История создания электробуров

Размещено на http://allbest.ru

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе» (мгри)

Кафедра современных технологий бурения скважин

Реферат

Тема: «История создания электробуров»

По дисциплине: «Технология бурения нефтяных и газовых скважин»

Выполнил: студент Холматова М.И.

Принял:

Москва, 2020

Введение

Электробурение можно отнести к относительно молодым способам разработки скважин. Ведь его зарождение напрямую связано с использованием электроэнергии. А ее активное промышленное применение началось только в конце XIX века.

Идея электробура для ударного бурения принадлежит русскому инженеру В. И. Делову (1899). В 1938-40 в СССР А. П. Островским и Н. В. Александровым создан и применен первый в мире электробур для вращательного бурения, спускаемый в скважину на бурильных трубах.

Электробурение является одним из наиболее перспективных способов строительства скважин, поскольку сочетает в себе преимущества роторного бурения и бурения забойными двигателями. Этот способ позволяет использовать энергосберегающие технологии, выполнять требования по защите окружающей среды и охране недр при освоении месторождений, особенно в сложных горно-геологических условиях. Однако, электробурение пока не получило широкого применения даже в лучшие годы своего развития, а в нынешних переходных условиях и вовсе находится в плачевном состоянии.

Общие сведения

Электробур -- это буровая забойная машина, приводимая в действие электрической энергией и сообщающая вращательное движение породоразрушающему инструменту. Электробур с долотом опускается в скважину на бурильных трубах. Колонна бурильных труб служит для поддержания электробура, восприятия реактивного момента, подачи к забою бурового раствора и размещения в нем токоподвода. Вал электробура полый, через него буровой раствор попадает к долоту.

Электроэнергия к электробуру подается по кабелю, подведенному к буровому шлангу, соединенному посредством токоприемника с кабелем, вмонтированным в бурильные трубы. Токоприемник представляет собой систему контактных колец и щеток, которые помещены в герметически закрытом корпусе, предохраняющем их от попадания бурового раствора. Подвод электроэнергии через контактные кольца и щетки позволяет вращать колонну бурильных труб, не нарушая подвода тока к электробуру. Кабель (трех- или двужильный) вмонтирован в бурильные трубы отрезками, которые при свинчивании труб автоматически соединяются специальными муфтами, укрепленными в бурильных замках.

Этапы развития электробурения. Первые изобретения

В конце XIX и начале XX вв. ряд крупнейших специалистов русской и зарубежной нефтяной техники пытались создать электробур.

Еще в 1879 г. Вернер Сименс сделал неудачную попытку применить электрический ток для приведения в действие штока бурильной машины (перфоратора), предназначенной для выбуривания шпуров при взрывных работах. В 1885 г. американец Вестингауз повторил эту попытку. В 1891 г. голландец Ван-Депель, а затем американец Марвин дали свои конструкции электрических перфораторов, которые были несовершенны и не получили распространения.

Дальнейшее развитие электробурения связано в основном с деятельностью русских ученых. Идея перенесения бурового электродвигателя на забой скважины принадлежит инженеру В. И. Делову, предложившему в 1897 г. электрический автоматический аппарат для ударного бурения, спускаемый в скважину на канате.

Аппарат Делова состоял из соленоида, помещенного в герметически запаянный цилиндр, сердечника, к которому присоединена ударная штанга с долотом, и устройства, автоматически поворачивающего механизм на определенный угол после каждого удара. Этот аппарат был построен и демонстрировался на Нижегородской промышленной выставке в 1903 г.

В 1904 г. Германским акционерным обществом глубокого бурения был предложен «электрический буровой аппарат», который, так же, как и аппарат Делова, был предназначен для ударного бурения скважин. Он состоял из соленоидов, поднимавших ударную штангу. Спуск аппарата в скважину предусматривался на полом канате-кабеле, через который должна была прокачиваться промывочная жидкость.

В 1909 г. Дудниковским и Потворским (Австро-Венгрия) был предложен аппарат для глубокого вращательного бурения, представляющий электродвигатель, непосредственно соединенный со шнеком и долотом и опускаемый в скважину на канате с электрокабелем. Над электродвигателем располагалась желонка, в которой должна была собираться выбуренная горная порода, поднимаемая шнеком. Аппарат крепился на конце обсадных труб, которые опускались в скважину по мере ее углубления.

В 1912 г. в Румынии инженер Кантили применил электробур своей конструкции при бурении скважины в районе Кампина. Однако этот электробур был крайне несовершенен, его приходилось поднимать на поверхность после каждого метра проходки.

Для снижения числа оборотов долота электробура общество «Ситроен» предложило в 1918 г. многоступенчатый редуктор оригинальной конструкции, имеющий небольшие габаритные размеры.

Во всех перечисленных выше изобретениях, предложенных зарубежными и русскими специалистами, присутствовал существенный недостаток. При их использовании не удавалось защитить электродвигатель и другие механизмы забойного агрегата от проникновения в их полость промывочной жидкости и выбуренной породы. Впервые эта задача была разрешена студентом Петербургского политехнического института А. Арутюновым, предложившим в 1914 г. наполнять электродвигатель маслом, создавая при помощи поршня давление внутри двигателя, превышающее давление окружающей среды. В дальнейшем А. Арутюнов за границей на основе этого принципа разработал электродвигатель к погружному насосу системы «Реда» (русский электродвигатель Долгова и Арутюнова) для эксплуатации водяных и нефтяных скважин широко применявшемуся в нефтяной промышленности, а также электробур своей конструкции.

Также в 1929 г. И. Ф. Мухартов предложил электробур с редуктором и приспособлением элеваторного типа для удаления выбуренной горной породы. Этот электробур опускается в скважину на канате и стопорится на конце обсадной колонны, опускаемой по мере углубления скважины.

В 1930 г. Г. 3. Налбандовым был сконструирован более совершенный маслонаполненный редукторный электробур. В нем был предусмотрен маятниковый электрический прибор для указания отклонения ствола скважины от вертикали во время бурения.

Защите механизмов электробура от проникновения промывочной жидкости посвящены и последующие три изобретения. В 1930 г. Н. К Архангельским было предложено создавать противодавление в электробуре за счет разности удельных весов масла, наполняющего электробур, и промывочной жидкости, для чего применен гибкий водонепроницаемый маслонаполненный шланг, идущий к электробуру от поверхности земли. Электроэнергию предполагалось подводить при помощи того же шланга, в котором должны были монтироваться провода.

В том же году братья Кирсановы предложили создавать противодавление в масле, наполняющем электробур, при помощи промежуточного поршня, но с применением пружины, оказывающей дополнительное давление на поршень независимо от глубины погружения электробура, т. е. независимо от гидростатического давления окружающей жидкости.

К проблеме защиты электробура от проникновения окружающей жидкости относилось также изобретение Т.Я Евсюкова, который в 1935 г. предложил заключить электродвигатель с приводным механизмом в кожух, представляющий собой воздушный колокол. Так завершился первый этап развития бурения электробуром.

Новые разновидности электробура

Учитывая трудности спуска электробура на бурильных трубах и подвода электроэнергии к нему, в 1933--1934 гг. были сконструированы новые электробуры для вращательного бурения, опускаемые в скважину на кабеле-канате или на обсадных трубах. В таких электробурах проблемой является создание способа компенсации реактивного момента. Для разрешения этой задачи С. И. Бедняковым был предложен электробур, опускаемый в скважину на канате и отличающийся тем, что для компенсации реактивного момента и лучшего разбуривания забоя скважины применены два вращающихся в противоположные стороны долота, из которых долото меньшего диаметра соединено с валом электродвигателя, а долото большего диаметра -- с кожухом аппарата.

Электробур М. М. Скворцова и Б. М. Плюща опускался на канате или трубах с оригинальной системой зубчатых передач, которые приводили во вращение две фрезы с горизонтальной осью и весь аппарат вокруг вертикальной оси.

Также свой вклад в развитие электробурения внесли русские инженеры А. А. Минин, Н. К Архангельский, К. А. Чефранов и А. А. Погарский. Они в 1947--1954 гг. работали над созданием электробура, опускаемого в скважину на кабеле-канате. В этом электробуре нет специальных устройств, уравновешивающих агрегат на забое. Реактивный момент долота, по предложению А. А. Минина, уравновешивается инерцией корпуса бурильного агрегата, разгоняемого попеременно в обе стороны до определенной наперед заданной скорости.

На основании выше перечисленного материала можно выделить преимущества и недостатки электробура, спускаемого на кабеле-канате. Во-первых, это значительное ускорение спускоподъемных операций. Во-вторых, отсутствие колонны бурильных труб, а значит, облегчение и упрощение наземного оборудования, снижение давления на пласт. В-третьих, облегчение труда буровой бригады, сокращение ее состава и др. Однако, существенным недостатком является скорость бурения этим электробуром и проходка на долото. Они настолько малы, что не окупаются при повышении скорости спускоподъемных операций.

Нельзя не отметить и разработки американских ученых. Фирма «Малтископ» (Кофивил, Канзас) продолжительное время работала над электробуром Форестера, особенностью которого является использование обсадных труб в качестве бурильных. Электробур Форестера имеет электродвигатель мощностью 13 кВт при 3600 об/мин; скорость вращения с помощью редуктора снижается вдвое. Вследствие большой скорости вращения применяется специальное корундовое долото. Циркуляция промывочной жидкости осуществляется через обсадную колонну, как и при обычном бурении. Этот электробур впервые испытывался в 1940 г. при бурении неглубокой скважины в Техасе; опытные работы вели вплоть до 1948 г., но ожидаемых результатов не получили.

В 1947 г. в США впервые был испытан спускаемый на кабеле - канате электробур системы А. Арутюнова (фирма «Реда»). Промышленные испытания его проводили в Оклахоме при бурении до 400 м алмазными долотами в пропластках крепкой горной породы мощностью до 20 м. При этом механическая скорость составляла 2--4 м/ч, что можно объяснить небольшой мощностью электробура и малыми осевыми нагрузками на долото. По имеющимся данным при бурении электробуром этого типа было несколько прихватов с оставлением всего агрегата на забое скважины.

Начало промышленного применения электробура

Описанные выше системы электробуров либо не были осуществлены на практике, либо не доведены до промышленного применения.

Впервые конструкция электробура, нашедшая промышленное применение, была создана в Советском Союзе в 1937--1940 гг. инженерами А. П. Островским, Н. В. Александровым, Н. Г. Григоряном, А. Л. Ильским и другими.

Первый электробур, при помощи которого в Азербайджане была успешно пробурена скважина глубиной около 1500 м, состоял из трехфазного четырехполюсного электродвигателя мощностью 70 кВт, планетарного одноступенчатого редуктора, снижавшего скорость вращения двигателя в 4 раза (с 1450 до 363 об/мин), и шпинделя, соединявшего редуктор с долотом. Наружный диаметр электробура составлял 324 мм, длина -- 8,5 м.

Для защиты механизмов электробура от окружающей жидкости двигатель, редуктор и шпиндель наполняли маслами различной вязкости, разделяя их поршневыми и сальниковыми устройствами. Внутри электробура при помощи компенсатора с тяжелым поршнем создавалось противодавление. Электродвигатель с редуктором и шпинделем заключали в цилиндрический кожух-трубу; назначение последнего состояло в образовании кольцевого зазора, по которому промывочная жидкость направлялась из бурильной колонны к долоту.

Электроэнергия к электробуру подводилась при помощи центрально расположенных в бурильных трубах отрезков трехжильного кабеля с резиновой изоляцией. Отрезки кабеля между собой соединялись специальными резиновыми муфтами.

После испытаний, проведенных в 1940 г., доказавших принципиальную возможность создания электробура и токоподвода к нему, были начаты разработка и изготовление более совершенных машин большей мощности и меньшего диаметра, в том числе безредукторного электробура.

В период Великой Отечественной войны было приостановлено дальнейшее развитие электробурения.

Послевоенное развитие электробурения

После войны в 1947 г. опытно-конструкторские работы по созданию электробуров возобновились с новой силой. В 1948 г. были изготовлены первые безредукторные электробуры с наружным диаметром 250 мм. Испытания на промыслах Азербайджана в 1948--1950 гг. и в Башкирии в 1950-- 1951 гг. подтвердили их эффективность. С 1952 г. в этих районах началось опытно-промышленное бурение электробурами. Были созданы специализированные цехи электробурения, при этом были достигнуты высокие технические показатели бурения.

В дальнейшем электробурение нашло применение на промыслах Украины, Куйбышевской области, Туркмении.

Электробур с долотом опускается в скважину на бурильных трубах, через которые прокачивается промывочная жидкость. Электроэнергия к нему подводится по кабелю, вмонтированному в бурильные трубы. В токоприемнике кабель вводится внутрь бурильных труб. Наличие в токоприемнике скользящих контактов позволяет в случае надобности проворачивать колонну в процессе бурения или вращать ведущую трубу при наращивании. Кабель вмонтирован в бурильные трубы отрезками, которые при свинчивании труб соединяются специальными контактными муфтами, укрепленными в бурильных замках.

Процесс бурения осуществляется с применением автоматического регулятора подачи долота, соединенного с промежуточным валом лебедки цепной передачей. Регулятор подачи плавно подает долото на забой, замедляет или ускоряет подачу в зависимости от загрузки двигателя и буримости породы.

В последующие годы в СССР продолжались опытно-конструкторские и исследовательские работы, направленные на повышение эффективности бурения электробуром и надежности его в работе, снижение стоимости проходки, а также на расширение области применения электробуров. Особенно там, где это наиболее экономически выгодно: бурение скважин с применением утяжеленных растворов, управляемое с поверхности бурения наклонных скважин, бурение глубоких и опорно-технологических скважин, с алмазными долотами, с продувкой забоя газом и промывкой аэрированной жидкостью.

Отметим, что и в Европе в эти годы проявлялся значительный интерес к электробурению. В частности, в ФРГ выдан ряд патентов на электробуры и токоподвод к ним. Так, например, выдан патент на устройство для глубокого вращательного бурения, подвешенное на канате и приводимое в действие при помощи электричества.

Причем в одной из модификаций в нижней части агрегата предусмотрены оптика и телевизионный аппарат для наблюдения за бурголовкой. На промысле в ФРГ акционерным обществом по добыче и переработке нефти был успешно применен электробур, разработанный фирмами «AEG» и «ITG, Celle». Электробур имел асинхронный трехфазный двигатель (54 кВт, 660 В, частота тока 8--16 Гц, скорость вращения вала 150--330 об/мин.) Длина его составляла 18,6 м, наружный диаметр 254 мм.

В США помимо электробура Форестера и Арутюнова разрабатывалась и испытывалась (в процессе бурения промышленных скважин в Техасе близ Марбл Фоллз) буровая установка с гибким кабель-шлангом, на конце которой был укреплен электробур. Для быстрого и непрерывного подъема гибкого шланга (со скоростью 45 м/мин) применяется специальный ретрэктор, состоящий из бесконечной цепи гидравлических зажимов. При бурении в твердых гранитах у Марбл Фоллз механические скорости достигают 1,5-3 м/ч.

Основным преимуществом нового армированного шланга является высокий предел прочности его на разрыв, роль которого будет возрастать при бурении глубоких скважин. При подъеме гибкого шланга для смены долота может работать один человек. Мощный забойный усовершенствованный двигатель фирмы «Реда» управляется с поверхности. Через кабель-шланг, укладываемый по мере прохождения через ретрэктор в большую корзину, буровой раствор циркулирует даже во время спуско-подъема.

Над электробуром на шланго-кабеле работали и во Франции. Установка была смонтирована на судне и была предназначена для бурения на море.

Электробурение в 80-90-е годы

Дальнейшее развитие электробурения связано с началом 80-х годов. На ХХVI съезде КПСС, Центральный Комитет КПСС и Совет Министров постановлением от 12 марта 1981 года (п. «О мерах по техническому перевооружению и улучшению организации буровых работ на нефть и газ») предусматривал в 1981-1985 годах и до 1990 года изготовление и расширение применения электробуров и комплектующего оборудования для бурения скважин, оснащение буровых предприятий совершенными техническими средствами, соответствующими лучшим отечественным и зарубежным образцам, внедрение прогрессивной технологии, обеспечивающей высокоэффективное использование современных видов оборудования, новых типов долот.

Наша страна на тот момент занимала ведущее место в мире по использованию электрооборудования на буровых установках. Установленная мощность двигателей на буровых установках достигала 2000 кВт, а на установках для бурения сверхглубоких скважин 4000 - 5000 кВт. На основании этих данных, можно сделать вывод о том, что мощность электробуров за полвека увеличилась в десятки раз (Начиная с модели А.П. Островского, чья мощность составляла 70 кВт). К числу важнейших видов электрооборудования начали относиться погружные приводы электробуров.

В тоже время большой интерес к электробурению проявлялся во Франции, США, ФРГ, Японии и других странах, расширялась область применения электробуров в этих странах.

Современное электробурение

Вопрос о состоянии и перспективах развития электробурения обсуждался на заседании Нефтегазовой секции Научного совета по комплексным проблемам энергетики при Президиуме Российской Академии наук в мае 1992 г. Помимо отечественных организаций и предприятий заинтересованы в применении электробуров также многие зарубежные фирмы. Однако в настоящее время по ряду причин, о которых я поясню чуть ниже, никто официально, кроме отдельных энтузиастов, проблемами электробурения не занимается.

В заседании приняли участие 26 специалистов из различных организаций, в том числе из районов, где ведутся буровые работы электробуром и производится оборудование для электробурения. Был заслушан доклад ведущего специалиста в области электробурения Б.И. Абызбаева на тему: «Современное состояние и перспективы применения электробуров для бурения нефтяных и газовых скважин и горных выработок различного назначения». С обсуждением доклада и сообщениями о работах, связанных с электробурением, его проблемах и предложениями по его развитию выступило 14 человек, в том числе: В.А. Акатьев, Е.Ф. Дубровин (ГП «Роснефть»), Р.А Латыпов, В.И. Халявкин (ПО «Башнефть»), Н.Ф. Кагарманов (БашНИ-ПИнефть), Н.М. Банков (ИМЭМО РАН), СВ. Исаков, Е.Н. Грискин (СКТБПЭ «Потенциал», г.Харьков), Л.Н. Булгаков (НПО «Высокие технологии», г.Ижевск), Б.М. Бреслав (ВНИИ «Электропривод»). Все выступавшие оценивали электробурение как наиболее эффективный и перспективный способ проводки скважин.

Оценка применяемых способов бурения

Отношение к электробурению весьма сложное, нет единой точки зрения на него как способа бурения, многие не видят в электробуре серьезной конкуренции общепризнанным видам привода долота -- ротору и гидравлическим забойным двигателям. Другие, освоившие электробурение, наоборот считают электробур вне конкуренции по сравнению с широко применяемыми способами бурения.

С целью обоснования действительной роли электробуров в современном бурении и разработке научно-технической политики в этой области необходимо пояснить, почему электробурение ранее не нашло широкого распространения ни в СССР, ни за рубежом.

Комплексный углубленный анализ показывает, что электробур, возникнув в СССР практически одновременно с многоступенчатым турбобуром, сразу же начал в то время уступать последнему по очень важным для такого многофакторного и недетерминированного процесса, каким является бурение, показателям. К ним относятся общая возможность реализации способа в промысловых условиях бурения и соблюдение важнейших требований по простоте обслуживания процесса и надежности способа при освоении месторождений в относительно несложных горно-геологических условиях.

Преимущества турбобура при этом усилились еще и тем, что его энергетическое обеспечение реализуется с помощью не требующего дополнительных капитальных затрат повсеместно применяемого в бурении потока бурового раствора, в то время как необходимое для электробурения автономное снабжение электроэнергией во многих районах бурения до сих пор не налажено. К тому же требуется более высокая культура производства и обслуживания, а также строительство баз по прокату и ремонту электробуровой техники. В этих условиях электробур рассматривался как привод, пригодный только для использования в частных случаях, когда турбобур и ротор уже неэффективны и целесообразно использовать более универсальные возможности электробура.

Электробурение в качестве способа, позволяющего эффективно осуществлять управление процессом бурения, получило признание и стало повышать свою роль в этом качестве в течение последнего десятилетия и, в особенности, в связи с широким развитием горизонтального бурения. В настоящее время за рубежом для бурения ротором и с применением объемных ГЗД разработаны новые технологические процессы с использованием информационно-измерительных систем типа MWD, работающих на базе забойных датчиков, в основе применения которых лежат гидравлические и акустические каналы связи.

Для зарубежных буровых организаций, отдающих предпочтение полностью обоснованным решениям, электробур с самого начала мог привлечь внимание, лишь продемонстрировав решающие преимущества перед роторным способом бурения. Однако электробур в то время, будучи высокооборотной машиной, не мог конкурировать с роторным способом, где использовался низкооборотный силовой режим бурения, особенно после создания шарошечных долот с твердосплавным вооружением и герметизированной маслонаполненной опорой. Созданные позже работоспособные редукторы, снижающие частоту вращения электробура, не смогли в значительной степени изменить положение. По мере развития низкооборотного роторного бурения с вложением больших средств на обеспечение его высококачественными системами измерений и управления процессом проводки скважин передовым зарубежным фирмам удалось создать высоко конкурентный способ проводки скважин.

Исследования 80-х гг. показали, что наиболее оптимальным является среднеоборотное (а не низкооборотное) бурение, поиск нового привода пошел по пути естественного вхождения его в уже созданную десятилетиями технологию бурения. В технологический процесс был введен объемный гидравлический двигатель, позволяющий решать как задачи совершенствования режима бурения, так и задачу управления траекторией ствола скважины в горизонтальном бурении.

Однако, несмотря на вложенные большие средства и высокое качество разработок, созданная в этом случае технологическая система все же является недостаточным и неполным решением, ибо объемные двигатели не могут в нужной мере расширить требуемый диапазон частот вращения и обеспечить плавное регулирование их, а гидравлическая система передачи информации и управления траекторией скважины более дорогостоящая и обладает меньшей точностью.

В складывающейся ситуации сейчас целесообразно приступить к ускоренному развитию цельной технологической системы на базе электробурения, которая позволит без существенных затрат обеспечить научно обоснованные пути развития.

Особенности электробурения

В связи с тем, что эпоха добычи "лёгкой" нефти фактически закончилась и теперь приходится осваивать месторождения в отдаленных и не обустроенных регионах, с увеличенными глубинами залегания пластов и тяжёлыми условиями бурения, требования к строительству скважин многократно возрастают. Эффективность применения традиционных способов бурения (роторного и с гидравлическими забойными двигателями),как и было сказано ранее, достигла почти наивысшей своей точки, исчерпав практически все свои потенциальные возможности. Опыт бурения и анализ возможных путей его развития показывают, что наиболее перспективным и эффективным решением проблемы является электробурение и широкое использование возможностей электрической энергии при строительстве скважин.

В чем же конкретно заключается преимущество применения электробура для бурения скважин? В основе создания электробура лежит идея использования электрической энергии, имеющей следующие особенности:

- сравнительная дешевизна и удобство при передаче на большие расстояния;

- возможность относительно легкого преобразования в другие виды энергии с более высоким КПД, что, в свою очередь, позволяет применить автоматизированные технологические процессы, дистанционное управление и контроль над ними;

- возможность поддержания постоянно высокой мощности за счет компенсации ее потерь в линиях передачи, что позволяет создать высокоэффективный забойный двигатель привода долота с автоматизацией бурового процесса.

Практическое осуществление этой идеи позволяет решить следующие задачи бурения:

- обеспечить высокую мощность на долоте и ее постоянство в процессе бурения, независимость от расхода и параметров гидравлического потока;

- контролировать работу долота на поверхности и управлять процессом разрушения забоя;

- получать информацию с забоя о характере проходимых пород по работе долота.

- бурить сверхглубокие скважины.

Две важнейшие функции системы электробура - силовой привод долота и средство контроля и управления процессом бурения способны обеспечить решение многих технологических и технических проблем в этих работах. Отечественная телеметрическая система в электробурении по своим оперативным возможностям лучше зарубежных аналогов, а по стоимости - дешевле в несколько десятков раз.

Электробуры показали свою надёжную работоспособность в самых разнообразных условиях: при бурении пород различной твердости (от мягких и высокопластичных до самых крепких и абразивных), в зонах с любыми пластовыми давлениями (от аномально-низких до аномально-высоких), с использованием любого агента для выноса выбуренной породы (от воздуха и пены до высоковязких утяжеленных растворов).

Скорости и другие технико-экономические показатели электробурения в сопоставимых условиях в 1,3-1,8 раза выше по сравнению с другими широко применяемыми видами привода долота (гидравлическими забойными двигателями и ротором), а стоимость одного метра проходки меньше на 10-15%.

Электробурение позволяет применять энерго- и ресурсосберегающие технологии. По сравнению с турбинным бурением для него характерен меньший расход электроэнергии (в 1,5-1,8 раза), меньший износ бурильных труб (в два раза) и всего бурового оборудования, поскольку процесса бурения осуществляется в более рациональных режимах и при меньших давлениях в гидравлической циркуляционной системе.

Эффективность применения электробурения и его оценка как способа решения проблем буровых работ

Электробур применяется как высокоэффективный забойный двигатель для привода долота. Одновременно он используется как датчик для получения режимных и других параметров, позволяя оперативно управлять процессом бурения. Его задействуют и как инструмент для проведения исследований с целью разработки рекомендаций для всех способов бурения. Он позволяет осуществлять самые передовые технологии с реализацией следующих основных функций: управление режимами бурения и траекторией ствола скважины, предупреждение аварий, идентификация геологического разреза в процессе бурения и автоматизация системы проводки скважин.

Актуальность применения электробурения определяется тем, что оно позволяет значительно снизить загрязнение окружающей среды и лучше сохранить коллекторские свойства продуктивного пласта, а это дает возможность уменьшить сроки освоения скважин. Электробурение позволяет также комплексно решать следующие технико-технологические задачи при строительстве скважин благодаря наличию токоподвода, питающего электробур: электробурение нефтяной скважина

§ использовать исполнительные механизмы и устройства с электроприводом и электрическим каналом связи и управления;

§ применять электрические датчики контроля состояния скважины и происходящих в ней процессов;

§ расширять функциональные возможности промывочного раствора и других технологических жидкостей и смесей.

Другим направлением применения электрической энергии в буровых работах является её использование для разрушения горной породы с последующим доразрушением механическим способом - долотом режущего типа, позволяющим формировать ствол скважины. Благодаря электроимпульсному воздействию на породу становится возможной работа такого долота в породах любой прочности. Эффект разрушения забоя путем прямого воздействия электрической энергии состоит в том, что при подведении к двум любым близлежащим точкам забойной поверхности высоковольтного электрического импульса большой мощности между ними в породе возникает канал пробоя с последующим микровзрывом породы под давлением образовавшейся плазмы.

Электрический пробой между двумя точками (электродами) приводит к образованию ударной волны, преобразующей электрическую энергию в механическую энергию взрыва окружающей породы. Применение такого способа позволяет значительно снизить энергоёмкость разрушения породы и потребную мощность забойного двигателя (электробура в 3-4 раза), поднять скорость бурения в 4-5 раз, уменьшить на порядок величину осевого воздействия на долото. Последнее особенно важно при бурении горизонтальных скважин, так как в этом случае создание нагрузки на долото является большой проблемой.

Технология электробурения, кроме технических средств, включающих также информационные, контрольно-измерительные и компьютерные системы, требует наличия высококвалифицированных исполнителей и строжайшего соблюдения технологической дисциплины. Но как при ограниченных инвестиционных возможностях выбрать перспективный и реальный путь развития и внедрения этой технологии? Прежде всего, необходимо опираться на имеющийся отечественный опыт бурения, на собственные технологии, что потребует вложения гораздо меньших средств. С учётом возможностей предприятий оборонного комплекса и доступных инвестиций применяемые ныне в России технологии могут и должны совершенствоваться.

Электробуры начали применяться также в проходке под различными преградами для прокладки трубопроводов и инженерно-технических коммуникаций, при бурении скважин на воду, под фундаменты опор мостов, в угольной промышленности, при строительстве зданий и метро. По мере создания новых образцов электробуровой техники необходимо расширять зоны её применения там, где она наиболее эффективна. Практика показала, что электробурение может быть перспективным не только в качестве базового способа строительства скважин, но и как основное направление развития буровых работ. Для решения проблем электробурения в России создана научно-производственная фирма (НПФ) "Электробур". На Западе также серьезно стали интересоваться электробурением, особенно после выступления наших специалистов на международной конференции в США (Сан-Антонио, октябрь, 1997 г.).

Заключение

Рассмотрев достаточно большой материал, касающийся развития электробурения в нашей стране и за рубежом, мы можем сделать ряд выводов. Во-первых, электробурение является одним из самых поздних основных способов бурения. Но даже за свою непродолжительную историю оно претерпевало значительные изменения. Начиная от первых электрических перфораторов и кончая современными мощными электробурами. Во-вторых, электробурение не получило, к сожалению, широкого применения ни в СССР, ни в других странах мира. Да и на сегодняшний день его разработкой занимаются немногие специалисты и компании. Как отмечено выше, наиболее популярными способами бурения скважин являются роторное и турбинное. Но у электробурения есть ряд преимуществ, которые в конечном итоге, будем надеяться, изменят положение вещей в буровой промышленности.

Выделим основные из них. Использование электроэнергии в скважинах даст по сравнению с другими видами энергии значительные преимущества. Электричество является наиболее удобным и дешевым видом энергии для ее передачи на большие расстояния. При этом возможна компенсация потерь мощности в линиях передачи за счет повышения напряжения питания.

Электроэнергию сравнительно легко преобразовать в другие виды энергии с более высоким КПД, что в свою очередь позволяет осуществлять автоматизированные технологические процессы при помощи информационно-измерительных систем, а также дистанционное управление и контроль технологических параметров процесса.

В основе создания электробуров лежит идея максимального использования этих особенностей электрической энергии при ее применении для привода рабочего органа. При переносе электродвигателя на забой скважины решена труднейшая задача по осуществлению его работы в условиях высоких температур, давлений и вибраций. Электробуры применяются и успешно работают в самых разнообразных условиях: при бурении пород различной твердости (от мягких и высоко пластинных до самых крепких и абразивных), в зонах с любыми пластовыми давлениями (от аномально-низких до аномально-высоких).

Электробурение действительно доказало свою эффективность, получило признание у буровиков, освоивших этот способ бурения, но массовое общественное мнение о нем осталось прежним. Возможно, кому-то выгодно, чтобы данный способ бурения не развивался. Ведь на начальном этапе он потребует больших затрат, но даст огромные выгоды в будущем.

Проблемы электробурения вызваны не столько особенностями этого способа бурения, сколько отношением к нему, недооценкой его роли в решении общих задач бурения. Трудности в освоении электробуровой техники, связанные в начальный период с несовершенством ее конструкций, а также с требованиями более квалифицированного подхода при ее обслуживании по сравнению с турбобурами, также способствовали к порождению негативного отношения к электробурению. Оно осталось и теперь со всеми вытекающими отсюда последствиями в вопросах финансирования и выделения средств на его развитие.

Список литературы

1. Копылов В.Е. Бурение? Интересно! - М.: Недра, 1981 - 160 с.

2. Лисичкин С. М. Очерки по истории развития отечественной нефтяной промышленности. Дореволюционный период. - М. - Л.: Гостоптехиздат, 1954.

3. Фоменко Ф. Н. Бурение скважин электробуром. - М., 1974.

4. Б.И. Абызбаев. Перспективы развития электробурения как высокотехнологичного способа строительства нефтяных и газовых скважин // Нефть, Газ и Бизнес. - 2001. - № 2. с 57-60.

5. Б.И Абызаев, Б.В. Байдюк, Б.М. Курочкин. Перспективы применения электробуровой техники при решении сложных задач бурения // Бурение скважин - 1999- № 9.с 17-20.

6. Н.К. Байбаков, Б. И. Абызбаев и др. Электробурение как базовый способ строительства нефтяных и газовых скважин // Техника и технология бурения. - 1999 - с 11-12.

7. http://www.mosgeonet.ru/news/?news=34352.

8. Н.К. Байбаков. Насущные вопросы электробурения // Бурение скважин. - 1996. - с 25.

Размещено на Allbest.ru