Вплив параметрів режиму буріння на механічну швидкість проходки - раздел Философия, ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИН Розглянемо, Як Впливають Режимні Параметри На Механічну Швидкість Буріння Шар...
Розглянемо, як впливають режимні параметри на механічну швидкість буріння шарошкових доліт при рівних інших умовах у початковий період роботи, коли знос озброєння і опор доліт ще не впливає на ефективність руйнування породи.
Осьове навантаження на долото. Руйнування гірської породи на вибої механічним способом неможливе без створення осьового навантаження на долото.
| Рисунок 6.1– Вплив навантаження на
долото на механічну швидкість проходки
|
Теоретична залежність механічної швидкості проходки від осьового навантаження при розбурюванні порід шарошковими долотами показана на рисунку 6.1. На кривій Vм = f (Рд) можна виділити чотири області. Область I ( ділянка ОА) характеризується тим, що швидкість збільшується пропорційно збільшенню осьового навантаження. В цій області питоме навантаження (контактний тиск) менше, ніж границя втоми гірської породи, тому процес руйнування носить поверхневий характер (стирання, абразивний знос, мікросколювання, зім’яття і зсув окремих нерівностей). При цьому утворюється дрібний шлам розміром частинок від порохоподібних до міліметрів. Ця область називається областю поверхневого руйнування.
В області II (ділянка АВ) механічна швидкість збільшується з ростом осьового навантаження, але в даному випадку механічна швидкість росте швидше, ніж збільшується створюване осьове навантаження. Питоме навантаження при цьому менше, ніж твердість породи і недостатнє для її виколювання при одноразовому ударі. При багаторазових ударах виникають втомні мікротріщини, які розвиваються при кожному новому ударі і призводять до руйнування породи. Таким чином, руйнування породи носить об’ємний характер і відбувається внаслідок втомних явищ. Шлам за розмірами більший, ніж при поверхневому руйнуванні. Область II умовно називають областю втомного руйнування.
В області III ( ділянка ВС) відбувається об’ємне руйнування породи, тому вона руйнується при кожному ударі зуба долота в породу. Питомі енергозатрати на руйнування одиниці об’єму породи суттєво нижчі, ніж у перших двох областях. Ця область носить назву області об’ємного руйнування.
Характер залежності між механічною швидкістю буріння і навантаженням суттєво зміниться, якщо очищення вибою стає недостатнім і на ньому (вибої) накопичуються раніше зруйновані частинки, які не встигли переміститись в наддолотну зону (область IV, ділянка СД). Це призводить до повторного подрібнення вже зруйнованої породи тощо. Все це спочатку сповільнює ріст швидкості буріння, а потім може і знизити її. Цю зону називають зоною недостатнього очищення вибою.
Якщо в точці С збільшити витрату бурового розчину (Q2>Q1), то лінійна залежність (ВС) може продовжуватись до точки Е (СЕ), бо покращуються умови очищення вибою, але з часом знову ж наступить відхилення від лінійного закону, аналогічно попередньому (ділянка ЕF).
Варто зауважити, що границі між режимами руйнування дуже умовні. У вибійних умовах у кожній області є всі режими руйнування, але частка того чи іншого різна і назва області відповідає режиму, який відіграє там головну роль.
Частота обертання долота. При збільшення швидкості обертання долота, при незмінних осьовому навантаженню, секундній витраті промивальної рідини, її властивостей та інших рівнозначних умовах, зростають кількість пошкоджень вибою зубцями шарошок в одиницю часу, швидкість ударів зубців об породу та динамічна складова навантаження на долото, внаслідок чого збільшується механічна швидкість проходки (рисунок 6.2). Проте, при подальшому збільшенні швидкості обертання (вище 
) механічна швидкість починає зменшуватись.
Основними причинами зниження механічної швидкості є наступне.
По-перше, оскільки з ростом частоти обертання скорочується тривалість контакту зуба з породою, то при великих частотах тривалість контакту може бути недостатньою для реалізації підведеної енергії.
| Рисунок 6.2 – Вплив швидкості обертання на механічну швидкість
проходки
|
По-друге, для видалення подрібненої або сколеної породи необхідний визначений мінімум часу. Якщо частота обертання долота велика, часу з моменту дії зуба однієї шарошки до моменту дії зуба іншої шарошки з даною площадкою вибою може бути недостатньо для видалення породи, зруйнованої попереднім зубом, і наступний зуб повторно подрібнює залишений шлам.
По-третє, з ростом частоти обертання інтенсифікується знос зубців шарошок, що призводить до зменшення величини контактного тиску зубів на породу.
Витрата промивальної рідини. Безперервна циркуляція промивальної рідини при бурінні повинна забезпечувати чистоту ствола та вибою свердловини, охолодження долота, сприяти ефективному руйнуванню породи, запобігати ускладненню. Вплив витрати промивальної рідини на механічну швидкість показано на рисунку 6.3. Як видно з рисунка 6.3, поки не забезпечується своєчасне і повне видалення шламу, механічна швидкість продовжує підвищуватись із збільшенням витрати промивальної рідини майже лінійно.
| Рисунок 6.3 – Вплив витрати
промивальної рідини на механічну
швидкість проходки
|
Після досягнення практично достатньої витрати Qд , механічна швидкість все ще може зростати, але уже дуже повільно (ділянка Qд-Qmax) внаслідок кращої очистки вибою і долота, зниження концентрації шламу в розчині, зменшення густини розчину в кільцевому просторі і зменшенні тиску на вибій. Проте, при подальшому зростанні витрати почне переважати підвищення втрат тиску на подолання гідравлічних опорів у кільцевому просторі, загальний тиск на вибій почне рости, і механічна швидкість буде знижуватись. Практично ця область досягається рідко.
Параметри промивальної рідини. На механічну швидкість проходки суттєво впливає густина бурового розчину. Найбільшої механічної швидкості досягають при продувці свердловини повітрям, дещо меншої - при промиванні аерованими рідинами.
Вплив густини рідини на механічну швидкість пояснюється в основному підвищенням гідростатичного тиску на вибій і ростом перепаду тиску між свердловиною та розбурюваним пластом, внаслідок чого погіршуються умови утворення тріщин, а виколювані частини породи притискуються до масиву. Тому найбільш значний вплив густини в області об’ємного руйнування породи, а при поверхневому руйнуванні і стиранні - не суттєвий.
Із зниженням густини в більшій мірі проявляється ефект нерівномірного всестороннього тиску, що полегшує руйнування породи. У високопластичних породах можливе навіть їх витікання в раніше пробурений ствол. Із збільшенням густини промивальної рідини для досягнення об’ємного руйнування породи необхідне підвищення осьового навантаження на долото, а при бурінні з промивкою аерованими рідинами і продувкою повітрям відносно високі механічні швидкості можуть бути досягнуті при меншому осьовому навантаженні.
Чим вища проникність порід і водовіддача (фільтрація) промивальної рідини, менша в’язкість фільтрату, нижча частота обертання, більша тривалість контакту робочої поверхні долота з породою, тим слабший вплив густини на механічну швидкість, оскільки тиск на вибої і на глибині виколу встигає вирівнятись.
При збільшенні концентрації твердих частинок знижується механічна швидкість, лише іноді може збільшуватись ефект ерозійної дії струмин і тоді швидкість проходки зростає.
Все темы данного раздела:
Коротка історія розвитку буріння свердловин
Нафта і газ є горючими та змащувальними матеріалами, а також лікувальними засобами проти деяких хвороб і відомі людству з незапам'ятних часів. Нафта, один із найцінніших дарів Матінки-Природи, відо
Поняття про свердловину та її елементи
Свердловиною називають гірську умовно циліндричну виробку, що споруджується без доступу в неї людини і діаметр якої в багато разів менший від довжини (рисунок 1.1).
Початок свердловини наз
Класифікація свердловин за призначенням
За призначенням всі свердловини, що буряться з метою геологічного дослідження району, поділяються на опорні, параметричні, структурні, пошукові, розвідувальні, експлуатаційні і спеціальні.
Ударне буріння
Ударний спосіб вже майже 50 років практично не застосовується в нашій та зарубіжних країнах для буріння нафтових і газових свердловин. Проте у вугільній і гірничорудній промисловості, при інженерно
Обертальне буріння
При обертальному бурінні руйнування породи відбувається в результаті одночасної дії на долото осьового навантаження і крутного моменту. Під дією навантаження долото втискується в породу, а під дією
Ударно-обертальне буріння
При ударно-обертальному бурінні долото здійснює обертання з допомогою ротора і осьові коливання з певною амплітудою і частотою, які створюються вібраторами чи вібромолотами, встановленими на поверх
Основні параметри бурових установок
Спорудження нафтогазових свердловин здійснюють в різних геологічних та природно-кліматичних умовах. Залежно від геологічних умов та призначення свердловини в широких межах змінюються її глибина і к
Наземні споруди і бурове обладнання
До наземних споруд належать вишки, основи, укриття, містки і стелажі для бурильних і обсадних труб.
Бурова вишка призначена для підйому і спуску бурильної колони та обсадних труб у свердло
Принцип вибору бурової установки
Вихідними даними для визначення класу бурової установки є спосіб буріння, конструкція свердловини, компоновка і склад бурильної колони та ін.
Відповідно до чинного стандарту колишнього СРС
Призначення та класифікація породоруйнуючого інструменту
Породоруйнуючі інструменти (бурові долота) призначені для руйнування гірської породи в процесі буріння свердловин.
Руйнування будь-якої гірської породи при обертальному бурінні відбуваєтьс
Лопатеві долота
При бурінні нафтових і газових свердловин застосовують лопатеві долота ріжуче-сколюючого і ріжуче-стираючого типів. До першої різновидності належать дво- (2Л) і трилопатеві (3Л) долота, а до другої
Шарошкові долота
Основний обсяг буріння нафтових і газових свердловин виконується шарошковими долотами. Шарошкові долота мають такі переваги порівняно з лопатевими:
а) площа контакту шарошкових доліт з виб
Таблиця 3.1 – Область застосування тришарошкових доліт
Тип долота
Гірська порода
М
М’яка
МЗ
М’яка абразивна
МС
Алмазні долота
Алмазні долота призначені для руйнування різанням (мікрорізанням) і стиранням неабразивних порід середньої твердості і твердих. Враховуючи високу вартість алмазних доліт, їх доцільно застосовувати
Твердосплавні долота
Поряд з алмазними широко застосовуються твердосплавні долота, контактні сектори яких укріплені твердими сплавами. При бурінні з вибійними двигунами в неабразивних породах середньої твердості добрі
Бурові долота для буріння з відбором керна
Всі бурові долота для буріння з відбором керну (снаряди) складаються з таких елементів (рисунок 3.8):
1 – бурильної головки;
2 – зовнішнього корпуса;
3 – внутрішньої коло
Бурові долота спеціального призначення
З цієї групи доліт найбільше застосування одержали:
1 Пікоподібні долота. Застосовують для створення плавного переходу ствола свердловини з великого діаметра на менший при розбурюванні цем
Техніко-економічні показники роботи бурових доліт
Ефективність роботи долота на вибої оцінюють багатьма показниками, основними з яких є проходка на долото, механічна і рейсова швидкості буріння та собівартість 1 м проходки.
1 Проходка на
Турбобури
Турбобур – вибійний гідравлічний двигун, в якого гідравлічна енергія потоку промивальної рідини перетворюється в механічну роботу вихідного валу, до якого приєднується долото. Як гідравлічний двигу
Гвинтові вибійні двигуни
За принципом дії гвинтові двигуни належать до об’ємних роторних машин. Основними елементами робочих органів таких машин є:
– статор-корпус з порожнинами, що прилягають кінцями до камер вис
Електробури
Електробур – це вибійний буровий двигун, який перетворює електричну енергію в механічну на вихідному валу. Електробур складається з електродвигуна, шпинделя і системи захисту цих механізмів від про
Бурильні труби та з’єднувальні муфти
Відповідно до стандарту виготовляють такі типи стальних бурильних труб:
а) з висадженими всередину кінцями і з’єднувальними муфтами до них (ТБВ) (рисунок 5.1а);
б) з висадж
Бурильні замки
У процесі спуску і підйому бурильної колони недоцільно згвинчувати всі труби, з яких зібрана колона. Набагато швидше здійснювати спуско-підіймальні операції при згвинчуванні-розгвинчуванні декілько
З висадженими кінцями типів 1 і 2
Замки ЗН і ЗШ використовують для з’єднання бурильних труб з висадженими всередину кінцями. Значне звуження прохідного отвору в бурильних замках типу ЗН значно збільшує втрати тиску
Технологічне оснащення бурильної колони
Для покращання умов експлуатації бурильної колони в ній встановлюють фільтр, зворотний клапан, а на ній - запобіжні кільця, калібратори, центратори, стабілізатори.
Фільтр призначений для о
Поняття про режим буріння та його параметри
Ефективність руйнування породи долотом залежить від багатьох факторів: осьового навантаження на долото, частоти його обертання, чистоти вибою свердловини, конструкції долота, властивостей породи та
Режиму буріння
Осьове навантаження на долото при бурінні шарошковими долотами здійснюється, виходячи з умови об’ємного руйнування гірської породи
Класифікація бурових промивальних рідин
Промивальна рідина складається, як правило, з дисперсійного середовища, рівномірно розподіленої в ньому дисперсної фази і невеликої кількості хімічних реагентів, які призначені для регулювання тих
Основні властивості та параметри промивальних рідин, методи їх контролю
Густина - це маса одиниці об’єму промивальної рідини (r, кг/м3). Вона характеризує здатність промивальної рідини здійснювати в свердловині гідродинамічні і гідростатичні фу
Рідини з диспергованою твердою фазою
При змішуванні різних речовин з водою можна одержати:
а) дійсні розчини - цілком однорідні і прозорі розчини, які не змінюються при дуже тривалому зберіганні;
б) колоїдні розчини
Суспензії з конденсованою твердою фазою
Конденсація - це добавлення в дійсний розчин електролітів (розсолів) різних лугів, які утворюють з іонами солей важкорозчинні сполуки.
Суспензії з конденсованою твердою фазою одержують з в
Полімерні недиспергуючі рідини
Основу такої рідини складає водний розчин одного або двох високомолекулярних полімерів. Полімери призначені для зменшення водовіддачі, попередження диспергації частинок розбурюваних кальцієвих глин
Промивальні рідини на вуглеводневій основі
Промивальні рідини на вуглеводневій основі призначені для розкриття нафтоносних пластів, відбору керна, коли необхідно одержати взірці порід, не забруднені фільтратом; для розбурювання глинистих по
Аеровані промивальні рідини
Аерованими називають промивальні рідини, в які введено газовий компонент, що надає їм нові властивості. Ці рідини займають проміжне становище між рідкими і газоподібними агентами. Вони застосовують
Газоподібні агенти
Газоподібні агенти застосовують при бурінні в стійких інтервалах з низькими коефіцієнтами аномальності пластового тиску, в яких немає інтенсивних припливів пластових вод. При цьому суттєво покращую
Промивальних рідин на водній основі
У процесі буріння в промивальну рідину надходять частинки вибурених порід, які часто містять водорозчинні компоненти, а також мінералізовані і прісні пластові води. Збільшення вмісту іонів і зміна
Приготування бурових промивальних рідин
Промивальні рідини можна готувати безпосередньо на буровій або централізовано на глинозаводі, який обслуговує дільницю чи район. Рідину, що приготовлена на заводі, транспортують або спеціально прок
Очищення бурових промивальних рідин
Промивальну рідину необхідно очищати від вибуреної породи, абразивних частинок, що містяться у вихідному матеріалі, а деколи і від надлишкової твердої фази. Це пов’язано з тим, що частинки вибурено
Причини та класифікація ускладнень
Ускладнення - це технологічна ситуація, яка призводить до порушення нормального ходу процесу буріння свердловини. Основні причини ускладнень:
а) складні гірничо-геологічні умови буріння в
Тампонажних розчинів
Причина поглинань - порушення рівноваги гідравлічного тиску в свердловині pс і поглинаючому горизонті [p], які призводять до відходу технологічної рідини в пласт при p
Флюїдопроявлення
Причина флюїдопроявлень - порушення рівноваги гідравлічного тиску в свердловині pc і проявляючому пласті pпл, що призводить до надходження флюїду із пласта в св
Порушення цілісності стінок свердловини
Причини ускладнень:
а) порушення умов механічної міцності гірської породи в стінці свердловини внаслідок дії: статичних навантажень; знакозмінних навантажень (нестаціонарні гідромеханічні
Прихоплювання колони труб
Нерідко для підйому колони із свердловини необхідно прикласти навантаження, що значно перевищує вагу колони. Таке ускладнення називають затяжкою. Якщо зрушити колону з місця не вдається, прикладаюч
Основні поняття про викривлення свердловин
Свердловини бурять вертикальні і похиловикривлені. У першому випадку вживають заходи, спрямовані на попередження викривлення, а в другому бурять свердловину з похилим або похиловикривленим положенн
Причини самовільного викривлення свердловин та їх наслідки
Розрізняють декілька типів причин, які сприяють самовільному викривленню свердловин.
1 Причини геологічного характеру:
a) анізотропія, шаруватість, сланцюватість, тріщинуватість г
Свердловин
Буріння похилонаправлених свердловин ведеться у таких випадках:
- при необхідності пробурити свердловину під дно моря, озера, річки, каналу, а також під яри і гори;
- коли буріння
Профілі похилих свердловин
Велике значення при похилонаправленому бурінні має правильний вибір профілю свердловини. Раціональний профіль дозволяє скоротити до мінімуму роботи з відхилювачем, забезпечує необхідне зміщення виб
Види буріння похилих свердловин
У даний час застосовують такі види буріння свердловин:
а) послідовне буріння декількох похилих свердловин з одного майданчика, або так зване кущове буріння;
б) паралельне буріння
Та її елементи
Під конструкцією свердловини мається на увазі схема її побудови, яка включає сукупність даних про:
– кількість обсадних колон та інтервали їх спуску;
– діаметри обсадних колон та
Принципи проектування конструкцій свердловини
Вибір кількості і глибин спуску обсадних колон. В основі методики проектування конструкції свердловини є питання встановлення кількості і глибин спуску обсадних колон, які визначаються на ос
Та iндексу тиску гiдророзриву
При проектуванні конструкції перших пошуково-розвідувальних свердловин необхідно передбачити в конструкції можливість спуску резервної колони.
Вибір діаметрів обсадних колон і доліт
Таблиця 10.2 - Газові свердловини
Сумарний дебіт, тис. м3/добу
до 75
до 250
до 500
до 1000
до 5000
Прибли
Таблиця 10.3 – Рекомендовані значення радіального зазору
Зовнішній діаметр обсадної колони,мм
114-127
140-168
178-194
219-245
273-299
324-351
Обсадні труби та їх з’єднання
Обсадну колону компонують із стальних суцільнокатаних труб, які з’єднуються між собою з допомогою різьби або зварки. Обсадні труби для нафтових і газових свердловин виготовляють у відповідності з
Умови роботи обсадних колон у свердловині
Умови роботи обсадних колон залежать від виду колони, періоду її експлуатації і призначення свердловини. Навантаження, що діють на обсадну колону в процесі будівництва і експлуатації, змінюються.
Принципи розрахунку обсадних колон на міцність
Максимальних значень основні навантаження досягають у різний період роботи колони труб, причому найбільші зовнішні надлишкові тиски, як правило, діють на нижню ділянку колони, а найбільші внутрішні
Визначення зовнішніх і внутрішніх надлишкових тисків
Зовнішній надлишковий тиск pзн , що діє на нижню частину експлуатаційної колони, буде найбільшим на кінцевій стадії роботи свердловини, тобто коли внутрішній тиск у колоні буде мі
Надлишкових тисків
в) в зацементованй зоні відкритого ствола зовнішній тиск на колону після ОЗЦ визначають із врахуванням пластового тиску
Обсадних колон
Діаметр колони, мм
114 -127
140 -146
178 -194
219 -245
273 -351
377 -508
Визначення міцнісних характеристик обсадних труб
За характеристику опору труби, зім’ятої під дією рівномірного зовнішнього тиску, беруть так званий критичний тиск pзкр, тобто такий зовнішній тиск, при якому напруження на внутріш
Таблиця 10.5 – Значення коефіцієнтів запасу міцності
на розтяг n3
Діаметр
труби, мм
Довжина
колони, м
Коефіцієнт запасу міцності
Підбір труб із встановленими коефіцієнтами запасу міцності
Підбір труб здійснюється «знизу-вверх», використовуючи графоаналітичний метод. Першу (нижню) секцію труб підбирають з умови міцності від дії зовнішнього надлишкового тиску, тобто
Оснащення низу обсадних колон
У конструкцію низу обсадної колони входять направляюча пробка, башмак, башмачний патрубок, зворотний клапан та упорне кільце (кільце “стоп”).
Направляюча пробка прикріплюється до башмака (
Мета та способи цементування свердловин
Цементуванням називають процес заповнення заданого інтервалу свердловини суспензією в’яжучих матеріалів, здатної загустівати у стані спокою і перетворюватися в тверде, практично непроникне тіло.
Тампонажні матеріали, їх класифікація
Тампонажними називають матеріали, які при змішуванні з водою або водними розчинами солей, утворюють суспензії, здатні в умовах свердловини з часом перетворюватися в практично непроникне тверде тіло
Таблиця 11.1 - Речовинний склад цементу
Тип
цементу
Вміст
клінкеру,
%
Вміст добавки, %
Мінеральна добавка
Спеціальна добавка, яка полегшує або
Властивості сухого тампонажного порошку
1 Густина. Під густиною тампонажного цементу, що містить у своєму складі частинки різної густини, розуміють середньозважену густину речовин, які входять до його складу.
Властивості тампонажного розчину
При змішуванні порошкоподібного портландцементу з рідиною утворюється суспензія тієї чи іншої концентрації, яка характеризується водоцементним відношенням (W) - відношення маси води (або інш
Властивості тампонажного каменю
Основними фізико-хімічними характеристиками цементного каменю є його міцність, проникність, об’ємні зміни і корозійна стійкість.
Міцність цементного каменю характеризується тимчасовим опор
Обладнання для цементування свердловин
Для цементування свердловин використовують спеціальну техніку: змішувальні машини, насосні цементувальні агрегати, станцію контролю цементування (СКЦ), блок маніфольдів, спеціальну ємність для змі
Вплив промивальної рідини на колекторські властивості продуктивного пласта
Тривалі промислові спостереження і спеціальні дослідження показали, що промивальна рідина може суттєво вплинути на термін освоєння свердловини і величину припливу нафти або газу. Існує багато прикл
Горизонтів
Під первинним розкриттям розуміють комплекс робіт, пов’язаний з розбурюванням продуктивного пласта, забезпеченням міцності і стійкості привибійної частини свердловини. Існує декілька способів розкр
Продуктивних горизонтів
Після розбурювання продуктивного пласта закріплюють його експлуатаційною колоною і цементують. Для сполучення внутрішньої порожнини обсадної колони з продуктивним пластом у колоні і
Завдання та способи випробування перспективних горизонтів
Одним з найважливіших завдань при бурінні на нових або мало вивчених площах є виявлення всіх горизонтів, в яких вміщується нафта чи газ, оцінка промислових запасів вуглеводнів у них. У значній мірі
З допомогою пластовипробувача
За крутизною кривої припливу в другому відкритому періоді можна судити про інтенсивність надходження рідини з пласта. Чим швидше зростає тиск в цей період, тим інтенсивніший приплив. Якщо манометр
Перфорацією
Для гідродинамічного зв’язку експлуатаційної колони з продуктивним пластом після затвердіння тампонажного розчину необхідно пробити достатню кількість отворів через обсадну колону, тампонажний камі
Свердловин
Під освоєнням розуміють комплекс робіт пов’язаний з викликом припливу рідини з продуктивного пласта, очищенням приствольної зони від забруднення і забезпеченням умов для одержання вищої продуктивно
ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНИХ ДЖЕРЕЛ
1 Коцкулич Я.С. Буріння нафтових і газових свердловин: Підручник / Я.С. Коцкулич, Я.М. Кочкодан.– Коломия: ВПТ "Вік", 1999. – 504 с.
2 Коцкулич Я.С. Закінчування
Новости и инфо для студентов