднородных солей наиболее надежное средство предотвращения их интенсивного растворения - бурение с применением безводных буровых растворов. Хорошие результаты дает использование солестойких буровых растворов и растворов, приготовленных из палыгорскита.

23. Поглощения буровых растворов в процессе бурения скважин. Причины, способы предупреждения и методы ликвидации

Поглощение бурового раствора происходит в результате превышения давления в скважине Pск над пластовым давлением Pпл, когда раствор из скважины, преодолевая местные гидравлические сопротивления, проникает в поры и трещины породы.

Факторы, влияющие на возникновение поглощений:

- Геологические: тип поглощающего пласта; его мощность и глубина залегания; низкая сопротивляемость породы гидроразрыву; значение пластового давления; вид пластового флюида.

- Технологические: способ бурения; количество и качество промывочной жидкости, подаваемой в скважину; скорость проведения СПО.

Необходимые условия поглощения:

- Высокая проницаемость и гидропроводность пласта.

- Высокий перепад давления Pск - Pпл, превышающий критическое значение.

- Низкая прочность породы приводит к гидроразрыву пласта.

- Особая опасность - зоны с АНПД.

Методы предупреждения и ликвидации поглощений:

- Снижение гидростатического давления в скважине за счет уменьшения плотности промывочной жидкости.

- Снижение гидродинамического давления на стенку скважины за счет выбора КНБК, ограничения скорости СПО, недопущения сальников и др.

- Изоляция поглощающего пласта от скважины закупоркой каналов поглощений специальными материалами, тампонажными растворами и пастами.

- Бурение без выхода бурового раствора с последующим спуском обсадной колонны.

Для борьбы с поглощениями бурового раствора широко применяют пакеры различных конструкций, которые герметизируют и разобщают затрубное пространство скважины.

Для ликвидации высокоинтенсивных поглощений бурового раствора используют перекрывающие устройства, представляющие собой эластичную сетчатую оболочку.

24. Газонефтеводопроявления в процессе бурения скважин. Причины, способы предупреждения и методы ликвидации

ГНВП происходит в результате превышения давления в пласте Pпл над давлением в скважине Pск, когда пластовый флюид, преодолевая местные гидравлические сопротивления, через поры и трещины породы проникает в скважинное пространство.

ГНВП может привести к грифонам, газонефтяным фонтанам, взрывам, пожарам.

Особая опасность - при бурении газовых скважин в зонах с АВПД.

Основные признаки ГНВП:

- увеличение объема бурового раствора в емкостях;-повышение газосодержания в буровом растворе;

- изменение свойств бурового раствора;-возрастание мехскорости проходки.

ГНВП может также возникнуть при понижении уровня промывочной жидкости в скважине вследствие потери циркуляции или при подъеме бурильных труб с недостаточным доливом скважины.

Предупреждение ГНВП

- Увеличение плотности бурового раствора.

- Обязательные промежуточные промывки скважины и промывка перед подъемом колонны бурильных труб.

- Предотвращение резких колебаний давления в скважине при СПО.

- Обязательный непрерывный долив скважины при подъеме труб.

- Установка обратного клапана в ведущей трубе.

- Установка противовыбросового оборудования - превенторов.

Превенторы:

- Плашечный.

- Универсальный.

- Вращающийся.

25. Назначение и классификация ПВО

Противовыбросовое оборудование для герметизации устья скважин устанавливается на колонном фланце кондуктора и состоит из превенторов, переходных фланцевых катушек, задвижек, колонных головок и другой специальной арматуры.

26. Аварии в процессе бурения, причины возникновения и способы ликвидации

Авария - нарушение непрерывности технологического процесса строительства (бурения, крепления и испытания) скважины,, вызванные несоблюдением требований технического проекта, регламентов и др. нормативно-технической документации, требующее для его ликвидации проведения специальных работ, не предусмотренных проектом.

Аварии происходят главным образом в результате несоблюдения утвержденного режима бурения, неисправности бурового оборудования и бурильного инструмента и недостаточной квалификации или халатности членов буровой бригады.

Виды аварий при бурении

- Аварии с буровыми долотами.

- Аварии с забойными двигателями.

- Аварии с бурильными трубами.

- Аварии с обсадными трубами.

- Аварии с наземным буровым оборудованием.

-Аварии с геофизическими и другими измерительными приборами.

- Аварии при освоении скважин.

Поломка долот

Поломка долот вызывается спуском дефектных долот при отсутствии надлежащей проверки их, чрезмерными нагрузками на долото и передержкой долот на забое. Заклинивание шарошек возникает вследствие прекращения вращения шарошек на забое скважины, т. е. происходит прихват на их осях.

Перед спуском долота в скважину необходимо проверить его диаметр кольцевым шаблоном, а также проверить замковую резьбу, сварочные швы лап и корпуса и промывочные отверстия

Следует бурить интервал скважины в соответствии с указаниями геолого-технического наряда. Особое внимание должно быть обращено на очистку промывочной жидкости;

Поднятое из скважины долото следует отвинчивать при помощи долотной доски, вставленной в ротор, промывать водой, подвергать наружному осмотру и замеру.

Рекомендуется периодически очищать забой скважины от металла магнитным фрезером или забойным шламоуловителем.

Аварии с бурильными трубами

Аварии с бурильными трубами чаще бывают при роторном бурении.

Мероприятия по предупреждению аварий с бурильными трубами:

Ш организация учета и отработка бурильных труб в строгом соответствии с инструкцией;

Ш технически правильный монтаж труб и замков, обеспечиваемый предварительным осмотром и обмером их, калибровкой резьбы гладкими и резьбовыми калибрами, подбором замков к трубам по натягу и принудительным закреплением замка в горячем состоянии;

Ш организация обязательной профилактической проверки всех труб после окончания бурения скважины путем наружного осмотра, проверки основных размеров и гидравлического испытания;

Ш обязательное крепление всех замковых соединений машинными ключами при наращивании и спуске колонны при турбинном бурении;

Ш использование предохранительных колпаков или колец, навинчиваемых на резьбу замков;

...