Понятие о режимах бурения и его понятиях и влияние их на показатели бурения.. понятия о режимах бурения.. Министерство образования и науки рф федеральное государственное бюджетное
 Скачать 38.56 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «Удмуртский государственный университет» Институт нефти и газа им. М.С. Гуцериева Кафедра разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Реферат Понятие о режимах бурения и его понятиях и влияние их на показатели бурения. Выполнил: студент группы ЗСС-21.05.06-31 Вахрушев А.Я. Проверил: Дорофеев Н.П. 2022г. Понятие о режимах бурения и его понятиях и влияние их на показатели бурения. Эффективность бурения зависит от комплекса факторов: осевой нагрузки на долото, частоты вращения долота, расхода бурового раствора и параметров качества бурового раствора, типа долота, геологических условий, механических свойств горных пород. Выделяют параметры режима бурения, которые можно изменять с пульта бурильщика в процессе работы долота на забое, и факторы, установленные на стадии проектирования строительства скважины, отдельные из которых нельзя оперативно изменять. Первые называются управляемыми. Определённое сочетание их, при котором осуществляется механическое бурение скважины, называется режимом бурения. Режим бурения, обеспечивающий получение наилучших показателей при данных условиях бурения, называется оптимальным. Иногда в процессе бурения приходится решать и специальные задачи – проводка скважины через поглощаюшие пласты, обеспечение минимального искривления скважины, максимального выхода керна, качественного вскрытия продуктивных пластов. Режимы бурения, при которых решаются такие задачи, называются специальными. Каждый параметр режима бурения влияет на эффективность разрушения горных пород, причём влияние одного параметра зависти от уровня другого, то есть наблюдается взаимовлияние факторов. Выделяют следующие основные показатели эффективности бурения нефтяных и газовых скважин: проходка на долото, механическая и рейсовая скорости бурения. Проходка на долото Hд (м) очень важный показатель, определяющий расход долот на бурение скважины и потребность в них по площади и УБР в целом, число СПО, изнашивание подъемного оборудования, трудоемкость бурения, возможность некоторых осложнений. Проходка на долото в большей мере зависит от абразивности пород, стойкости долот, правильности их подбора, режимов бурения и критериев отработки долот. Механическая скорость (Vм): Vм = Hд / Тм где Hд - проходка на долото, м; Тм - продолжительность механического разрушения горных пород на забое или время проходки интервалов, ч. Таким образом, Vм - средняя скорость углубления забоя. Она может быть определена по отдельному долоту, отдельному интервалу, всей скважине Lс, по УБР и т.д.: Vм = Lс / Тм Выделяют текущую (мгновенную) механическую скорость: Vм = dh / dt При известных свойствах горных пород механическая скорость характеризует эффективность разрушения их, правильность подбора и отработки долот, способа бурения и режимных параметров, величину подведенной на забой мощности и ее использование. Если в одинаковых породах и интервалах одной скважины скорость ниже, чем в другой, надо улучшать режим. Изменение текущей механической скорости связано с изнашиванием долота, чередованием пород по твердости, изменением режимных параметров в процессе отработки долота, свидетельствует о целесообразности подъема долота. Рейсовая скорость Vр = Hд / (Тм + Тсп) где Hд - проходка на долото, м; Тм – продолжительность работы долота на забое, ч; Тсп – продолжительность спуска и подъема долота, наращивания инструмента, ч. Рейсовая скорость определяет темп углубления скважины, она показывает, что темп проходки ствола зависит не только от отработки долота, но и от объема и скорости выполнения СПО. Если долго работать изношенным долотом или поднимать долото преждевременно, то Vр снижается. Долото, поднятое при достижении максимума рейсовой скорости, обеспечивает наиболее быструю проходку ствола. Средняя рейсовая скорость по скважине выражается: Vр = Lс / (Тм + Тсп) Что такое режим бурения? Режим бурения скважины - это совокупность факторов, влияющих на показатели бурения, задаваемые, поддерживаемые и регулируемые в процессе углубления забоя. Оптимальный Специальный Оптимальным называют режим, установленный с учетом геологического разреза и максимального использования имеющихся технических средств для получения высоких количественных и качественных показателей при минимальной стоимости 1 м проходки. Специальным называют режим, установленный для забуривания второго ствола и последующего бурения в осложненных условиях, при обвалах, высоком пластовом давлении, поглощениях жидкости, изменении направления оси скважины, отборе керна и др Какие бывают параметры режима бурения? Осевая нагрузка на долото Частота вращения долота Расход промывочной жидкости Свойства промывочной жидкости - Вспомогательный: крутящий момент на ключ Что определяют параметры режима бурения? Осевая нагрузка на долото определяет проходку на долото, Частота вращения долота определяет время механического бурения, Расход промывочной жидкости – механическую скорость проходки, а Свойства промывочной жидкости – рейсовую скорость проходки. Все вместе параметры бурения определяют - Технико -экономические показатели бурения Осевая нагрузка на долото. Разрушение горной породы на забое механическим способом невозможна без создания осевой нагрузки на долото Механическая скорость непрерывно возрастает с увеличением осевой нагрузки, но темп её роста для мягких пород более быстрый, так как больше глубина погружения зубьев при одинаковой нагрузке. На стенде, и в промысловых условиях наблюдается изменение темпа роста Vм от G при переходе от разрушения пород истиранием при небольшой осевой нагрузке к разрушению пород в усталостной и объёмной областях при больших нагрузках. Если скорость вращения долота неизменна и обеспечивается достаточная чистота забоя, величина углубления за один оборот у возрастает с увеличением удельной осевой нагрузки Руд. При весьма малой нагрузке напряжение на площадке контакта зуба шарошки с породой меньше предела усталости последней; поэтому при вдавливании происходит лишь упругая деформация породы Разрушение же породы в этой зоне, которую обычно называют областью поверхностного разрушения, может происходить путём истирания и, возможно, микроскалывания шероховатостей поверхности при проскальзывании зубка. Если нагрузка более высокая, то давление на площадки контакта зубка с забоем превышает предел усталости, но меньше предела прочности породы. Поэтому при первом ударе зубка по данной площадке происходит деформация породы, возможно, образуются начальные микротрещины, но разрушения ещё не происходит. При повторных ударах зубков по той же площадке начальные микротрещины развиваются вглубь до тех пор, пока при очередном ударе не произойдёт выкол. Мягкие породы Средней твердости Твердые породы Крепкие породы Р о Vмех. Чем больше действующая на зубок сила, тем меньше ударов требуется для разрушения. Эту зону называют областью объёмно – усталостного разрушения. При более высоких нагрузках разрушение породы происходит при каждом ударе зубка. Поэтому участок правее точки В называют областью эффективного объёмного разрушения породы. В области ОА углубление за один оборот у мало и возрастает очень медленно, пропорционально удельной нагрузке на долото Руд. Под удельной нагрузкой понимают отношение нагрузки на долото G к его диаметру. В области усталостного разрушения углубление растет быстрее увеличения удельной нагрузки и зависимость между ними имеет степенной характер. В области эффективного объёмного разрушения породы углубление за один оборот быстро возрастает – примерно пропорционально удельной нагрузке (или несколько быстрее), если обеспечена достаточная очистка забоя. Характер зависимости между углублением за один оборот долота у и удельной нагрузкой Руд существенно изменяется, как только очистка забоя становится недостаточной и на нём скапливаются ранее сколотые частицы, которые не успели переместиться в наддолотную зону. Такие частицы дополнительно измельчаются при новых ударах зубков шарошек по забою. Поэтому с ухудшением очистки забоя прирост углубления за один оборот долота с увеличением удельной нагрузки будет уменьшаться. Передавать осевую нагрузку на долото за счет массы нижней секции колонны бурильных труб нерационально, т. к. в этом случае секция будет подвергаться напряжениям на сжатие, изгиб и кручение. Это приводит к поломкам бурильной колонны и искривлению ствола скважины. Поэтому в нижней части бурильной колонны устанавливают утяжеленный низ. В процессе бурения осевая нагрузка на долото не должна превышать 0,75 массы утяжеленного низа. Заданная нагрузка на долото контролируется гидравлическим индикатором массы. Осевая нагрузка в процессе забуривания 2го ствола должна быть равномерной при скорости проходки 3-4 м/ч. Частота вращения долота должна быть в пределах 40- 60 об/мин. На таком режиме второй ствол следует забуривать не менее чем на 5-6 м. Если в этом интервале долото работало нормально, бурение можно вести на оптимальном режиме. После спуска очередного долота при нагрузке 15-30 кН прорабатывают интервал 10-15 м от забоя. В течение нескольких минут поддерживают пониженную нагрузку, чтобы опоры долота приработались, а затем увеличивают ее до требуемого значения, согласно указаниям геолого-технического наряда, и поддерживают постоянной. Окончательно осевую нагрузку бурильщик должен выбирать сам, добиваясь наибольшей механической скорости проходки. Частота вращения долота. Эффективное разрушение горной породы при бурении происходит при условии, что время контакта рабочих элементов долота с породой было не меньше времени, которое необходимо для того, чтобы нагрузка достигла такой величины, которая необходима для разрушения породы. Время контакта зуба долота с породой для шарошечных долот определяется шагом зуба и скоростью вращения долота. Если время контакта будет меньше времени разрушения породы, то процесс деформации будет протекать неполностью, и разрушение будет носить усталостный характер, несмотря на то, что осевая нагрузка будет достаточной. Частота вращения трёхшарошечного долота рассчитывается по трем показателям: - рекомендуемой линейной скорости на периферии долота; - продолжительности контакта зубьев долота с горной породой; - стойкости опор долота. С изменением частоты вращения долота меняется число поражений забоя зубками шарошечного долота. При малой частоте вращения долота промежуток времени, в течение которого остаётся раскрытой трещина в породе, образующаяся при вдавливании зубка, достаточен для того, чтобы в эту трещину проник фильтрат бурового раствора (или сам раствор). Давления на частицу сверху и снизу практически сравниваются и трещина не может сомкнуться после отрыва зубка от породы. В этом случае отрыв сколотой частицы от забоя и её удаление облегчаются. При увеличении же частоты вращения уменьшается промежуток времени, в течение которого трещина раскрыта, и фильтрат может заполнять её. Если же этот промежуток станет весьма малым, фильтрат в трещину не успеет проникнуть, трещина после отрыва зубка шарошки от породы сомкнётся, а прижимающая сила и фильтрационная корка будут удерживать частицу, препятствовать её удалению с забоя. Поэтому на забое сохраниться слой сколотых, но не удалённых частиц, которые будут повторно размалываться зубцами долота. Поскольку из-за неполноты очистки забоя величина углубления за один оборот долота у с увеличением частоты вращения (угловой скорости ) Влияние угловой скорости шарошечного долота на начальную механическую скорость бурения и углубление за один оборот о о у уменьшается, то механическая скорость Vом будет возрастать пропорционально частоте вращения долота в степени меньшей единицы Успешное бурение второго ствола до проектной глубины и последующие работы во многом зависят от качества и количества промывочной жидкости, подаваемой на забой, т. е. от скорости восходящего потока в затрубном пространстве. Расход промывочной жидкости Непрерывная циркуляция бурового раствора при бурении должна обеспечивать чистоту ствола скважины и забоя, охлаждение долота, способствовать эффективному разрушению породы, предупреждать осложнения. При неизменной осевой нагрузке и частоте вращения долота с увеличением секундного расхода бурового раствора улучшается очистка забоя и возрастает механическая скорость проходки. Однако увеличение секундного раствора эффективно лишь пока он не достигнет некоторой величины Qд, при Qмах механическая скорость проходки стабилизируется. Величина Qд зависит от конструкции долота, схемы очистки забоя, удельной осевой нагрузки, частоты вращения, твёрдости породы и свойств бурового раствора. При дальнейшем возрастании расхода начнёт преобладать повышение потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве, общее давление на забой начнёт расти и механическая скорость будет снижаться. Для бурения скважин объем бурового раствора определяется его количеством, необходимым для заполнения всей циркуляционной системы (приемных емкостей, отстойников, желобной системы и самой скважины) и объемом раствора, расходуемого в связи с потерями и заменой раствора на новый. Обычно при бурении скважины смена раствора на новый осуществляется 2-3 раза. На основании сказанного необходимый объем бурового раствора при колонковом бурении рассчитывается по формуле (10-20) где Ур=(4,7-6,28Д)2 - расход бурового раствора на 1 м бурения скважины диаметром Д м3; кс - коэффициент сложности бурения, учитывающий геологические условия проходки скважины, изменяется от 1 до 5 и более и устанавливается опытом путем сравнения условий бурения скважин на месторождении; Ье - общий объем буровых работ с применением бурового раствора, м. Расход промывочной жидкости при бурении должен обеспечивать полную очистку забоя от разрушенной породы и вынос ее на поверхность. При недостаточной промывке на забое происходит вторичное измельчение породы, что снижает скорость бурения и повышает износ породоразрушающего инструмента. Рассчитанный из условия обеспечения надежного выноса шлама из скважины расход промывочной жидкости обеспечивает охлаждение породоразрушающего инструмента. Расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле Уа = 0,25л?(/Э2 — с/2) V, (10.21) где к - коэффициент, учитывающий неравномерность скорости потока в скважине из-за местной повышенной разработанности стенок, наличия каверн (*=1,1-13); /) - диаметр скважины, м; с! -наружный диаметр бурильных труб, м; V - скорость восходящего потока промывочной жидкости в кольцевом пространстве скважины, м/с. При определении расхода промывочной жидкости исходят из необходимого создания в кольцевом пространстве скважины такой скорости восходящего потока, при которой не допускается чрезмерное обогащение промывочной жидкости выбуренной породой, обеспечивается устойчивое транспортирование крупных частиц шлама. Свойства промывочной жидкости. На механическую скорость бурения влияют плотность, вязкость, фильтрация, содержание песка и ряд других параметров бурового раствора. Наиболее существенно оказывает влияние плотность бурового раствора. Это влияние объясняется в основном повышением гидростатического давления на забой и ростом перепада давления между скважиной и разбуриваемым пластом, в результате чего ухудшаются условия образования трещин, выкалываемые частицы прижимаются к массиву. Поэтому наиболее значительно влияние в области объёмного разрушения породы, а при бурении в области поверхностного разрушения и истирания оно незначительно. С понижением плотности в большей мере проявляется эффект неравномерного всестороннего сжатия, облегчающего разрушение пород. Чем выше проницаемость пород и больше водоотдача (фильтрация), меньше вязкость фильтрата, ниже частота вращения, больше продолжительность контакта, тем слабее влияние плотности раствора, поскольку давление на забое и на глубине выкола успевает выровняться. При геологоразведочном бурении очистка скважин проводится непрерывно в процессе бурения при помощи: промывочных жидкостей, сжатого воздуха, пенных систем. Наиболее распространенным способом очистки скважин, однако, до сих пор остается применение промывочных жидкостей (техническая вода, естественные или глинистые растворы, аэрированные жидкости, эмульсионные и полимерные растворы). Промывочные жидкости, применяемые при бурении, должны удовлетворять следующим основным требованиям: очищать зону забоя скважины от разбуренной породы, чтобы породоразрушающий инструмент контактировал с чистым забоем, закреплять или удерживать стенки скважины при бурении в неустойчивых породах, препятствовать прорывам пластовых вод в скважину, обладать смазочными свойствами, снижать коррозионную агрессивность среды в скважине, поддерживать частицы выбуренной породы во взвешенном состоянии во время перерывов в работе, когда жидкость находится в скважине в полном покое, охлаждать породоразрушающий инструмент в процессе бурения, облегчать процесс разрушения горных пород, удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям. В качестве промывочной жидкости при бурении второго ствола применяют: буровые растворы, растворы на нефтяной основе, аэрированные растворы, пены и техническую воду обработанную ПАВ. Буровой раствор приготавливают на скважине размешиванием в механических глиномешалках комовой глины или глино-брикетов. Быстрое и без осложнений углубление скважины возможно лишь при полном и своевременном удалении выбуренной породы с забоя. В противном случае она оказывает дополнительное сопротивление долоту. Существуют 3 способа очистки промывочной жидкости от выбуренной породы: осаждение твердых частиц выбуренной породы под влиянием собственной массы из раствора в желобах и отстойниках циркуляционной системы; очистка раствора при помощи механических сит; сепарация раствора в аппаратах, принцип действия которых основан на использовании центробежной силы вращающего потока бурового раствора. Список литературы. Бурение нефтяных и газовых скважин (основные понятия и определения) : учеб. пособие для ин. студентов инженер. спец. / ФГБОУ ВО "Удмуртский государственный университет", Ин-т нефти и газа им. М. С. Гуцериева ; сост.: Т. В. Сарафанова, М. Б. Полозов. - Ижевск : Удмуртский университет, 2018 Басарыгин, Ю. М. Технология бурения нефтяных и газовых скважин : учеб. для вузов по спец. "Бурение нефтяных и газовых скважин" рек. УМО РФ / Ю. М. Басарыгин, А. И. Булатов, Ю. М. Проселков. - М. : Недра, 2001; Вадецкий, Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин : учеб. для образов. учреждений нач. проф. образования рек. МО РФ / Ю.В. Вадецкий. - М. : Академия, 2004; Дмитриев А.Ю. Основы технологии бурения скважин : учебное пособие.- Томск : Из-во ТПУ, 2008. |