Выбор способа бурения
Техническая часть проекта начинается с выбора способа бурения. На этой основе далее рассчитывается конструкция скважины, выбирается породоразрушающий инструмент, проектируется технология бурения, определяется соответствующий инструмент и оборудование, формируется база производственного обеспечения. Поэтому выбор способа бурения является сложной и ответственной задачей.
При бурении на нефть и газ в настоящее время достаточно широко применяются вращательный способ бурения с использованием гидравлических забойных двигателей и ротора. В стадии разработки и широкого экспериментирования находится бурение с использованием электробуров. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, которые и учитываются при проектировании для конкретных условий.
Бурение гидравлическими забойными двигателями возможно:
• при проходке скважин глубиной 3000 – 3500 м, так как при больших глубинах велики потери давления бурового раствора в колонне бурильных труб и кольцевом пространстве;
• при температуре в скважине не более 140 – 150 о С в связи с тем, что при больших температурах обрезиненные детали двигателей выходят из строя;
• при плотности бурового раствора не более 1,7 г/см 3 , при большей плотности работа гидравлического забойного двигателя практически невозможна;
• при применении растворов с малой степенью аэрации;
• при турбинном бурении диаметр скважины должен быть не менее 190,5 мм, так как турбобуры малого диаметра имеют низкие энергетические характеристики.
Вместе с тем использование этого способа позволяет:
• применять бурильные трубы с низкими механическими свойствами материала;
• уменьшить износ колонны труб в процессе бурения;
• сравнительно просто управлять искривлением скважин, в том числе и горизонтальных;
• бурить скважины долотами, для которых разрушение породы на забое наиболее эффективно при большой частоте вращения (алмазные, ИСМ).
Однако при применении гидравлических забойных двигателей:
• ухудшается очистка ствола от шлама;
• увеличивается вероятность прихвата инструмента;
• мала гидравлическая мощность, реализуемая в долоте за счет струйных насадок;
• исключается возможность регулирования частоты вращения породоразрушающего инструмента с целью оптимизации процесса бурения;
• гидравлические забойные двигатели достаточно дороги и требуют сложного ремонта.
Роторный способ вращения породоразрушающего инструмента наиболее рационален:
• при бурении глубоких интервалов скважин, где наиболее эффективно применение долот с герметизированными опорами при малой частоте вращения инструмента с целью максимального увеличения проходки за рейс для уменьшения затрат времени на спуско – подъемные операции;
• при разбуривании мощных толщ пластичных пород, когда необходимо применение энергоёмких долот (с большой высотой зуба и большим шагом зубьев);
• при высоких забойных температурах;
• при применении как аэрированных буровых растворов, так и растворов с высокой плотностью;
• при отборе керна.
При использовании этого способа бурения:
• улучшается очистка ствола от шлама;
• возможно регулирование частоты вращения инструмента и расхода бурового раствора в необходимых пределах с целью оптимизации процесса бурения.
Но при роторном способе бурения:
• велики затраты мощности на вращение колонны бурильных труб;
• необходимо применение высококачественных бурильных труб;
• велика вероятность обвалов стенок скважины;
• затруднено управление искривлением ствола.
Бурение с использованием электробуров лишено основных недостатков как роторного, так и турбинного способов, за исключением невозможности его использования при высоких забойных температурах. Однако применяется этот способ сравнительно редко из-за сложности передачи электроэнергии на забой скважины.
Способ бурения может быть также выбран в зависимости от рекомендованной частоты вращения породоразрушающего инструмента, который планируется использовать при проходке скважин. Сам предварительный выбор долот осуществляется в основном исходя из экономических показателей, основной из которых их стоимость. Так, если частота вращения инструмента должна быть не более 100 об/мин, то наиболее эффективен роторный способ бурения, при частоте вращения 100 – 250 об/мин рационально применение винтовых забойных двигателей, при частоте вращения 250 – 400 об/мин – турбобуры со ступенями гидроторможения, а при больших частотах – обычные турбобуры. Для снижения частоты вращения инструмента могут быть запроектированы редукторные вставки, однако пока надежность их работы и моторесурс малы.
Следует отметить, что в конкретных условиях может быть использована комбинация различных способов. Так, например, бурение под направление осуществляется роторным способом (с целью предотвращения размыва устья скважины), далее до глубины 3000 м – турбинным, а затем до проектной глубины – роторным. При отборе керна с керноотборным инструментом типа «Недра» используются винтовые забойные двигатели, обеспечивающие малую частоту вращения инструмента, а на остальных интервалах – турбинный.
Наиболее объективно способ бурения, весь необходимый инструмент, технология проходки ствола и другие технические решения могут быть запроектированы на основе бурения опорно-технологических скважин (ОТС) на которых апробируются различные сочетания всех указанных выше параметров, а затем путем статистического анализа полученных данных определяются оптимальные проектные решения, обеспечивающие минимальную себестоимость метра скважины.
Дата добавления: 2015-06-27 ; просмотров: 4435 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Выбор способа бурения
Способ бурения скважины выбирается в зависимости от назначения скважины, ее глубины, состава пород разреза, гидрологических условий, которые в свою очередь определяют начальный и конечный диаметр бурения.
При бурении на воду в России наибольшее применение получили следующие способы бурения: вращательный с прямой и обратной промывкой, шнековый, ударно-канатный.
Однако вращательный способ бурения с прямой промывкой получил наибольшее распространение; на его долю приходится более 90% всех объемов бурения.
Вращательным способом с прямой промывкой можно сооружать скважины в породах различной твердости и практически любой глубины. Преимуществами вращательного способа с прямой промывкой являются: простая конструкция скважины; возможность вскрывать высоконапорные горизонты; высокая механическая скорость бурения.
Однако применение в качестве промывочной жидкости глинистых растворов приводит к кольматации водоносного горизонта и снижению дебита скважин.
При вращательном бурении с прямой промывкой затруднено опробование водоносных горизонтов и уточнение геологического разреза скважины. Поэтому вращательный способ бурения с прямой промывкой рекомендуется применять в следующих случаях:
· Достаточно хорошо изученного геологического и гидрологического строения участка работ;
· Вскрытия высоконапорных водоносных горизонтов;
· Обеспеченности скважины водой и качественной глиной;
· Обязательного применения в процессе и после окончания бурения скважин комплекса геофизических исследований;
· Использования технологических приемов, обеспечивающих минимальную кольматацию водоносного горизонта (бурение с прямой промывкой водой, применение меловых, крахмальных, гипановых и других растворов).
Ударно-канатный способ бурения рекомендуется применять при:
· Недостаточной изученности геологических и гидрогеологических условий участка работ;
· Вскрытии низконапорных водоносных горизонтов;
· Бурение скважин большого диаметра (свыше 500мм) на глубину до 150-200м;
· Сооружение скважин в местах, где затруднено снабжение водой.
Однако учитывая сложность конструкции скважин и их большую металлоемкость, низкие механические скорости бурения, ограниченную глубину бурения, стоимость скважин ударно-канатного бурения весьма велика.
Сейчас скважины ударно-канатного бурения применяются редко.
Шнековый способ бурения – разновидность вращательного бурения, при котором порода транспортируется на поверхность по спиральным лопастям колонны шнеков.
Применятся, в основном в мягких породах и слабосцементированных породах.
Глубина скважин зависит от модели установки; как правило, не превышает 50м.
Вращательный способ бурения с обратной промывкой.
Сущность способа бурения с обратной промывкой заключается в том, что промывочная жидкость при бурении попадает в ствол скважины не по внутренней полости бурильных труб, как это происходит при бурении с прямой промывкой, а между наружной поверхностью бурильных труб и поверхностью ствола скважины.
Разбуренная порода с забоя выносится по бурильным трубам, проходит через специальный вертлюг-сальник и сбрасывается в отстойник, где промывочная жидкость очищается от шлама, после чего направляется в скважину.
Рассматриваемый способ бурения позволяет сохранить преимущества вращательного бурения, обеспечивающего высокую механическую скорость проходки. Избыточное гидростатическое давление столба жидкости, постоянно находящейся в скважине, превышающее пластовое давление, гарантирует устойчивость ее стенок. При этом исключается эрозионное воздействие на стенки скважины потока промывочной жидкости и разрушение их бурильной колонной. Кроме того, сохранению устойчивости стенок скважины способствует и значительная проходка на долото, позволяющая свести до минимума спускоподъемные операции, связанные с необходимостью замены бурового наконечника.
Затруднение возникают при проходке залегающих на малой глубине неустойчивых пород, когда гидростатическое давление столба жидкости недостаточно для поддерживания устойчивости стенок скважины.
Преимущества рассматриваемого способа бурения несомненны, так как он позволяет экономить обсадные колонны и бурить без глинистого раствора.
Это обстоятельство не только упрощает и удешевляет организацию работ, но и исключает большие затраты времени и средств, связанные с разглинизацией стенок скважины, на что обычно расходуется, иногда безуспешно, длительное время.
Улучшается и качество формирования естественного фильтра; водоносные горизонты при этом не кольматируются, не происходит нарушения естественной структуры водоносных пластов, так как значительный диаметр скважин позволяет обеспечить высокий дебит при низкой скорости водопритока.
Наряду с этим в процессе бурения обеспечивается более точное определение горизонтов залегания различных пород и их опробование, поскольку шлам в строгой последовательности непрерывно поступает на поверхность.
Для целей опробования или эксплуатации любого водоносного горизонта скважина легко может быть оборудована фильтровой и водоподъемными колоннами. Наличие открытого кольцевого зазора большого сечения позволяет механизировать и быстро производить засыпку гравия.
В связи с тем, что площадь внутреннего сечения колонны бурильных труб значительно меньше площади кольцевого зазора, по которому происходит подъем шлама при прямой промывке, появляется возможность увеличить скорость восходящего потока по внутреннему каналу труб до 3-3,5 м/с. Это позволяет выносить шлам размером до 150 мм и более, что исключает необходимость его дробления до величины 3-5 мм, требуемой при бурении с прямой промывкой и, в конечном итоге, способствует значительному увеличению механической скорости проходки.
Откачка промывочной жидкости из колонны бурильных труб в процессе бурения скважин осуществляется центробежным насосом, эрлифтом или водоструйным насосом. В соответствии с этим имеются три схемы производства буровых работ способом обратной промывки.
Применение способа с обратной промывкой ограничивается мягкими рыхлыми породами и глубиной бурения 200-300м.
Источник
ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ
Способ бурения выбирают с учетом особенностей и условий проходки скважин. При этом следует принимать во внимание область рационального использования того или другого способа бурения.
Области рационального применения вращательного бурения с приводом от ротора («роторное бурение»):
— бурение глубоких интервалов скважин «тихоходными» (на опорах скольжения) шарошечными долотами, где необходимо максимально увеличить проходку за рейс и оптимальные значения скорости вращения долота находятся в пределах 35—150 об/мин;
— разбуривание мощных толщ пластических глин, плотных глинистых сланцев и других пород, в которых целесообразно использовать энергоемкие долота – лопастные, АТП (PDC) и трехшарошечные с крупными зубцами и большим шагом, где требуется реализация в долоте значительной части гидравлической мощности, развиваемой буровыми насосами, для создания гидромониторного эффекта;
— при бурении скважин в условиях, требующих применения утяжеленных буровых растворов плотностью более 1700 — 1800 кг/м 3 , когда в конкретных условиях не имеет преимуществ забойный двигатель, или нет возможности его использовать;
— при бурении в условиях высоких забойных температур (более 140-150 °С) и осложнений, связанных с обвалами и сильными поглощениями бурового раствора;
— при бурении с отбором керна;
при бурении с продувкой забоя воздухом и промывкой аэрированной жидкостью с высокой степенью аэрации, если в данных условиях невозможно использовать электробур;
— при бурении опорно-технологических скважин (ОТС).
Область использования вращательного бурения с гидравлическими забойными двигателями:
— бурение «быстроходными» (на опорах качения) шарошечными долотами диаметром 190 мм и более вертикальных скважин глубиной до 3000 — 3500 м (в отдельных случаях и более глубоких) при плотности бурового раствора не выше 1700-1800 кг/м 3 ;
— бурение алмазными долотами и долотами типа АТП, ИСМ за исключением случаев, когда плотность бурового раствора превышает 1700 — 1800 кг/м 3 , а температура в скважине 140-150 ° С (для двигателей, имеющих обрезиненные детали);
— проходка наклонно направленных скважин; в интервалах набора кривизны и становления заданного азимута — независимо от значений оптимальных скоростей вращения долота, а в интервалах стабилизации наклона и перехода на вертикаль — при условии обеспечения оптимальных их значений;
— вскрытие продуктивных пластов горизонтальными и разветвленно-горизонтальными скважинами, а также забуривание стволов в обсаженных скважинах для их восстановления и повышения дебита низко продуктивных скважин;
— бурение верхних интервалов глубоких скважин большого диаметра с помощью агрегатов РТБ, где основной задачей, определяющей выбор способа бурения, является борьба с искривлениями;
— бурение вставными долотами без подъема труб в условиях, где применение этой разновидности турбинного способа бурения целесообразно;
— бурение с промывкой аэрированной жидкостью с низкой степенью аэрации высокооборотными долотами.
Применение в качестве забойных машин электробуров рационально в следующих условиях:
— бурение скважин диаметром 190 — 394 мм с промывкой буровым раствором, в том числе утяжеленным до 2300 кг/м 3 , при температуре не выше 130 — 140°С с учетом обеспечения оптимальных значений скорости вращения долота;
— бурение опорно-технологических скважин (ОТС);
— проходка наклонно и вертикально направленных скважин в сочетании с телеметрическими системами, особенно в сложных геологических условиях с обеспечением оптимальных значений скорости вращения долота на всех участках профиля скважины;
— вскрытие продуктивных горизонтов горизонтальными и разветвленно-горизонтальными стволами для повышения дебита скважин и коэффициента извлечения нефти из пластов;
— бурение с продувкой забоя воздухом и промывочной аэрированной жидкостью с высокой степенью аэрации;
— бурение алмазными долотами и долотами типа АТП, ИСМ, за исключением случаев, когда температура циркулирующей промывочной жидкости на забое превышает 130 °С.
Способ бурения с наземным роторным двигателем и тип забойного двигателя в зависимости от оптимальной скорости вращения долота (об/мин) следует выбирать, пользуясь приведенными ниже данными:
Ротор, турбобур с редуктором-вставкой, электробур с двумя редукторами-вставками… 35-100
Ротор, винтовой забойный двигатель, турбобур с редуктором-вставкой, турбобур с решетками гидроторможения, электробур с редуктором-вставкой 100 — 250
Шпиндельные турбобуры с турбинами точного литья и турбобуры с падающей к тормозу линией давления, турбобур с редуктором-вставкой, электробур с редуктором-вставкой …. 250 — 500
Турбобуры и электробуры для алмазного бурения … 500 — 800
До настоящего времени в ряде случаев параметры режима бурения выбираются на основании анализа практических данных по десяткам и сотням пробуренных скважин, в результате чего нередки случаи, когда эти режимы внедряются в практику к концу разбуривания площади и лишь на достаточно крупных месторождениях они практически используются в течение длительного времени.
Для получения уже в начале разбуривания площади достаточной информации для обоснования выбора способов бурения отдельных интервалов скважин, типов долот и забойных двигателей, а также для проектирования оптимальных параметров режима бурения при условии использования новейших технических средств, имеющихся на вооружении в промышленности, следует производить бурение опорно-технологических скважин (ОТС). Число опорно-технологических скважин на площади выбирается таким, чтобы в результате их проводки можно было дать рекомендации для всех условий предстоящего разбуривания данной площади.
Источник
