Основы буровых процессов. Вопросы на экзамен. Ответы на вопр. экз. ОБП. 30 Способы удаления продуктов разрушения. Механический способ удаления
 Скачать 474.39 Kb.
|
|
30) Способы удаления продуктов разрушения. Механический способ удаления. Механический - продукты разрушения удаляются с помощью бурового инструмента при его подъеме на поверхность после углубки скважины или специального инструмента (винтового транспортера) при его вращении одновременно с углубкой. Кроме того, продукты разрушения могут залавливаться в стенки скважины без подъема на поверхность. Механический способ удаления продуктов разрушения применяется при бурении неглубоких скважин в мягких рыхлых породах специальными забойными инструментами: буровыми ложками, змеевиками, желонками, стаканами. Весь выбуренный объем породы поднимается на поверхность вместе с породоразрушающим инструментом, что существенно снижает производительность труда при бурении. Продукты разрушения в таких условиях могут удаляться специальными устройствами грейферного типа. Грейфер — приспособление, предназначенное для извлечения и погрузки навалочных (сыпучих, пылевидных, кусковых) и штучных грузов. Конструктивная особенность грейферного ковша, состоящего из пары смыкающихся челюстей, позволяет работать «в глубину» без расширения границ копаемой области. Это нашло широкое применение в рытье (чистке) колодцев и бурении скважин. 31) Основные материалы для приготовления буровых растворов. Глины. Химический состав глин. Гидрослюда. Каолинит. жидкость для создания дисперсионной среды (вода с заданными pH и минерализацией, углеводородные жидкости); основной структурообразователь и коркообразователь (глина, полимеры и др.); утяжелители. 32) Способы удаления продуктов разрушения. Гидравлический способ удаления продуктов разрушения. Гидравлический – осуществляется с помощью потока промывочной жидкости, циркулирующей в скважине с определенной скоростью. Удаление продуктов разрушения при гидравлическом способе осуществляется очистным агентом в виде потока промывочной жидкости. Движущаяся с определенной скоростью жидкость должна обеспечивать в общем случае: эффективное разрушение породы на забое; удаление продуктов разрушения с забоя и из скважины; охлаждение породоразрушающего инструмента. В сложных геологических условиях промывочная жидкость должна выполнять еще ряд функций: обеспечивать устойчивость стенок скважины при бурении по малоустойчивым породам; препятствовать фонтанированию напорных подземных вод или выбросу нефти и газа; обеспечивать удержание частиц продуктов разрушения во взвешенном состоянии в период прекращения циркуляции. 33) Основные материалы для приготовления буровых растворов. Глины. Химический состав глин. Каолинит. Палыгорскит Глина - это связная несцементированная осадочная порода, состоящая из глинистых минералов. Главными признаками глин являются высокодисперсное состояние, характеризующееся коллоидными и близкими к ним размерами частиц, гидрофильность (активное взаимодействие с водой), способность к адсорбции, ионному обмену, набуханию и проявлению упруго-вязко-пластичных и тиксотропных свойств в концентрированных и разбавленных суспензиях. Глинистые минералы по химическому составу представляют собой водные (содержащие кристаллизационную воду) алюмосиликаты. Суммарное содержание глинозема (Al2O3), кремнезема (SiO2) и воды достигает в глинах 75 – 90 %. Остальное приходится на долю других элементов периодической системы, среди которых явно преобладают Na+, K+, Ca 2+ , Mg 2+ и Fe 2+. Глины принято называть по названию основного минерала: монтмориллонитовые, гидрослюдистые, каолинитовые и палыгорскитовые.Монтмориллонитовые глины среди специалистов по бурению скважин принято называть бентонитовыми или просто бентонитом.   34) Гидравлический способ удаления продуктов разрушения. Классификация промывочных жидкостей (по С. С. Сулакшину и П. С. Чубику).  35) Материалы и химические реагенты - регуляторы технологических свойств буровых растворов. Глина - это связная несцементированная осадочная порода, состоящая из глинистых минералов. Масса природной глины держится в куске (комке) за счет сил сцепления (притяжения), действующих между элементарными пакетами глины. Глинопорошки Глинопорошок представляет собой высушенную и измельченную глину с добавками или без добавок химических реагентов. Глинопорошки готовят из бентонитовых (ПБ), палыгорскитовых (ПП) и каолинит - гидрослюдистых (ПКГ) глин. По техническим условиям ОСТ 39-202-86 глинопорошки в зависимости от минералогического состава глинистого сырья, выхода из них глинистого раствора с определенной вязкостью и наличия модифицирующих добавок подразделяются на следующие типы и марки (табл. 1). 37) Виды и марки глинопорошков. Что такое модифицированные глинопорошки. Примеры. Марки глинопорошков.   ПБ - порошок бентонитовый, ПП - порошок палыгорскитовый, ПКГ - порошок каолинит-гидрослюдистый. М – модифицированный. Модифицированные бентонитовые глинопорошки предназначены для приготовления пресных буровых растворов. Наибольший эффект от их применения проявляется в растворах с низким содержанием твердой фазы. В зависимости от сортности расход глинопорошков в неутяжеленных растворах колеблется от 3,54 до 10%, в утяжеленных - от 2 до 8%. Показатель концентрации водородных ионов должен быть в пределах 8-10. Палыгорскитовые глинопорошки применяются как структурообразователи в соленасыщенных системах вследствие одинаковой способности минерала к набуханию как в пресной, так и в минерализованной (по NаCl) до насыщения средах. Расходные показатели в соленасыщенных системах на 20-30% ниже, чем бентонитов. Каолинит-гидрослюдистые глинопорошки применяются при необходимости получения растворов с большой плотностью без добавок утяжелителя. Могут применяться как структурообразователи в соленасыщенных растворах ввиду повышенной электролитной устойчивости суспензии. Модифицированные солями аммония или катионоактивными ПАВ монтмориллонитовые бентониты и полыгорскиты применяются в качестве структурообразователя инвертных эмульсий и известково-битумных растворов. Расходные показатели материалов - от 0,5 до 6%. 36) Схемы циркуляции промывочной жидкости: полная и неполная циркуляции жидкости. При гидравлическом способе удаления продуктов разрушения используются три основные схемы циркуляции жидкости или промывки скважин: прямая, обратная, комбинированная. При этом может происходить полная, неполная и местная (призабойная) циркуляция жидкости. Полная циркуляция характеризуется движением промывочной жидкости в циркуляционной системе по замкнутому кругу: насос — бурильные трубы — ствол скважины — циркуляционные желоба и отстойники — насос (рис. 2, а). Неполная циркуляция промывочной жидкости происходит в случае полного ее поглощения в одном из пересекаемых пластов или ухода в трещины — жидкость по трубам достигает забоя, но не выходит на поверхность через устье скважины, а уходит в толщу пород (рис. 2, б). 38) Схемы циркуляции промывочной жидкости: местная (призабойная) циркуляция жидкости. Местная или призабойная циркуляция жидкости заключается в том, что поток движется по замкнутому кругу в призабойной части скважины: буровой снаряд — ствол скважины — забой (рис. 2, .в). 39) Гидратация глин. Обменные реакции глин. Способность глин к гидратации (присоединению воды), набуханию и диспергированию (дезинтеграции) определяется их минералогическим составом. Чем легче диспергируется и сильнее гидратируется глина, тем больший объем глинистого раствора с определенной вязкостью можно получить из одной и той же массы глины. Глины, которые легко поглощают воду, называются гидрофильными глинами, которые не поглощают воду – гидрофобными. Находясь в пресной воде, слои глины адсорбируют воду и разбухают до такой степени, когда силы, удерживающие их вместе, ослабевают так, что отдельные слои глины могут отделяться друг от друга. Расслоение частиц глины называется дисперсией. Такое увеличение числа частиц глины с увеличением суммарной площади их поверхности приводит к загустеванию суспензии. 40) Пневматический способ удаления продуктов разрушения Пневматический способ удаления продуктов разрушения заключается в том, что воздух с помощью компрессора нагнетается к забою скважины и, двигаясь с достаточно большой скоростью, выносит частицы разрушенной породы в шламовую трубу или на поверхность (рис. 5). 41) Функция бурового раствора, удаление продуктов разрушения горных пород из скважины и создание гидростатического равновесия в системе «пласт-скважина». Основные способы удаления продуктов разрушения: Механический - продукты разрушения удаляются с помощью бурового инструмента при его подъеме на поверхность после углубки скважины или специального инструмента (винтового транспортера) при его вращении одновременно с углубкой. Кроме того, продукты разрушения могут залавливаться в стенки скважины без подъема на поверхность. Гидравлический – осуществляется с помощью потока промывочной жидкости, циркулирующей в скважине с определенной скоростью. Пневматический - заключается в выносе продуктов разрушения из скважины потоком сжатого воздуха или газов. Комбинированный осуществляются с использованием двух или трех перечисленных выше способов одновременно или последовательно. Это одна из основных функций раствора, способствующая достижению максимальной скорости бурения за счет эффективной очистки забоя от выбуренной породы. Требование удалять шлам с забоя - обязательное, так как в противном случае невозможно обеспечить углубление ствола скважины. Наилучшие условия разрушения создаются при минимальной разнице гидростатического и порового давлений в разбуриваемых породах. Механическая скорость бурения повышается при обработке раствора реагентами, понижающими, поверхностное натяжение (ПАВ-ами). Существенное влияние оказывает величина мгновенной фильтрации рас- твора, чем она больше, тем выше механическая скорость. Для улучшения очистки забоя на практике увеличивают вязкость бурового раствора или его подачу к забою через насадки долота. Обязательное требование к процессу промывки скважин – выполнение функции транспортирования шлама на дневную поверхность. Качество очистки скважины от шлама (скорость и степень) зависит от скорости восходящего потока, которая определяется производительностью насосов. Для удовлетворительной очистки скважины от шлама должно быть выбрано оптимальное соотношение между подачей буровых насосов, плотностью и показателями реологических свойств раствора. Факторы, обусловливающие осложнения при бурении скважин, и их классификация.    43) Назовите виды породообразующих связей в горных породах, определяющие их сопротивляемость деформированию и разрушению. Разрушение горных пород - нарушение сплошности природных структур горных пород (минеральных агрегатов, массивов горных пород) под действием естественных и искусственных сил. Показатели и свойства горных пород, ответственные за прочность и разрушение Известно, что горные породы состоят из одного или нескольких минералов, а их зерна или кристаллы обладают анизотропными свойствами, и в целом агрегаты, состоящие из многих зерен, разбросанных хаотично, представляются более или менее изотропными. Адгезия (лат. adhaesio – прилипание) – слипание, обусловленное межмолекулярным взаимодействием разнородных твердых или жидких тел (фаз), соприкасающихся своими поверхностями. Когезия (лат. cohaesus – связанный, сцепленный) – межмолекулярное или межатомное притяжение между однородными частицами твердого тела или жидкости, приводящее к объединению этих частиц в единое тело. Разрыв адгезионных и когезионных связей определяет прочность горной породы. 44) Функция бурового раствора, удержание частиц выбуренной породы во взвешенном состоянии и предотвращение газо-нефте-водопроявлений. Важное технологическое качество бурового раствора — удержание находящихся в нем частиц во взвешенном состоянии, особенно при технологических остановках процесса. При улучшении реологических характеристик бурового раствора его удерживающая способность повышается. Давление бывает нормальным для данной глубины, а может быть аномально высоким - значительно выше гидростатического или аномально низким, т.е. значительно ниже гидростатического. Поэтому в первом случае плотность бурового раствора должна быть такой, чтобы давление столба раствора было несколько выше пластового давления и препятствовало перетоку жидкости или газа из пласта в скважину как при бурении, так и во время СПО. Во втором случае плотность раствора должна быть такой, чтобы давление раствора было равно или несколько ниже (бурение на депрессии) для предотвращения поглощения раствора и гидроразрыва пласта. Требуемая величина плотности бурового раствора, в зависимости от пластового давления и глубины залегания пласта, четко регламентируется правилами безопасности нефтяной и газовой промышленности (ПБ) при бурении скважин на нефть и газ . 45) Комбинированные способы удаления продуктов разрушения. Гидромеханический способ удаления продуктов разрушения применяется при вращательном и ударно-канатном способах бурения В этом случае реализуется призабойная (местная) циркуляция жидкости за счет движения - расхаживания снаряда (рис. 6) Пневмомеханический способ осуществляется при использовании шнекового транспортера и сжатого воздуха, нагнетаемого к забою скважины по трубам шнековой колонны, что способствует удалению продуктов разрушения. 46) Функция бурового раствора, очистка забоя скважины и вынос выбуренного шлама. Это одна из основных функций раствора, способствующая достижению максимальной скорости бурения за счет эффективной очистки забоя от выбуренной породы. Требование удалять шлам с забоя - обязательное, так как в противном случае невозможно обеспечить углубление ствола скважины. Наилучшие условия разрушения создаются при минимальной разнице гидростатического и порового давлений в разбуриваемых породах. Механическая скорость бурения повышается при обработке раствора реагентами, понижающими, поверхностное натяжение (ПАВ-ами). Существенное влияние оказывает величина мгновенной фильтрации рас- твора, чем она больше, тем выше механическая скорость. Для улучшения очистки забоя на практике увеличивают вязкость бурового раствора или его подачу к забою через насадки долота. Обязательное требование к процессу промывки скважин – выполнение функции транспортирования шлама на дневную поверхность. Качество очистки скважины от шлама (скорость и степень) зависит от скорости восходящего потока, которая определяется производительностью насосов. Для удовлетворительной очистки скважины от шлама должно быть выбрано оптимальное соотношение между подачей буровых насосов, плотностью и показателями реологических свойств раствора. 47) Способы борьбы с осложнениями Осыпи и обвалы неустойчивых глин являются основными видами осложнений, возникающих при бурении. Многие скважины не были добурены до проектных глубин из-за этих осложнений. Одним из основных факторов, обеспечивающих устойчивость стенок скважины, является плотность. С ее увеличением интенсивность осыпей и обвалов ствола, как правило, уменьшается, однако при этом становится все более опасным другой вид осложнений — поглощения бурового раствора. На практике для повышения устойчивости стенок скважины регулируют одновременно: плотность, показатель фильтрации, соленость бурового раствора с целью уменьшения степени проникновения фильтрата бурового раствора в поры породы за счет фильтрации, осмоса и др. 48) Функция бурового раствора, перенос энергии от насосов к забойным механизмам и предохранение бурового инструмента и оборудования то коррозии и абразивного износа. Установлено, что коррозия является главной причиной повреждения бурильных колонн. К сожалению, в отечественной практике при бурении практически не уделяется внимание коррозии. В мировой практике за коррозией бурильных труб следят при помощи стальных колец, установленных в специальных проточках в муфте бурильного замка. Через определенное время воздействия бурового раствора определяют снижение массы этих колец. Гидравлическим погружным двигателем называют машину, которая преобразует энергию потока жидкости в механическую энергию вращательного движения. Для работы объемного гидравлического двигателя (винтовой забойный двигатель - ВЗД) также необходима промывочная жидкость. Статор и ротор ВЗД относительно друг друга расположены эксцентрично. За счет правильно подобранной киниматической пары происходит непрерывное касание зубьев статора по зубьям ротора по всей длине двигателя. При движении промывочной жидкости создаются области высокого и низкого давления и ротор начинает вращаться, а вал проворачивается. 49) Классификация скважин по профилю. По углу заложения скважины можно разделить: на вертикальные (направленные вниз или вверх – угол наклона скважины φ относительно горизонта равен 90°); наклонные относительно горизонта (направленные вниз или вверх, угол наклона φ относительно горизонта меньше 90°); горизонтальные. По характеру кривизны скважины разделяются: на относительно прямолинейные; плоско искривленные; пространственно искривленные  50) Функциональные свойства буровых растворов: плотность и условная вязкость. Плотность – это отношение массы бурового раствора к его объему. Различают кажущуюся и истинную плотности. Первая характеризует раствор, выходящий из скважины и содержащий газообразную фазу, а вторая – раствор без газовой фазы. Для измерения плотности буровых растворов используют ареометр АБР-1 или рычажные весы-плотномер ВРП-1. Показатель условной вязкости характеризует общую тенденцию изменения реологических показателей бурового раствора, но не дает достаточной информации для определения реологических характеристик течения жидкости. Условная вязкость используется в промысловых условиях только как индикатор относительных изменений текучести раствора относительно воды. Условная вязкость не используется как параметр сравнения различных буровых растворов. 51) Схемы бурения скважин с прямой и обратной циркуляцией очистного агента. прямой (подача очистного агента через бурильную колонну к забою и выход агента со шламом из скважины по затрубному пространству через промывочные каналы коронки или долота) – рис. 1, а, б, где показаны варианты бурения одинарным колонковым снарядом (а) и двойным колонковым снарядом (б); обратной (агент подается в скважину по затрубному пространству или в зазоре двойной колонны бурильных труб, а выходит из скважины по внутреннему каналу бурильной колонны) – рис. 1, в; 52) Функциональные свойства буровых растворов, формирование на стенках скважины малопроницаемой фильтрационной корки и предохранение бурового инструмента и оборудования от коррозии и абразивного износа. Формирование на стенках скважины малопроницаемой фильтрационной корки Буровой раствор должен образовывать на стенке скважины, сложенной проницаемыми горными породами, тонкую глинистую корку с низкой проницаемостью с целью укрепления стенок скважины и предупреждения поглощения бурового раствора. Фильтрационная корка из твердой фазы раствора образуется на стенках скважины под влиянием разницы гидростатического давления столба раствора и пластового давления. Предохранение бурового инструмента и оборудования от коррозии и абразивного износа Установлено, что коррозия является главной причиной повреждения бурильных колонн. К сожалению, в отечественной практике при бурении практически не уделяется внимание коррозии. В мировой практике за коррозией бурильных труб следят при помощи стальных колец, установленных в специальных проточках в муфте бурильного замка. Через определенное время воздействия бурового раствора определяют снижение массы этих колец. Типовая схема размещения оборудования, инструмента, запасных частей и материалов на буровой. Расположение оборудования на буровой должно обеспечивать: 1) максимальное удовлетворение технологическим требованиям бурения - разрушение горной породы, ее вынос из скважины, очистка промывочной жидкости от выбуренной породы, производство вспомогательных операций и т. д; 2) использование установленной мощности; 3) хорошую маневренность (приспособляемость установки к различным условиям бурения), удобство управления, эксплуатации и ремонта отдельных механизмов и легкую доступность быстро изнашивающихся элементов; 4) наиболее полную механизацию трудоемких работ и автоматизацию процесса проводки скважины; 5) наиболее соответствие требованиям ПБ 08-624-03 «Правила безопасности в газовой промышленности», требованиям окружающей среды и экологической безопасности; 6) удобство и быстроту монтажа и демонтажа всего оборудования; 7) возможность сборки установки из отдельных блоков механизмов, допускающих транспортировку с одной точки бурения на другую. Функциональные свойства буровых растворов, фильтрационные и коркообразующие свойств, определение песка. Изучение метода определения содержания песка в промывочной жидкости Повышение в промывочной жидкости песка отрицательно сказывается на износе бурильного инструмента и бурового оборудования. Количество осадка определяют в растворе, выходящем из скважины в начале желобной системы и из приемного мерника, т. е. в растворе, поступающем в скважину. Разница процентного содержания песка в этих пробах характеризует эффективность очистной системы. Поэтому в процессе бурения обязателен контроль за держанием в растворе песка, и при его повышении необходимо принимать меры для улучшения очистки раствора. Определение содержания песка и грубодисперсных фракций основано на явлении седиментации их в разбавленном глинистом растворе. Формирование на стенках скважины малопроницаемой фильтрационной корки Буровой раствор должен образовывать на стенке скважины, сложенной проницаемыми горными породами, тонкую глинистую корку с низкой проницаемостью с целью укрепления стенок скважины и предупреждения поглощения бурового раствора. Фильтрационная корка из твердой фазы раствора образуется на стенках скважины под влиянием разницы гидростатического давления столба раствора и пластового давления. Основные способы бурения скважин. Вращательным (производится под воздействием осевого усилия на инструмент – коронку или долото, что обеспечивает внедрение резцов бурового инструмента в породу, и крутящего момента, под действием которого, преодолевая сопротивление породы, осуществляется резание или скалывание породы и отделение, таким образом, разрушенной породы от массива.) Ударно-вращательным (бурение могут осуществлять с промывкой (бурение гидроударными забойными машинами – гидроударниками), продувкой воздухом или используя разнообразные газожидкостные системы – ГЖС (бурение пневмоударными забойными машинами – пневмо-ударниками)). Вращательно-ударным (целесообразно использовать в твердых горных породах, и при этом способе бурения применяют техническую воду или воду с добавками ПАВ) Ударно-канатным (бурение осуществляют без циркуляции очистного агента путем дробления горной породы с последующим её вычерпыванием специальной желонкой, а ударно-забивной способ бурения применяют или всухую, или с продувкой, если для нанесения ударов используют пневмоударник.) Ударно-забивным. Требования к буровым промывочным жидкостям. Концепция выбора и обоснование типа бурового раствора. Основное требование к буровым промывочным жидкостям обозначено «Правилами безопасности в нефтяной и газовой промышленности» (ПБ 08-624-03): «Тип и свойства бурового раствора в комплексе с технологическими мероприятиями и техническими средствами должны обеспечивать безаварийные условия бурения с высокими технико-экономическими показателями, а также качественное вскрытие продуктивных горизонтов». Концепция выбора и обоснование типа бурового раствора Основные этапы: - определение геолого-технических условий бурения скважин; - формулирование требований к буровым растворам; - анализ имеющегося опыта бурения; - изучение конъюнктуры рынка; - аналитический подбор оптимальной рецептуры; - оценка экологической безопасности; - разработка нормативной документации (регламент, инструкции). RС-бурение. Бурение с обратной циркуляцией (RC). Высокая скорость. Низкая стоимость. Диаметры бурения от 121 мм до 600 мм. Глубина бурения 200-250 м. Применяют двойные бурильные трубы. Приготовление бурового раствора. Наиболее простая технологическая схема включает емкость для перемешивания компонентов бурового раствора, оснащенную механическими и гидравлическими перемешивателями, гидроэжекторный смеситель, оснащенный загрузочной воронкой, насос и трубопроводы. В емкость заливается расчетное количество дисперсионной среды и насосом перекачивается через нагнетательную линию через гидроэжекторный смеситель по замкнутому циклу. Компоненты будущего бурового раствора подаются как правило в мешках с помощью кранов или манипуляторов, возможна подача россыпью посредством транспортеров. В загрузочную воронку компонент загружается вручную, откуда с помощью гидровакуума подается в камеру гидроэжекторного смесителя, где и происходит его смешивание с дисперсионной средой. Суспензия сливается в емкость, где она тщательно перемешивается механическими или гидравлическими перемешивателями. Скорость подачи материала в камеру эжекторного смесителя регулируются шиберной заслонкой, а значение вакуума в камере — сменными твердосплавными насадками. Если раствор необходим впрок, его готовят порционно, а порции откачивают в другие емкости циркуляционной системы либо в специальные запасные емкости. Принципы расчета профиля скважины. Очистка бурового раствора. |