отчет по практике. Отчет по учебной практике Выполнил студент группы бгбзс1211 Гарипов И. Ф. Проверил преподователь Нафикова Р. А
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
9.Бурение скважин в заданном направлении. Профили стволов скважин. Тип применяемых отклонителей. Размещение скважинв кусте. Точность проводки наклонно направленных скважин, радиусы допусков, исправление брака. Направленное бурение скважин При бурении все скважины по различным причинам в той или иной мере отклоняются от первоначально заданного направления. Этот процесс называется искривлением. Непреднамеренное искривление называется естественным, а искривление скважин с помощью различных технологических и технических приемов - искусственным. Вообще искривление скважин сопровождается осложнениями, к числу которых относятся более интенсивный износ бурильных труб, повышенный расход мощности, затруднения при производстве спуско-подъемных операций, обрушение стенок скважины и др. Однако в ряде случаев искривление скважин позволяет значительно снизить затраты средств и времени при разработке месторождений нефти и газа. Таким образом, если искривление скважины нежелательно, то его стремятся предупредить, а если оно необходимо, то его развивают. Этот процесс называется направленным бурением, которое может быть определено как бурение скважин с использованием закономерностей естественного искривления и с помощью технологических приемов и технических средств для вывода скважины в заданную точку. При этом искривление скважин обязательно подвергается контролю и управлению. В процессе бурения направленной скважины необходимо знать положение каждой ее точки в пространстве. Для этого определяются координаты ее устья и параметры трассы, к которым относятся зенитный угол Q, азимут скважины a (рис. 7.1) и ее длина L. Зенитный угол - это угол между осью скважины или касательной к ней и вертикалью. Азимут - это угол между направлением на север и горизонтальной проекцией касательной к оси скважины, измеренный по часовой стрелке. Длина скважины - это расстояние между устьем и забоем по оси. Проекция оси скважины на вертикальную плоскость называется профилем, а на горизонтальную - планом Вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины, или касательную к ней, называется апсидальной. При выполаживании скважины происходит увеличение зенитного угла (бурение с подъемом угла), а при выкручивании - уменьшение (бурение с падением угла). При искривлении скважины влево азимут ее уменьшается, а вправо - увеличивается. Темп отклонения скважины от ее начального направления характеризуется интенсивностью искривления i, которая может быть определена как для зенитного iQ, так и азимутального ia искривления iQ = (Qк - Qн)/L, ia = (aк - aн)/L, где Qн и aн - соответственно начальные зенитный и азимутальный углы на определенном интервале скважины, град; Qк и aк - то же для конечных углов интервала, град; L - длина интервала скважины, м. Если скважина искривляется с постоянной интенсивностью и только в апсидальной плоскости, то ее ось представляет собой дугу окружности радиусом R, величина которого может быть определена по формуле R = 57,3/i  Отклонение скважин от проектного положения может происходить вследствие неправильного заложения оси скважины при забуривании или искривления в процессе бурения. В первом случае имеют место причины субъективного характера, которые могут быть легко устранены. Для этого необходимо обеспечить соосность фонаря вышки, проходного отверстия ротора и оси скважины; горизонтальность стола ротора, прямолинейности ведущей трубы, бурильных труб и УБТ согласно техническим условиям. Во втором случае действуют объективные причины, связанные с неравномерным разрушением породы на забое скважины. Каждая из этих причин проявляется в виде сил и опрокидывающих моментов, действующих на породоразрушающий инструмент. Все эти силы и моменты могут быть приведены к одной равнодействующей и главному моменту. При этом возможны четыре случая. 1. Все силы приводятся к равнодействующей, совпадающей с осью скважины, момент отсутствует (рис. 7.3, а). В этом случае обеспечивается бурение прямолинейной скважины. Таким образом, если искривление нежелательно, то необходимо создать вышеприведенные условия, что, однако, трудно достижимо. 2. Все силы приводятся к равнодействующей, направленной под углом к оси скважины, момент отсутствует (рис. 7.3, б). Под действием боковой составляющей равнодействующей силы происходит фрезерование стенки скважины, а следовательно, искривление. Интенсивность искривления зависит от физико-механических свойств пород, боковой фрезерующей способности долота, механической скорости бурения и других факторов. Следует отметить, что при искривлении только за счет фрезерования стенки скважины имеют место резкие перегибы ствола, что приводит к посадкам инструмента при спуске и требует дополнительной проработки скважины. 3. Все силы приводятся к равнодействующей, совпадающей с осью породоразрушающего инструмента и к опрокидывающему моменту относительно его центра (рис. 7.3, в). Вследствие этого между осью скважины и осью инструмента образуется некоторый угол d, в результате чего и происходит искривление. Интенсивность искривления в этом случае практически не зависит от физико- механических свойств горных пород и фрезерующей способности долота, ось скважины представляет собой плавную линию близкую к дуге окружности, что облегчает все последующие работы. 4. Все силы приводятся к равнодействующей, не совпадающей с осью скважины, и к опрокидывающему моменту (рис. 7.3, г). В этом случае искривление скважины происходит за счет совместного действия фрезерования стенки скважины и наклонного положения инструмента относительно оси скважины. Возникновение вышеуказанных сил и моментов, действующих на породоразрушающий инструмент, происходит из-за множества причин, не все из которых известны. Все они условно могут быть подразделены на три группы - геологические, технологические и технические.  ТИПЫ ПРОФИЛЕЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ВЫБОРУ Профиль наклонно направленной скважины выбирается так, чтобы при минимальных затратах средств и времени на ее проходку было обеспечено попадание скважины в заданную точку продуктивного пласта при допустимом отклонении. Профили скважин классифицируют по количеству интервалов ствола. За интервал принимается участок скважины с неизменной интенсивностью искривления. По указанному признаку профили наклонно направленных скважин подразделяются на двух, трех, четырех, пяти и более интервальные. Кроме того, профили подразделяются на плоские - расположенные в одной вертикальной плоскости, и пространственные, представляющие собой пространственную кривую линию. Далее рассматриваются только плоские профили. Простейшим с точки зрения геометрии является двухинтервальный профиль (рис. 7.5, а), содержащий вертикальный участок и участок набора зенитного угла. Такой тип профиля обеспечивает максимальный отход скважины при прочих равных условиях, но требует постоянного применения специальных компоновок на втором интервале, что приводит к существенному увеличению затрат средств и времени на бурение. Поэтому такой тип профиля в настоящее время применяется сравнительно редко и только тогда, когда имеет место значительное естественное искривление скважин в сторону увеличения зенитного угла. Трехинтервальный тип профиля, состоящий из вертикального участка, участка набора зенитного угла и третьего участка, имеет две разновидности. В одном случае (рис. 7.5, б) третий участок прямолинейный (участок стабилизации зенитного угла), в другом (рис. 7.5, в) - участок малоинтенсивного уменьшения зенитного угла. Трехинтервальные профили рекомендуется применять в тех случаях, когда центрирующие элементы компоновок низа бурильной колонны мало изнашиваются в процессе бурения (сравнительно мягкие, малоабразивные породы). Такие типы профилей позволяют ограничить до минимума время работы с отклонителем и при наименьшем зенитном угле скважины получить сравнительно большое отклонение от вертикали. Четырехинтервальный тип профиля (рис. 7.5, г) включает вертикальный участок, участок набора зенитного угла, участок стабилизации и участок уменьшения зенитного угла. Это самый распространенный тип профиля в Западной Сибири. Его применение рекомендуется при значительных отклонениях скважин от вертикали в случае, если по геолого-техническим условиям затруднено безаварийное бурение компоновками с полноразмерными центраторами в нижних интервалах ствола скважины. Редко применяемая на практике разновидность четырехинтервального профиля включает в себя четвертый интервал с малоинтенсивным увеличением зенитного угла (рис. 7.5, д), что обеспечивается применением специальных КНБК. Такая разновидность профиля дает достаточно большой отход скважины и вскрытие продуктивного пласта с зенитным углом скважины при входе в него равным 40-60О. Это позволяет увеличить приток нефти в скважину, однако реализация такого профиля технически затруднена. При большой глубине скважины в четырехинтервальном типе профиля первой разновидности в конце четвертого интервала зенитный угол может уменьшиться до 0О, что при дальнейшем углублении скважины ведет к появлению пятого вертикального интервала (рис. 7.5, е). Для обеспечения попадания ствола в заданную точку вскрытия продуктивного горизонта в реальной практике бурения, профиль скважины может содержать еще несколько дополнительных интервалов, например, набора зенитного угла, его стабилизации и т. д. Поэтому могут быть шести, семи, и более интервальные профили скважин. Для всех рассмотренных профилей первый участок вертикальный. Ранее выпускались буровые установки, которые позволяли сразу забурить скважину под некоторым углом наклона. В настоящее время в ряде случаев с использованием современных установок наклонный ствол забуривается путем задавливания направления под зенитным углом 3-5О. Это позволяет значительно сократить затраты времени на ориентирование отклонителей в скважине, так как в наклонном стволе эта операция осуществляется намного проще. В последнее время все большее распространение получает бурение скважин с горизонтальным участком ствола, что позволяет существенно повысить дебит скважин и нефтеотдачу пластов. В практике буровых работ США такие скважины по типу профиля делятся на четыре категории в зависимости от величины радиуса кривизны при переходе от вертикального участка к горизонтальному (большой, средний, малый и сверхмалый радиусы). Скважины с большим радиусом кривизны имеют интенсивность искривления от 0,6 до 2 град/10 м. С указанными интенсивностями искривления бурится подавляющее большинство наклонно направленных скважин в Западной Сибири. Длина горизонтальной части ствола в этом случае может быть весьма значительной и определяется, главным образом, только сопротивлением продольному перемещению бурильной колонны. Такой тип профиля скважин наиболее подходит для морских месторождений, когда требуется обеспечить добычу из пласта, находящегося на большом расстоянии от платформы. Интенсивность искривления при бурении со средним радиусом кривизны составляет от 2 до 6 град/10 м. Западными фирмами по такому типу профиля бурится подавляющее большинство скважин с горизонтальным участком ствола. Это обусловлено следующим: - многие зоны осложнений могут быть разбурены вертикальным стволом и обсажены; - длина интервалов применения отклонителей существенно меньше, чем для скважин с большим радиусом кривизны; - точка забуривания искривленного ствола располагается ближе к точке вскрытия продуктивного горизонта, что повышает точность попадания в заданный круг допуска. Однако проходка таких скважин требует специального инструмента, вписывающегося в принятый радиус кривизны. Стандартный тип профиля со средним радиусом кривизны (рис. 7.5, ж) содержит наклонный прямолинейный участок 3, длина которого может меняться для обеспечения попадания ствола в заданную точку. Однако если накоплен значительный опыт бурения таких скважин, то этот участок может быть исключен (рис. 7.5, з). Интервалы 5 (рис. 7.5, ж) и 3 (рис. 7.5, з) имеют интенсивность искривления порядка 1 град/10 м и возникают самопроизвольно вследствие невозможности резкого перехода от криволинейного интервала к прямолинейному даже при применении стабилизирующих компоновок. Длина этих интервалов около 30 м. При бурении с малым радиусом кривизны интенсивность искривления составляет от 4 до 10 град/м, при этом радиус кривизны находится в пределах от 6 до 15 м. Для бурения таких скважин используется специальный инструмент - гибкие бурильные трубы и УБТ, ведутся работы по созданию гибких забойных двигателей. Основное преимущество такого типа профиля - точный подход скважины к выбранному объекту эксплуатации. Однако при этом низка механическая скорость бурения, отсутствует серийная забойная аппаратура для контроля за положением ствола скважины, и сравнительно невелика длина горизонтального участка. Очевидно, что для более широкого внедрения такого типа профиля требуются дополнительные научные исследования и конструкторские разработки. Для получения сверхмалых радиусов кривизны (от нескольких сантиметров до 0,6 м) используются высоконапорные струи воды, с помощью которых создаются стволы диаметром 40 - 70 мм. Этот метод пока применяют только в экспериментальных целях. Скважины с горизонтальным участком ствола, сооружаемые в Западной Сибири, имеют комбинированный профиль. До кровли продуктивного пласта скважина буриться с интенсивностью искривления до 2 град/10 м (большой радиус кривизны по американской классификации). Зенитный угол скважины доводится при этом до 60-65О. В продуктивном пласте интенсивность искривления ствола составляет 8-10 град/10 м, и зенитный угол доводится до 90О, а далее продолжается бурение горизонтального интервала длиной до 1000 м. Имеется опыт бурения таких скважин при радиусах кривизны 250-460 м.  ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ Для искусственного искривления скважин в требуемом направлении используются различные технические средства, называемые отклонителями. При роторном бурении технические средства и технология искусственного искривления более сложны, поэтому чаще используются отклонители с забойными двигателями. Далее рассматриваются только такие отклонители. С их помощью на породоразрушающем инструменте создается отклоняющая сила, или между осью скважины и осью породоразрушающего инструмента возникает некоторый угол перекоса. Зачастую эти отклоняющие факторы действуют совместно, но какой-либо из них имеет превалирующее значение. При этом доказано, что для любой отклоняющей компоновки при отсутствии прогиба турбобура и разработки ствола скважины при любых соотношениях диаметров долота и турбобура, искривление ствола вследствие фрезерования стенки скважины в 4,84 раза больше, чем в результате асимметричного разрушения забоя. Если происходит прогиб забойного двигателя, то доля искривления ствола за счет асимметричного разрушения породы на забое будет еще меньше. В случае, если искривление происходит в основном за счет фрезерования стенки скважины, то такие отклонители называются с упругой направляющей секцией, а если за счет перекоса инструмента - с жесткой направляющей секцией. К наиболее распространенным отклонителям относится кривой переводник, показанный на рис. 7.6. Он представляет собой обычный переводник, присоединительные резьбы которого выполнены под углом друг к другу. Этот угол составляет от 1 до 4О. Кривой переводник включается в компоновку между забойным двигателем и УБТ. В результате большой жесткости УБТ в забойном двигателе возникает изгиб, и на породоразрушающем инструменте возникает отклоняющая сила. Величина ее существенно зависит от длины и жесткости забойного двигателя, поэтому кривые переводники используются с односекционными или укороченными турбобурами и винтовыми забойными двигателями. Интенсивность искривления скважины при применении кривых переводников зависит от угла перекоса резьб, геометрических, жесткостных и весовых характеристик компоновки, режима бурения, фрезерующей способности долота, физико-механических свойств горных пород, зенитного угла скважины. Поэтому она колеблется в широких пределах от 1 д 6 град/10 м.   Максимальный зенитный угол, который может быть достигнут при применении кривого переводника с односекционным турбобуром, составляет 40-45О. При необходимости достижения больших зенитных углов следует использовать укороченные или короткие забойные двигатели. К бесспорным преимуществам кривого переводника относится его простота, однако при его использовании ухудшаются условия работы забойного двигателя за счет упругой деформации, интенсивность искривления из-за указанных выше факторов колеблется в широких пределах, породоразрушающий инструмент из-за наличия отклоняющей силы работает в более тяжелых условиях. Турбинные отклонители серии ТО (рис. 7.8.) состоят из турбинной 1 и шпиндельной 2 секций. Корпуса секций соединяются между собой кривым переводником 3, позволяющим передавать осевую нагрузку. Крутящий момент от вала турбинной секции к валу шпинделя, располагающихся под углом друг к другу, передается кулачковым шарниром 4.4  Преимуществами турбинных отклонителей являются приближение кривого переводника к забою скважины, в результате чего искривление ствола имеет более стабильный характер, мало зависящее от физико-механических свойств пород и технологии бурения. Использование нескольких турбинных секций (отклонители серии ОТС) позволяет увеличивать мощность и крутящий момент на долоте и применять такие отклонители в скважинах малого диаметра, т. е. там, где обычные кривые переводники не дают желаемых результатов. Существенным недостатком турбинных отклонителей является малый моторесурс кулачкового шарнира, соединяющего валы шпиндельной и турбинной секций. Этого недостатка в некоторой степени лишены шпиндель-отклонители (рис. 7.9.), у которых кривой переводник 1 включен в разъемный корпус 2 шпинделя, а вал изготавливается составным, соединенным кулачковыми полумуфтами 3. Такая конструкция отклонителя позволяет разгрузить полумуфты от гидравлических нагрузок и увеличить долговечность узлов по сравнению с турбинными отклонителями. Шпинтель-отклонители можно эксплуатировать вместо обычного шпинделя с любым секционным турбобуром. Угол перекоса кривого переводника серийно выпускаемых шпиндель-отклонителей составляет 1О30', а наружный диаметр - 195 и 240 мм. За счет приближения кривого переводника к забою повышается отклоняющая способность и стабильность искривления скважины.  БУРЕНИЕ СКВАЖИН С КУСТОВЫХ ПЛОЩАДОК Кустовым бурением называют такой способ, при котором устья скважин находятся на общей площадке сравнительно небольших размеров, а забои в соответствии с геологической сеткой разработки месторождения. Впервые этот способ был применен в 1934 г. на Каспии, затем стал использоваться в Пермском нефтяном районе. Особенно бурное развитие он получил в Западной Сибири, где в настоящее время более 90 % объема бурения выполняется с кустовых площадок. Бурение скважин кустовым способом имеет целый ряд существенных преимуществ. Прежде всего, это экономически выгодно, так как при этом значительно сокращаются затраты средств и времени на обустройство площадок под скважины, подъездных путей к ним и других коммуникаций, существенно уменьшаются затраты времени на вышкостроение, промысловое обустройство скважин, их эксплуатационное обслуживание и ремонт. Кроме того, кустовое бурение выгодно и с экологической точки зрения, так как позволяет значительно уменьшить площадь земель, занимаемых под буровыми, а также снизить затраты на природоохранные мероприятия. Однако широкое развитие кустового способа бурения потребовало разработки новых технологий направленного бурения, новых технических средств и оборудования.  При бурении скважин с кустовых площадок в связи с тем, что устья скважин располагаются близко друг к другу, возможны тяжелые аварии, связанные с пересечением стволов двух скважин. Для предотвращения этого явления при проектировании необходимо учитывать ряд дополнительных факторов. Основной принцип проектирования состоит в том, что в процессе бурения стволы скважин должны отдаляться друг от друга. Это достигается, во-первых, оптимальным направлением движения станка (НДС) на кустовой площадке, во-вторых, соответствующей очередностью разбуривания скважин и, в-третьих, безопасной глубиной зарезки наклонного ствола. Наиболее оптимальным вариантом бурения с кустовой площадки является такой, при котором направления на проектные забои скважин близки перпендикулярным по отношению к НДС, а совпадение НДС и направлений на проектные забои нежелательно и должно быть минимальным (рис. 7.11.). После определения НДС производится проектирование очередности бурения скважин. Она зависит от величины угла, измеряемого от НДС до проектного направления на забой скважины по ходу часовой стрелки. В первую очередь бурятся скважины, для которых этот угол составляет 120-240О (I сектор), причем сначала скважины с большими зенитными углами (рис. 7.12.)  Рис. 14. Очередность разбуривания скважин с кустовых площадок Во вторую очередь - скважины, горизонтальные проекции которых образуют с НДС угол, равный 60-120О и 240-300О (II сектор), и вертикальные скважины. В последнюю очередь бурятся скважины, для которых указанный угол ограничен секторами 0-60О и 300-360О (III сектор), причем сначала скважины с меньшими зенитными углами. Глубина зарезки наклонного ствола при бурении скважин I и II секторов для первой скважины принимается минимальной, а для последующих - увеличивается. Во II секторе допускается для последующих скважин глубину зарезки наклонного ствола уменьшать только в том случае, если разность в азимутах забуривания соседних скважин составляет 90О и более. Для скважин III сектора глубина зарезки наклонного ствола для очередной скважины принимается меньшей, чем для предыдущей. Расстояние по вертикали между точками забуривания наклонного ствола для двух соседних скважин, согласно действующей инструкции [4], должно быть не менее 30 м, если разность в проектных азимутах стволов составляет менее 10О; не менее 20 м, если разность азимутов 10-20О; и не менее 10 м во всех остальных случаях. Непосредственно в процессе бурения для предотвращения пересечения стволов необходимо обеспечить вертикальность верхней части ствола. Даже небольшое искривление в 1-2О на этом участке, особенно в направлении движения станка, может привести к пересечению стволов. Для предотвращения искривления необходимо проверить центровку буровой вышки, горизонтальность стола ротора, прямолинейность всех элементов КНБК, соосность резьб. В процессе бурения на план куста необходимо наносить горизонтальные проекции всех скважин. Однако истинное положение ствола может отличаться от расчетного. Это объясняется погрешностями при измерениях параметров искривления и ошибками графических построений. Поэтому зона вокруг ствола скважины с некоторым радиусом r, равным среднеквадратической ошибке в определении положения забоя, считается опасной с точки зрения пересечения стволов. Величина этого радиуса с достаточной степенью точности может быть принята равной 1,5 % текущей глубины скважины за вычетом вертикального участка, но не менее 1,5 м. Если в процессе бурения соприкасаются опасные зоны двух скважин, то необходимо замеры параметров искривления производить через 25 м проходки двумя инклинометрами и применять лопастные долота, что снижает вероятность повреждения обсадной колонны в ранее пробуренной скважине. Чаще же, как показывает практика, пересечение стволов возникает из-за неточностей в ориентировании и несвоевременных замерах параметров искривления. 10. Компоновка бурильного инструмента, применяемые при бурении различных интервалов. Характерные виды износа труб и замков. Контроль за состоянием бурильных труб и отбраковка. Основное назначение бурильной колонны обеспечить гидравлическую и механическую связь работающего на забое долота и ствола скважины с поверхностным механическим и гидравлическим оборудованием. Одновременно бурильная колонна служит инструментом для доставки на глубину буровых и колонковых долот, различных исследовательских приборов и устройств, снарядов и аварийно-ликвидационных приспособлений. Две главные функции выполняет бурильная колонна в процессе проходки ствола: вращает долото и одновременно передает на него осевую нагрузку; создает замкнутую циркуляцию агента через забой скважины, обеспечивая очистку ствола от выбуренной породы и привод погружных гидравлических двигателей. Бурильная колонна включает следующие основные элементы сверху вниз: рабочую (ведущую) трубу бурильные трубы, утяжеленные бурильные трубы (УБТ) . Рабочая труба, обычно квадратного сечения, служит для передачи вращения от ротора к бурильной колонне. Она фиксируется в отверстии ротора квадратными клиньями, вкладышами, в связи с чем вращается совместно со столом ротора и одновременно может перемещаться в осевом направлении по мере углубления забоя скважины. Соединяется рабочая труба при помощи нижнего переводника с верхней трубой бурильной колонны, а при помощи верхнего переводника — с вращающимся стволом вертлюга — устройством, связывающим нагнетательную линию бурового насоса, подающего промывочный агент, с вращающейся бурильной колонной. Заводами выпускаются ведущие трубы со сторонами квадратного сечения 112, 140 и 155 мм, с диаметром внутреннего канала соответственно 74, 85 и 100 мм. Длина ведущей трубы 13-14 м, материал - сталь группы прочности Д и марки 36Г2С. Бурильная колонна может компоноваться из труб следующих конструкций: с высаженными внутрь концами; с высаженными наружу концами; с приваренными соединительными концами; с блокирующим пояском; беззамковые раструбные; Трубы первых двух конструкций имеют наружную мелкую трубную резьбу и соединяются между собой при помощи бурильных замков или муфт. Трубы второй конструкции имеют по сравнению с трубами первой конструкции улучшенную гидравлическую характеристику, так как в них равнопроходной канал и, следовательно, минимальны местные гидравлические сопротивления потоку промывочного агента. Бурильные трубы с приваренными соединительными концами имеют равнопроходной канал и соединяются друг с другом при помощи крупной замковой резьбы. В бурильных трубах с блокирующим пояском вблизи резьбы по телу имеется проточка, на которую в горячем состоянии наворачивается часть замка с внутренней проточкой, в результате чего, после остывания, создается герметичный напряженный контакт между замком и трубой. Промышленность выпускает бурильные трубы диаметром от 60 до 168мм. и толщиной 6; 8; 11,5−12,0мм. из стали групп прочности С, Д, Е, К, L, М. Бурильные трубы многократно соединяются в бурильную колонну по мере проводки ствола скважины так как необходимо периодически заменять износившееся долото на новое и выполнять другие работы в скважине, требующие спускоподъемных операций с бурильной колонной. Крупная замковая резьба со значительной конусностью позволяет быстро, за несколько оборотов, свинчивать и развинчивать трубы, при этом герметичность обеспечивается напряженным контактом торцевых поверхностей замков. Для соединения бурильных труб используют замки трех типов: ЗШ с диаметром канала, близкого к диаметру канала бурильных труб с высаженными внутрь концами; ЗН с диаметром канала существенно меньшим диаметра канала труб; ЗУ с увеличенным диаметром канала. Замки первых двух типов используют для бурильных труб с высаженными внутрь концами, а замки последнего типа — для труб с высаженными наружу концами. Замки типа ЗУ предпочтительны для турбинного бурения, так как не создают значительных местных гидравлических сопротивлений потоку промывочного агента. Для проводки стволов нефтегазовых скважин чаще всего используют бурильные трубы диаметром 114, 121, 146 и 168 мм. Их соединяют по две-три штуки в свечи, которые устанавливают вертикально внутри вышки на специальный подсвечник и тем самым значительно ускоряют и облегчают спускоподъемные операции. При больших глубинах скважин нагрузки на вышку и талевую систему буровой установки во время спускоподъемных операций могут достигать недопустимых значений за счет силы тяжести бурильной колонны. В связи с этим вместо стальных труб в ряде случаев используют бурильные трубы из прочных алюминиевых сплавов, которые позволяют, при прочих равных условиях, снизить эти нагрузки по меньшей мере в 2 раза. Промышленность выпускает легкосплавные бурильные трубы с высаженными внутрь концами диаметром от 73 до 147 мм. На концах легкосплавных труб нарезана трубная резьба, а их соединение в виде бурильной колонны осуществляют навинчиваемыми на них стальными замками. Важным элементом бурильной колонны являются утяжеленные бурильные трубы, одна из главных функций которых - создавать осевую нагрузку на долото, не допуская изгиба бурильной колонны. УБТ устанавливают непосредственно над долотом или погруженным двигателем. Трубы массивные за счет большой толщины стальной стенки (толщина стенок УБТ в несколько раз больше толщины стенок обычных бурильных труб). Необходимым элементом в состав бурильной колонны входят различные переводники, предназначенные для соединения ведущей трубы с вертлюгом и бурильными трубами, бурильных труб с УБТ, УБТ с турбобуром или долотом. Кроме того, бурильная колонна может оснащаться центраторами для предотвращения изгиба бурильной колонны и одностороннего примыкания ее к стенке ствола скважины, расширителями - долотами для увеличения диаметра ствола, кривыми переводниками и соапстоками для искривления ствола скважины в заданном направлении. Все элементы бурильной колонны постоянно находятся под действием различных по характеру сил: осевой растягивающей нагрузки от собственного веса и перепада давления на долоте и в забойном двигателе; осевой сжимающей нагрузки от собственного веса; усилия, создающего изгибающий момент при вращении колонны; усилия, создающего крутящийся момент, необходимый для вращения долота в процессе бурения; усилия реактивного момента забойного двигателя; силы от действия гидравлического давления бурового раствора в осевом и радиальном направлениях; сил трения о стенки скважины и обсадной колонны; осевых нагрузок, возникающих при затяжках и посадках бурильной колонны; инерционных сил при спускоподъемных операциях изгибающих усилий в интервалах искривления ствола скважины; изгибающих усилий при морском бурении из-за перемещений бурового судна; усилий от продольных, поперечных и крутильных колебаний из-за неуравновешенности вращающейся бурильной колонны, неустойчивости работы забойного двигателя и неоднородности разбуриваемых пород. Характер действующих на бурильную колонну сил переменный как по длине, так и во времени. Поэтому практически задачи о напряжениях целесообразно решать лишь для предельных, наиболее опасных случаев с целью выработки конкретных рекомендаций об ограничивающих критических параметрах процессов, гарантирующих безаварийную длительную работу качественной бурильной колонны. Особенностью работы бурильной колонны является то, что она подобно длинному тонкому стержню, подверженному воздействию продольных, поперечных сил и крутящего момента, теряет устойчивость прямолинейной формы равновесия. Каждая из упомянутых выше сил вследствие значительной длины колонны способна вызвать потерю ее устойчивости. В результате нарушается прямолинейная форма равновесия, и устойчивой становится изогнутая форма равновесия бурильной колонны. Центробежные силы вызывают изгиб колонны в форме плоской волнообразной кривой, а крутящий момент придает бурильной колонне форму пространственной спирали. Так, что ось бурильной колонны принимает форму пространственной спирали - изогнутой кривой переменного шага, значение которого возрастает в направлении от забоя к устью скважины. Действующие на колонну растягивающие осевые силы увеличивают длину полуволны и шаг спирали. Сжимающие осевые силы, наоборот, уменьшают длину полуволны и шаг спирали. Шаг спирали обычно существенно больше длины полуволны, так как крутящий момент незначительно влияет на форму искривления. Потеря прямолинейной формы равновесия бурильной колонны может привести к значительным ее деформациям, но в условиях скважины значение деформации ограничено стенками скважины, что позволяет вести бурение при искривленной форме равновесия бурильной колонны. Промысловые материалы убеждают, что соприкосновение изогнутой бурильной колонны со стенками скважины при вращении происходит, как правило, в местах установки замков. Такая форма изгиба объясняется тем, что жесткость замков в несколько раз больше жесткости бурильных труб, и это в значительной степени предопределяет положение мест перегиба оси изогнутой бурильной колонны. Бурильные замки и трубы, соприкасаясь со стенками скважины или обсадной колонны, истираются. В практике бурения отмечается как равномерный, так и односторонний износ замков и труб по наружной поверхности, что может быть объяснено характером вращения колонны в скважине. При вращении изогнутой колонны вокруг оси скважины происходит преимущественно односторонний износ замков и труб. Изгиб колонны в этом случае может быть следствием осевых сжимающих усилий, центробежных сил или крутящего момента. Равномерный износ поверхности замка или трубы происходит при вращении бурильной колонны вокруг собственной оси. Такое вращение возможно при значительном трении колонны о стенку скважины, когда вращение вокруг оси скважины полностью прекращается, а возможность вращения вокруг собственной оси сохраняется. Вращение изогнутой под действием центробежных сил бурильной колонны вокруг оси скважины не должно приводить к изменению знака напряжения. Возникновению переменных напряжений в бурильной колонне способствует эксцентричное расположение труб в скважине, так как в этом случае при вращении колонны значение прогиба полуволны, возникшей под действием центробежных сил, изменяется. При этом варьируют значения изгибающих напряжений за время одного оборота, что сопровождается ударами труб о стенку скважины с возможным изменением знака их кривизны. Аналогичные явления будут происходить, если в колонне имеется кривой элемент или резьбы труб несоосны. При значительном трении труб о стенки скважины может происходить их качение по стенке, сопровождающееся знакопеременным изгибом. Если бурильная колонна вращается вокруг собственной оси, то имеют место знакопеременные изгибающие напряжения. Реальная форма изгиба бурильной колонны достаточно сложная и изменяется для различных ее участков в зависимости от скорости вращения, действующих сил, расположения в скважине и т.д. Очевидно, что форма изгиба будет та, которая требует наименьшей затраты энергии. При определенных условиях, когда частота собственных колебаний бурильной колонны совпадает с частотой колебаний возмущающих сил, зависящих от типа долота, скорости его вращения, осевой нагрузки, пульсации потока бурового промывочного раствора и других факторов, может возникнуть явление резонанса. Использование в нижней части колонны УБТ разгружает ее от осевых сжимающих сил, однако это не исключает наибольшего изгиба бурильной колонны выше УБТ Характер нагрузок на бурильную колонну изменяется по глубине: вблизи устья действуют главным образом постоянные, а в призабойной зоне преобладают переменные нагрузки. Они зависят также от способа бурения: при турбинном бурении вследствие неподвижности бурильной колонны отсутствуют переменные напряжения изгиба, которые обычно являются причиной усталостных поломок труб и замков в роторном бурении, а при роторном бурении с увеличением глубины скважины возрастают потери мощности на холостое вращение и крутящий момент, необходимый для вращения колонны. С ростом длины колонны возрастает ее инерционность. Сопротивление разрушаемой на забое породы долоту может преодолеваться не только крутящим моментом от ротора, но и благодаря кинетической энергии самой бурильной колонны. При внезапной остановке долота кинетическая энергия колонны переходит в потенциальную энергию закрученной пружины, что может вызвать значительное увеличение касательных напряжений, особенно в нижних трубах колонны. Когда же совместным действием ротора и пружины-колонны преодолевается заклинивание долота, то происходит обратный процесс перехода потенциальной энергии в кинетическую, что может вызвать в бурильной колонне колебательные явления. Инерционный эффект вала турбобура в турбинном бурении незначительный, так что бурильная колонна находится в более благоприятных рабочих условиях. Это отражает и статистика бурения скважин: при роторном бурении замки, бурильные трубы и обсадные колонны изнашиваются в значительно большей степени, чем при турбинном. 11. Организация работы в буровой бригаде . Организационная структура буровой бригады. Расстановка рабочих и распределение обязанностей между ними при выполнении различных операций: при механическом бурении, сборке и разборке турбобура, спуске обсадных колонн . Что должны уметь и знать и, за что отвечает бурильщик , слесарь, помощник бурильщика, электромонтеры, дизелисты. Организация работы в буровой бригаде Перечень выполняемых работ и организация труда буровой бригады зависят от целей бурения, глубины и конструкции скважины. Круг обязанностей ее членов довольно широк и разнообразен. Это выполнение подготовительных работ перед забуриванием скважины (оснастка талевой системы, установка ротора, соединение бурового рукава со стояком нагнетательного трубопровода и вертлюгом; приготовление промывочной жидкости, оснащение буровой элементами малой механизации, механизмами и инструментом для выполнения спуско-подъемных операций и других работ в процессе проводки скважины). Обеспечение углубления скважины и подготовка ее ствола к проведению геофизических исследований, спуск обсадных колонн, установка противовыбросового и фонтанного оборудования, а также проведение работ по заканчиванию скважины и многое другое. На организацию труда буровой бригады и ее состав существенно влияют продолжительность и структура цикла строительства скважины. В глубоком бурении организуется непрерывная (посменная) работа буровой. Как правило, это три смены (вахты), которые работают по 8 либо две по 12 часов в сутки по различным графикам. Всего в буровой бригаде четыре вахты. Этим соблюдается рациональный режим труда и отдыха. На принятие определенного графика работ влияет множество факторов: - удаленность объекта от баз и поселков проживания членов бригады; - обеспеченность района проведения буровых работ качественной дорожной сетью; - транспортные расходы на осуществление вахтовых перевозок; - личные пожелания членов бригады и т. д. Количественный и квалификационный состав вахт видоизменяется в зависимости от типа БУ и категории сложности поставленных задач (как правило, зависимых от проектной глубины скважины). Он регламентируется тарифно-квалификационными требованиями и отраслевыми нормативами, разрабатываемыми специальными организациями по заказам нефтяных компаний, предприятий по бурению и согласованными с органами Госгортехнадзора. Как правило, вахта состоит из следующих работников: 1. Бурильщик 6-го разряда. 2. Первый помощник бурильщика 5-го разряда. 3. Второй помощник бурильщика 4-го разряда (верховой рабочий). 4. Третий помощник бурильщика 4-го разряда. 5. Буровой рабочий 3-го разряда. 6. Моторист 5-го разряда (дизельный привод БУ). 7. Моторист 4-го разряда (дизельный привод БУ). 8.Электрик 4-го разряда (электропривод БУ). С вводом в эксплуатацию новых видов БУ, оснащенных современным оборудованием (автоматы СПО, системы верхнего привода, автоматический ключ буровой и т.д.), состав вахты может изменяться. Буровую бригаду возглавляет буровой мастер. На эту должность назначают дипломированного специалиста. Он несет персональную ответственность за бесперебойное проведение работ, обеспечение процесса всеми необходимыми материалами, соблюдение и выполнение проекта на строительство скважины, обеспечение безопасных условий труда и осуществление мер по охране окружающей среды, участвует в работе комиссии по приемке БУ из монтажа и при сдаче ее в демонтаж. Буровой мастер является материально ответственным лицом. На него возложено ведение всей оперативной технической документации и финансовой отчетности (суточный рапорт бурового мастера, карта отработки долот, табель учета рабочего времени, прием и сдача в соответствующие службы аппарата управления накладных на получение материально-технических ресурсов и лимитно-заборных карт и многое другое). Вахту возглавляет бурильщик. Он несет персональную ответственность за все работы, выполняемые в период его смены. Бурильщик - это высокопрофессиональный рабочий, имеющий удостоверение от горнотехнического надзора о сдаче экзамена на правоведения буровых работ. В его задачи входит: - прием оборудования и инструмента от предшествующей вахты; - осуществление основных работ по углублению скважины; - соблюдение предписанного режимно-технологической картой и геолого-техническим нарядом режима бурения; - осуществление контроля за состоянием бурового и вспомогательного оборудования; - руководство работой всех членов вахты. Во время выполнения СПО и работы долота на забое бурильщик находится у пульта управления БУ. Первый помощник бурильщика при СПО обслуживает машинный ключ, обеспечивает выполнение основных операций по свинчиванию, развинчиванию бурильных труб, перемещению труб в магазин «свечами» при вертикальной расстановке или на приемные мостки и совместно с третьим помощником бурильщика выполняет операции с элеватором. Во время бурения в его обязанности входит наблюдение за работой буровых насосов, контроль за параметрами промывочной жидкости и работой очистной системы, участие в приготовлении и обработке раствора. Второй помощник бурильщика во время СПО работает наверху (в специально оборудованном на буровой вышке месте, называемом балконом верхового рабочего). Он надевает или снимает элеватор и перемещает верхний конец свечи. В остальное время он выполняет задания бурильщика. \ Третий помощник бурильщика при СПО работает возле ротора на машинном ключе, помогает перемещать нижний конец свечи. В остальное время следит за чистотой на буровой, а также выполняет задания бурильщика. Буровой рабочий используется, как правило, для выполнения работ, не требующих высокой квалификации (погрузо-разгрузочные, ремонтные, уборка территории и содержание оборудования в чистоте). В состав буровой бригады входят также помощник бурового мастера, мотористы (при применении привода БУ от двигателей внутреннего сгорания), электрики (при использовании электрического привода), лаборанты-коллекторы, слесари по обслуживанию БУ, операторы котельных установок, повара и т.д. Обязанности каждого члена буровой бригады строго регламентированы отраслевыми инструкциями по профессиям, согласованными с надзорными органами. Работы, выполняемые буровой бригадой Во время углубления скважины, если бурение происходит в нормальных условиях (без осложнений), бурильщик находится у пульта управления, осуществляя контроль технологических параметров режима бурения (нагрузка на долото, количество оборотов ротора, давление промывочной жидкости в нагнетательной системе и т. д.) и управляя ими. Большие нагрузки на всех членов вахты ложатся при выполнении спуско-подъемных операций и спуске обсадных колонн. Здесь необходимы слаженная работа всех членов вахты, хорошее знание своих обязанностей, навыки в работе. СПО выполняют для замены долота или буровой коронки по причине их износа или применения инструмента другого типа, при необходимости проведения геофизических исследований в скважине или изменения компоновки низа бурильной колонны, а также неисправности забойного двигателя. Перед подъемом бурильной колонны ствол скважины промывается в течение определенного времени (согласно требованиям ГТН), с целью более полного выноса выбуренного шлама на поверхность. После окончания промывки бурильщик, управляя лебедкой, приподнимает бурильную колонну с таким расчетом, чтобы над ротором показался нижний переводник ведущей трубы. В это время помощники бурильщика, работающие на роторе, вынимают из него малые вкладыши (при использовании роликовых вкладышей или верхнего силового привода эта операция исключается из процесса) и вставляют в пневматический клиновой захват клинья, на которых осуществляется подвеска бурильной колонны. Затем развинчивают трубы. Во время развинчивания резьбового соединения ведущую трубу с вертлюгом поддерживают на весу. Отсоединенную ведущую трубу приподнимают и с помощью специального приспособления (автозатаскивателя), прикрепляемого к ее нижнему концу, заводят в шурф. Первый и третий помощники бурильщика отсоединяют буровой крюк от вертлюга и заводят штропы в проушины элеватора, ранее надетого на бурильную трубу, выступающую над столом ротора. Начинается подъем бурильной колонны. Как только она будет извлечена на длину первой свечи и над ротором покажется ее нижнее муфтовое соединение, бурильщик останавливает лебедку и производит торможение и посадку колонны в клиновой захват, с учетом расположения резьбового соединения на уровне рабочей части автоматического ключа для последующего отвинчивания свечи. После этого свеча приподнимается и устанавливается на подсвечник. Второй помощник бурильщика, работающий наверху, открывает элеватор и заводит верхний конец свечи за палец (специальный патрубок для удержания свечей в вертикальном положении). Бурильщик опускает талевый блок с элеватором, притормаживая его около муфты очередной трубы. Первый и третий помощники бурильщика надевают элеватор на нее, и процесс подъема очередной свечи повторяется. Следует отметить, что при подъеме инструмента из скважины на него надевают специальное прорезиненное устройство для очистки труб от бурового раствора, которое крепится к пневмоклиновому захвату. Во время подъема бурильной колонны уровень промывочной жидкости в скважине понижается вследствие уменьшения объема вытеснения ее бурильной колонной, в результате чего снижается противодавление на пласты и стенки скважины, что может привести к осложнениям. Для недопущения этого используется специальная емкость с фиксированным объемом, из которой осуществляется постоянный долив промывочной жидкости в скважину с контролируемым расходом. При спуске бурильного инструмента операции выполняются в обратной последовательности, с добавлением лишь элемента смазывания резьбовых соединений специальной смазкой. В процессе углубления скважины время от времени необходимо дополнять трубами бурильную колонну, эта операция называется наращиванием. Оно выполняется после того, как будет пробурен интервал, равный длине ведущей трубы. Суть этого действия заключается в следующем. Поднимается на длину ведущей трубы бурильная колонна, отсоединяется и устанавливается в шурф ведущая труба, с мостков подается в буровую (при помощи вспомогательной лебедки или консольно-поворотного крана) заранее подготовленная и замеренная труба. Затем на трубу надевается элеватор, она выводится на ось скважины и производится ее свинчивание с бурильной колонной и спуск в скважину. После этого к колонне присоединяется ведущая труба и процесс бурения продолжается. Особенно трудоемким и ответственным является процесс спуска в скважину обсадных колонн. Он осуществляется по специальному плану проведения работ, подготавливаемому отделами аппарата управления и утверждается главным инженером бурового предприятия. Спускают обсадную колонну под руководством ответственного ИТР и геолога после получения разрешения на спуск геологической службы и проверки буровой вышки (с составлением соответствующего акта) представителями службы главного механика. Буровой персонал тщательно готовится к этим работам, чтобы выполнить их четко, без задержек и простоев. Спуск обсадных труб осуществляется на элеваторах или слайдерах, соответствующих весу обсадной колонны. В данном разделе приведены лишь некоторые, особенно трудоемкие, процессы цикла строительства скважины. Надо отметить, что бурение имеет по своему характеру немало особенностей: отличается высокой интенсивностью и повышенной травмоопасностью. Поэтому практически любая операция или действия членов буровой бригады при строительстве скважины регламентированы соответствующими инструкциями и положениями. 12.Заключение. Литература Аскеров М. М., Сулейманов А. Б. Ремонт скважин: Справ. пособие. — М.: Недра, 1993. Булатов А. И., Аветисов А. Г. Справочник инженера по бурению: В 4 кн. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1996. Булатов А.И. и др. Справочник по промывке скважин.-М.: Недра, 1984. Горное дело. Терминологический словарь /Л. И. Барон, Г. П. Демидюк, Г. Д. Лидин и др. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1981, 479 с. Гукасов Н. А. Справочное пособие по гидравлике и гидродинамике в бурении. — М: Недра, 1982. 302 с. Гульянц Г. М. Справочное пособие по противовыбросовому оборудованию скважин. — М: Недра, 1983. Грей ДЖ.Р., Дарли Г.С. Состав и свойства буровых агентов,- М.: Недра, 1985. Демихов В. И. Средства измерения параметров бурения скважин: Справочное пособие. - М.: Недра, 1990. Иогансен К.В. Спутник буровика: Справочник. 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Недра, 1990. Калинин А. Г., Григорян Н. А.,Султанов Б. З. Бурение наклонных скважин: Справочник. — М.: Недра, 1990. Карнаухов М. Л., Рязанцев Н. Ф. Справочник по испытанию скважин. - М.: Недра, 1984. Мальцев А. В., Дюков Л. М. Приборы и средства контроля процессов бурения: Справочное пособие. М.: Недра, 1989. Масленников И. К. Буровой инструмент: Справочник. — М: Недра, 1989. Пустовойтенко И. П., Сельващук А. П. Справочник мастера по сложным буровым работам. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1983, с. 248. Середа Н.Г., Соловьев Е.М. Бурение нефтяных и газовых скважин.- М.: Недра, 1988. Спивак А.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин,- М.: Недра, 1985. Справочник инженера по бурению / Под ред. В. И. Мищевича, Н. А. Сидорова. М.: Недра, 1973. Т. 1. 520 с. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин: В 2 т./ Под общ. ред. проф. Е. А. Козловского. — М.: Недра, 19 |