вп. Составление регламента на углубление вертикальной нефтяной добывающей скважины глубиной 2870 м на Сургутском месторождении по дисциплине Технология бурения нефтяных и газовых скважин

• Название: Составление регламента на углубление вертикальной нефтяной добывающей скважины глубиной 2870 м на Сургутском месторождении по дисциплине Технология бурения нефтяных и газовых скважин
• Дата: 23.03.2022
• Размер: 0.9 Mb.
• Имя файла: вп.doc
• Тип: Курсовой проект; #411019
• страница: 5 из 8

2 .5 Анализ физико-механических свойств горных пород разреза

При проведении анализа физико-механических свойств горных пород определил твердость пород по штампу (Рш), категорию их твердости и абразивности, также определил среднее время контакта (τ_к) вооружения долота с забоем необходимого для объёмного разрушения пород, подготовил данные к разделению геологического разреза скважин на интервалы условно одинаковой буримости. Результаты анализа физико-механических свойств горных пород представлены в таблице 13.

2.6 Разделение геологического разреза скважины на интервалы условно одинаковой буримости
Разделение геологического разреза скважины на интервалы условно одинаковой буримости пород, производится по промысловым данным, с учётом механической скорости бурения и зон осложнений. После разделения разреза на интервалы условно одинаковой буримости определяются средне - взвешенные по интервалам величины Р_ш, _к и категории твердости (К_т) и абразивности (Ка) пород. Разделение геологического разреза скважины на интервалы условной буримости позволит более точно запроектировать режим бурения скважины.

Полученные интервалы сводим в таблицу 14 с обозначением времени контакта вооружения долота с забоем скважины.
Таблица 14 - Средне - взвешенные по интервалам величины Р_ш, _к и категории твердости (К_т) и абразивности (Ка) пород

Интервал, м		Рш, МПа	τк,млс	Кт	Ка
от (кровля)	до (подошва)
0	30	70	2	0,7	4
30	710	70-410	3	1,3-2,6	5
710	1350	480-620	3,5	2,6-3,2	5-6
1350	2520	640-710	4	3,3	6
2520	2870	730-840	4,2	3,6-3,7	5

Таблица 13 - Анализ физико-механических свойств горных пород

Индекс	Интервал		Категории породы	Твердость по штампу Рш, МПа	Плотность горной породы, кг/м3	Коэффициент, г.п.	Категория		Среднее время контакта τк, млс
	от (верх)	до (низ)					твердости, Кт	абразив-ности, Ка
Q	0	70	М	100	1900	-	0,7	4	2
P3/3	70	120	МЗ	180	1900	0,35	1,3	4,5	2
P2/3	120	190	МЗ	220	1950	0,35	1,7	4,5	3
P1/3	190	240	МЗ	300	2000	0,33	2,2	4	3
P1/3 – P3/2	240	440	МЗ	360	2000	0,33	2,3	5	3
P3/2- P1/2	440	690	МЗ	410	2000	0,32	2,6	5	3
P2/1- P1/1	690	810	МЗ	480	2050	0,32	2,9	5	3,3
K2	810	870	МЗ	500	2050	0,29	3	5	3,4
K2	870	1040	МСЗ	550	2100	0,28	3,1	5	3,5
K2	1040	1090	МСЗ	580	2150	0,28	3,1	6	3,6
K2 – K1	1090	1350	МСЗ	620	2200	0,27	3,2	7	3,7
K1	1350	1640	МСЗ	640	2150	0,27	3,2	6	4
K1	1640	1890	МСЗ	660	2150	0,26	3,3	6	4
K1	1890	2030	МСЗ	680	2100	0,25	3,3	5	4
K1	2030	2270	МСЗ	690	2100	0,24	3,4	5	4.1
K1	2270	2520	МСЗ	710	2100	0,24	3,4	5	4.1
K1	2520	2710	СЗ	730	2100	0,24	3,6	5	4,2
J3	2710	2780	СЗ	750	2100	0,23	3,6	5	4,2
J3	2780	2820	СЗ	770	2100	0,23	3,6	5	4,2
J3	2820	2870	СЗ	840	2100	0,23	3,7	5	4,3

2 .7 Выбор типа долота и его промывочного узла
Опыт ведения буровых работ на Приобском месторождении говорит о том, что наиболее высокие показатели демонстрируют трехшарошечные гидромониторные долота с фрезерованным и твердосплавным вооружением производства ОАО «Волгабурмаш». Диаметры долот определены параметрами конструкции скважины, типы трехшарошечных долот выбираются на основе литологического состава и физико-механических свойств горных пород.

Для разбуривания верхнемеловых отложений (участок эксплуатационной колонны от 710 м до 1350 м по вертикали), сложенных мягкими абразивными породами, выбирается высокооборотное долото с твердосплавным вооружением 215.9 МЗГВ-R 206А, для разбуривания интервала от 2520 м до 2870 м сложенного абразивными породами средней твердости, применим высокооборотное долото с твердосплавным вооружением 215.9 СЗГВ-R 269.

Для бурения под кондуктор (разбуриваются неустойчивые мягкие абразивные породы) выбирается среднеоборотное долото с твердосплавными зубьями (30-710).

Наконец, для бурения верхнего вертикального участка под направление (интервал 0-30 м), состоящего из мягких и мягких абразивных пород, с учетом малых значений осевой нагрузки выбирается высокооборотное долото с фрезерованными зубьями .
Таблица 15 – Типоразмер породоразрушающего инструмента

Интервал, м	Типоразмер долота	Кт	Ка	Насадки, шт.
0-30	393,7 С-ГВУ R 167	0,7	4	3
30-710	295,3 МСЗ-ГВУ R 37	2,6	5	3
710 – 1350	215.9 МЗ-ГВ R 206А	3,2	5	3
1350 – 2520	215.9 МЗ-ГВ R 206А	3,4	6	3
2520– 2870	215.9 СЗ-ГВ R 269	3,6	5	3

2 .8 Выбор способа бурения
Выбор способа бурения проводим на основании анализа промысловых данных, опыта бурения, наличия осложнений возникающих в процессе проводки скважины, когда бурение каким-либо способом невозможно в силу ряда обстоятельств, например скважинных условий, а также с учётом частот вращения долота, обеспечивающих необходимые величины времени контакта вооружения шарошек долота с забоем скважины.

Так как в интервале условно одинаковой буримости 0-30м. возможны осложнения, связанные с обвалами, применяется долото повышенной энергоёмкости при возможности улучшения очистки забоя скважины и доразрушения пород струёй жидкости, то выбираем роторный способ бурения.

Оценивая параметры бурового раствора, температуру на забое скважины, условия проводки скважины, частоту вращения долота и с учётом геологического разреза (разрез сложен более плотными горными породами) выбираем для последующих интервалов турбинный способ бурения.

Выявляем условия способствующие эффективному применению одного из способов вращательного бурения, определяем частоты вращения долота , об/мин, обеспечивающие необходимые величины времени контакта вооружения долота с забоем скважины в каждом интервале одинаковой буримости, по формуле:

, (1)

где

t_z - средняя величина шага зубцов периферийных венцов шарошки долота измерим непосредственно с долота.

R - радиус долота, м ;

_к - 2…8 мс - нижний предел для мягких пород, верхний - для твердых;

об/мин;

об/мин,

Вычисления других интервалов проводят аналогично, исходные данные к последующим расчетам и результатам этих расчетов приведены в

таблице 16.

Таблица 16 – Способ бурения по интервалам.

Интервал, м		Кτ	tz, м	R, м	τк, млс	nτ, об/мин	Способ бурения
от	до
0	30	7,2	0,046	0,197	2,5	68	роторный
30	710	7	0,042	0,148	3	664	турбинный
710	1350	6,6	0,025	0,108	3,5	430	турбинный
1350	2520	6,6	0,025	0,108	4	385	турбинный
2520	2870	6,4	0,027	0,108	4,2	381	турбинный

2 .9 Обоснование компоновки бурильной колонны
При бурении скважин на Сургутском месторождении используют бурильную колонну, состоящую из утяжеленных, легкосплавных и стальных бурильных труб. Диаметр бурильных труб, входящих в компоновку бурильной колонны D_УБТ, м, D_ТБПК, м, D_ЛБТ, м, можно определять по формулам (2), (3), но учитывая анализ промысловых данных и экономические факторы выбираем следующие типы труб и соответствующие им характеристики. Результаты выбора сносим в таблицу 17

D_УБТ = (0,75…0,85)D_д; (2)
D_{ТБПК, ЛБТ} = (0,6…0,66)D_д, (3)
где

D_УБТ, D_ТБПК, D_ЛБТ – диаметр утяжеленных, стальных и легкосплавных бурильных труб соответственно, м;

D_д – диаметр долот, м;
Таблица 17 – Характеристики бурильных труб

Интервал, м		Тип трубы	Наружный диаметр, мм	Группа прочности материала	Толщина стенки, мм
от (верх)	до (низ)
30	710	УБТ ПК ЛБТ	178 127 147	Д Д Д – 16 – Т	49 9,19 11
710	1350	УБТ ПК ЛБТ	178 127 147	Д Д Д – 16 – Т	49 9,19 11
1350	2520	УБТ ПК ЛБТ	178 127 147	Д Д Д – 16 – Т	49 9,19 11
2520	2870	УБТ ПК ЛБТ	178 127 147	Д Д Д – 16 – Т	49 9,19 11

Для интервалов, которые бурятся турбинным способом, расчёт проводится по следующим формулам:
Период продольных зубцовых вибраций долота Т_д, с, с учетом деформируемости забоя:

, (4)

где

- шаг зубьев на периферийном венце,

R- радиус долота,

n – частота вращения долота, необходимая для объемного разрушения породы,

Е – модуль упругости, Е=2,110 МПа,

F – площадь поперечного сечения тела динамически активного участка вала ГЗД,

- угол наклона оси шарошки к оси долота,

- коэффициент, который учитывает изменение частоты вращения вала ГЗД,

- динамическая нагрузка на долото, кН

=0,25

- статическая нагрузка на долото, кН

=0,85

Длину УБТ ℓ_УБТ, м, определяем из условия придания нижней части бурильной колонны необходимых динамических свойств по формуле:

ℓ_УБТ = (ℓ_т - ℓ_п), (5)

где

с = 5100 м/с – скорость распространения звука в металле труб;

ℓ_т – длина турбобура (табл. 18), м;

ℓ_п – расстояние от забоя до осевой опоры турбобура (табл. 18), м;

Т_д – период продольных зубцовых вибраций долота с учетом деформируемости забоя;
Длину стальных труб ℓ_СБТ, м, рассчитываем из условия создания недостающей нагрузки на долото:

ℓ_СБТ = , (6)

где

G – осевая нагрузка на долото (табл. 2.10.1), Н;

G_УБТ – вес УБТ, Н;

G₃ – вес забойного двигателя (табл. 18), Н;

q_ПК – вес 1м стальных труб, Н;

в_а – коэффициент, учитывающий Архимедову силу:

, (7)

где

ρ_ж, ρ_ПК – плотность промывочной жидкости и труб ПК соответственно, кг/м³;
Длину ЛБТ найдем по формуле:

ℓ_ЛБТ = Н – (ℓ_УБТ + ℓ_ПК + ℓ_за), (8)

где

Н – глубина скважины по стволу, м;

ℓ _УБТ, ℓ_ПК, ℓ_за – длины секций УБТ, ПК и забойного двигателя соответственно, м;

Исходные данные и результаты расчетов сведены в табл. 18, 19.
Таблица 18 – Результаты расчета длины УБТ

Интервал, м	ℓт, м	ℓп, м	Тд, с	ℓУБТ, м
30-710 710-1350 1350-2520 2520-2870	8,9 26,5 26,5 26,5	2,8 2,8 2,8 2,8	0,0095 0,0136 0,0181 0,0209	18 12 24 30

Таблица 19 – Результаты расчета длин труб ПК и ЛБТ

Интервал, м	Gу, Н	G3, Н	qпк, Н/м	ℓПК, м	ℓЛБТ, м
30-710 710-1350 1350-2520 2520-2870	27546 18365 36729 45911	19620 46303 46303 46303	262 262 262 262	456 438 552 576	228 876 1920 2316

2.10 Проектирование режима бурения
2.10.1 Расчет осевой нагрузки на долото

Осевая нагрузка на долото G, Н, определяется из условия объемного разрушения пород на забое скважины, исходя из твердости горных пород по штампу.

G = Р_ш · F_к , (10)
где Р_ш – твердость пород по штампу, МПа;

F_к – площадь контакта вооружения долота с забоем, м²;
F_к = 0,4Σℓ_iв₃, (11)
где

ℓ_I – средняя сумма длин зубьев по образующей от трех шарошек долота, м;

в₃ – ширина площадки притупления зубьев долота с условием вдавливания в породу, м;
Максимальную нагрузку на долото определяем по формуле:
G_max = Р_ш^max F_к, (12)
где Р_ш^max – максимальная твердость по штампу, МПа;

Д инамическую составляющую осевой нагрузки на долото вычисляем по следующей формуле:

G_д = 0,15 · G_max , (13)
Рассчитаем осевую нагрузку на долото для интервала условно одинаковой буримости 30-710м.:
F_к = 0,4·0,195·0,0037=2,88· 10^-4, м²;

G=100·10⁶·2,88·10^-4=28800 Н;

G_max = 480·10⁶·2,88·10^-4=138240 Н;

G_д = 0,15·138240=20736 Н,
Расчёт для остальных интервалов условно одинаковой буримости производится по той же методике, что и интервал 30-710м. Исходные данные необходимые для расчёта и результаты вычислений сведены в таблице 20.
Таблица 20 – Осевая нагрузка на долото

Интервал, м	Σℓi, м	bз, м	Fк, 10-4 м	Рш, МПа	G1, Н	Gmax, Н	Gср, Н	Gд, кН
30-710 710-1350 1350-2520 2520-2870	195 127 127 109	0,0037 0,0045 0,0045 0,0050	2,8 2,3 2,3 2,2	100-480 480-640 640-730 730-840	28800 110400 147200 160600	138240 147200 167900 184800	83520 128800 157550 172700	20736 22080 25185 27720