Строительство нефтяных и газовых скважин

Факторами режима бурения являются тип и размер долота, осевая нагрузка на долото, скорость его вращения, количество и качество закачиваемого в скважину промывочного раствора. В дальнейшем будем считать, что квалификация персонала достаточная. [54]

Оборудование и инструмент. Все наземное оборудование и инструмент должны быть подобраны с таким расчетом, чтобы каждый фактор режима бурения, возможно, было изменять в таком диапазоне значений, который определяется изменением свойств бурильных пород. Чтобы различные факторы режима бурения можно было применять в разных комбинациях и изменять их в требуемых диапазонах значений, на скважине должна быть установлена уравновешенная буровая установка достаточной мощности. Для увеличения производительного времени бурения оборудование должно быть хорошего качества. Органы управления должны обеспечивать регулирование режима бурения с минимальной затратой времени.

Долота.

Глины, вязкие сланцы, рыхлые песчаники, мел, соль, ангидриты, сланцы, эффективно разбуриваются долотами PDC и диапазон применения долот PDC быстро расширяется. Крепкие и абразивные породы с большей эффективностью разбуривают долотами шарошечного типа и алмазными. За редким исключением длина зубьев шарошечных долот обратно пропорциональна твердости пород, а число зубьев прямо пропорциональна твердости пород. В долотах всех типов имеет большое значение конструкция насадок в промывочных отверстиях, очень важна центрация долота относительно оси скважины, это снижает радиальные биения долота.

Осевая нагрузка на долото.

Осевая нагрузка на долото должна обеспечивать эффективное внедрение последнего в разбуриваемую породу. Практически во всех случаях величина осевой нагрузки пропорциональна или почти пропорциональна твердости или прочности на сжатие горной породы. При бурении лопастными долотами мягких пород осевая нагрузка снижается до минимальной величины. При бурении крепких пород шарошечными долотами осевая нагрузка увеличивается до максимально допустимой величины. При бурении долотами ИСМ, PDC и алмазными, осевая нагрузка на долота минимальная. Но нагрузка не должна превышать 75 % веса тяжелого низа в КНБК.

На практике в Западной Сибири принято иметь в компоновке низа бурильной колонны 12 м УБТ, нагрузка на долото создается весом бурильного инструмента.

На рис. 6.2 показана зависимость механической скорости проходки от длины УБТ, увеличение длины УБТ до 50 м, привело к увеличению механической скорости проходки на 23 %.

Рис. 6.2. Зависимость механической скорости проходки от длины УБТ

Влияние на механическую скорость проходки, увеличение длины УБТ свыше 50 м, не исследовано [55]. При бурении горизонтальных скважин нагрузка на долото создается весом бурильных труб, находящимися над двигателем, УБТ, если включают в КНБК, то размещают в вертикальной части ствола. Возникающие при этом проблемы:

• Баклинг эффект;

• Не доведение нагрузки на долото.

Эти проблемы решаются различными технологическими приемами.

Все прочие факторы режима бурения должны быть приложены в их максимальных значениях во взаимосвязи с типом и размером долота, и другими факторами, в соответствии со свойствами разбуриваемых пород.

Скорость вращения. При бурении в мягких глинах и песках скорость вращения не имеет первостепенного значения и вполне удовлетворительно применяют обороты ротора 100–150 об/мин. При бурении шарошечными долотами наиболее эффективна скорость вращения, обратно пропорциональная твердости пород. Но часто, увеличение скорости вращения и нагрузки на долото не дают увеличения скорости проходки из-за сильной осевой вибрации инструмента (на забое образуется рейка), что приводит к ускорению износа долота, преждевременную усталость металла и разрушение бурильного инструмента. Таким образом, минимальная осевая нагрузка на долото будет соответствовать максимальному числу оборотов и наоборот. Вышеизложенные положения справедливы для роторного способа бурения. При бурении забойным двигателем, число оборотов долота для данного двигателя, величина постоянная, можно варьировать только нагрузкой на долото, и оптимальная нагрузка выбирается по максимальной скорости углубления скважины.

Промывка скважины. В мягких породах основным условием получения максимальной механической скорости является подача промывочной жидкости с хорошей очисткой забоя и обеспечением высокой скорости восходящего потока в кольцевом пространстве, в то время как при бурении в крепких породах, можно предусмотреть подачу в меньших количествах. Это относится к роторному способу бурения. При бурении забойным двигателем, для устойчивой работы машинного агрегата необходима регламентированная подача.

§ 27. Общие параметры режима бурения в различных породах

Пласты, содержащие один литологический тип в природе встречаются очень редко. Глины могут включать в себя, пески, песчаники, аргиллиты, алевролиты и т. д. Тем не менее, правильный подбор долота и режимов бурения, с учетом преобладающей литологии. Позволит повысить эффективность работ. Рассмотрим некоторые встречающиеся при бурении скважин случаи. [54]

Глины:

a) Увеличение скорости вращения обычно сопровождаются увеличением скорости проходки (как правило, этот параметр влияет на скорость проходки в большей степени, чем нагрузка на долото);

b) Риск повреждения долота в этом случае минимален;

c) Подача насосов – проектная;

d) Значительный риск образования сальника на долоте и элементах КНБК, при отсутствии в растворе ингибитора глин и повышенной вязкости раствора.

Твердый чистый мел/известняк:

a) Максимальная скорость проходки достигается путем увеличения нагрузки на долото, вооружение раздавливает породу, скорость вращения должна быть максимально низкой (подбирается исходя из максимально достигнутой механической скорости проходки);

b) Подача насосов – проектная;

c) Элементы долота могут быть повреждены, при отсутствии в пласте песчаников абразивного износа долота не будет).

Твердые песчаники:

a) Максимальная скорость проходки достигается путем увеличения нагрузки на долото, вооружение раздавливает породу, скорость вращения должна быть максимально низкой (подбирается исходя из максимально достигнутой механической скорости проходки);

b) Элементы долота могут быть повреждены, абразивный износ долота будет значительный и чем выше скорость вращения тем больший износ долота по диаметру;

c) Подача насосов – проектная;

d) Низкая скорость вращения значительно снижает механическую скорость проходки, поэтому необходимо подобрать оптимальное сочетание параметров. Предпочтительно использовать алмазные долота в сочетании с турбобуром.

Известняки, доломиты:

a) Более восприимчивы к нагрузке на долото, чем обороты долота: Вероятность вертикальной вибраций велика, уход от вибраций изменение оборотов долота, снижение нагрузки приводит к резкому снижению механической скорости проходки;

b) Кремнистые включения, часто встречающиеся в известняках и доломитах, могут двигаться под долотом. Это может перегрузить элементы режущей структуры долота, приводя к скалыванию и слому вооружения;

c) Нельзя использовать чрезмерно высокие значения нагрузки и оборотов долота.

Пириты:

a) Пирит чрезвычайно абразивный и твердый минерал, в плане разрушения более предпочтительна высокая нагрузка и наименьшее число оборотов долота.

b) Кусочки пирита могут двигаться под долотом по забою. Это может перегрузить элементы режущей структуры долота, приводя к скалыванию и слому вооружения

c) Нельзя использовать чрезмерно высокие значения нагрузки и оборотов долота;

d) При потере диаметра долота, может скачкообразно увеличиваться момент на долоте, это причина подъема долота.

Перемежающиеся породы:

a) Наиболее встречающаяся ситуация при бурении скважин на нефть и газ, переслаивание глин, аргиллитов, мергелей, песчаников и т. д. Наиболее эффективны долота с твердосплавным вооружением, или долота PDC, адаптированные для пород средней твердости, при отсутствии или незначительном включении абразивных пород.

b) Режим бурения подбирается по максимально достигнутой механической скорости проходки.

c) Возможны все виды осложнений: сальникообразование, осыпи и обвалы пород, поглощения, прихваты, вибрации. [54]

§ 28. Практические приемы работы с долотами

Из всех существующих технологический операций, отработка долота, являясь приоритетным в технологии строительства скважин, выполняется силами буровой бригады/вахты. Поэтому для получения максимального эффекта отработки долот, необходимо глубокое понимание процесса и требований к этому процессу, как у инженера, так и у персонала буровой бригады. На практике, для рациональной отработки долота, получения максимальной эффективности его работы, существует большое количество приемов и условий, обязательных к выполнению. [54]

1. Изучение буровой площадки, проверка подготовленности персонала буровой бригады/вахты.

Это включает в себя:

• Оценка буровой установки и установленного оборудования;