Способ бурения скважин

Выбор способа бурения скважин представляет собой один из ответственных этапов при проектировании сооружения (строительства) скважин различного назначения, поскольку определяет многие технико-технологические решения — тип буровой установки, режимы бурения и др.

Пример 4.1 . Обосновать способ бурения геологоразведочной скважины, имеющей следующий геологический разрез ( табл. 4.3 ).
Породы сильно раздроблены, относятся к VIII-XI категориям по буримости, средняя категория 9,3-9,5 (объединенный показатель буримости по методике ЦНИГРИ ρ м =22,8-34,15). Твердость пород Р ш по методу Л.А.Шрейнера 4000-6000 MПа. По степени устойчивости породы относятся к устойчивым. Исключения составляют интервалы трещиноватых сланцев (214-234 м) и зона разлома (504-526 м), разрушаемые гидродинамическими нагрузками и вибрациями снаряда. Выделенные интервалы относятся к среднеустойчивым. Отбор керна в интервале 0-450 м не требуется.

Краткая характеристика пород

Обломки песчаника и кварца; углеродисто-кварцевые алевролиты; переслаивание алевролитов и песчаников; сланцы слюдисто-кварцевые, трещиноватые; сланцы гпюдисто-кварцевые с прослоями песчаников

Линзы трещиноватых сланцев

Песчаники углеродисто-слюдисто-кварцевые с прослоями слюдисто-кварцевых сланцев, с зонами дробления пород; алевролиты углеродисто-слюдисто-кварцевые с прослоями сланцев и прожилками кварца

Алевролиты углеродисто-кварцевые с прослоями сланцев и кварцевыми прожилками; песчаники плотные с прожилками кварца

Песчаники углеродисто-слюдисто-кварцевые с прослоями сланцев слюдисто-кварцевых, с зонами дробления пород

Песчаники с прослоями сланцев и прожилками кварца.

Обоснование способа бурения . Поскольку разрез проектируемой скважины представлен кварцосодержащими породами, сланцами слюдисто-кварцевыми и песчаниками их следует отнести к абразивным и весьма абразивным породам. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе породоразрушающих инструментов и разработке технологии бурения.

Сложность геологического строения (частые чередования различных по физико-механическим свойствами пород, различная степень метаморфизма, складчатость, осложненная многочисленными разрывами залегания вмещающих пород) обусловливает и сложность геологоразведочного бурения в части получения кондиционного выхода керна и снижения раскола алмазного породоразрушающего инструмента.

Оценивая в совокупности требования геологического задания, целевое назначение скважин, учитывая установленные значения рм и категорию пород по буримости в соответствии с рекомендациями настоящего раздела выбирается вращательный способ бурения. Поскольку в интервале 0-450 м отбор кернового материала не требуется, бурение его следует проводить сплошным забоем (бескерновое бурение). Этот способ как отмечалось является одним из самых высокопроизводительных и экономичных Согласно существующих рекомендаций к отбору проб, для интервала 450-800м наиболее эффективным способом бурения является колонковый с использованием алмазного породоразрушающего инструмента.

Пример 4.2. На разведочной площади ранее не бурили ни одной скважины. По информации, полученной при бурении нескольких скважин на соседних площадях, в геологическом строении их принимают участие следующие породы:

• глины слоистые и неслоистые с прослоями мелкозернистого песка (0-150 м);
• глины плотные высокопластичные (150-1150 м);
• глины песчанистые аргиллитоиодобные, конгломераты, сцементированные известково-глинистым цементом (1150-2500 м);
• известняки трещиноватые с пропластками мергеля местами перемятые мягкие (2500-3400 м);
• песчано-глинистые отложения с прослоями аргиллитов (3400-3680 м);
• ангидритовая толща — переслаивание терригенных и карбонатных пород с aнгидритами (3680-3870 м);
• переслаивание песчаников и алевролитов (1870-4600 м).

Забойная температура на глубине 3400 м составляла 130 °С и возросла до 200 °С на проектной глубине. Интервал бурения 4400-4600 м представляет собой зону АВПД- При бурении на соседних площадях возникали поглощения бурового раствора, обвалы и осыпи горных пород, приводящие к образованию каверн; затяжки и посадки бурового инструмента при спускоподъемных операциях; искривление ствола скважины и связанное с этим желобообразование.

Следует выбрать способ бурения.

Обоснование выбора способа бурения.

Из анализа приведенных данных следует, что для геологического разреза характерны многочисленные интервалы, представленные мягкими породами, твердость которых ниже третьей категории по классификации Л.А.Шрейнера. Разбуриванис таких пород целесообразно вести энергоемкими лопастными дологами. К важнейшим особенностям, существенно влияющим на технологию бурения скважин и возникновение различных осложнений, относятся наличие зоны АВПД и высокая забойная температура.

Эти, а также другие особенности геологического разреза позволяют считать наиболее обоснованным выбор роторного способа бурения при проектировании первых скважин на новой разведочной площади.

Источник

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: 4432 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

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