Бурение. 2 общее пособие бурение. Учебнометодическое пособие Бурение 1 Осадочные породы образовались за счет накопления в вод
 Скачать 3.19 Mb.
|
|
Буровые вышки Буровая вышка представляет собой вертикальную металлическую конструкцию в виде усеченной пирамиды, сужающуюся кверху. Она состоит из боковых граней, верхняя часть которых снабжена рамой для монтажа кронблока, а нижняя часть граней крепится к основанию буровой. В средней части вышки смонтированы балкон для работы второго помощника бурильщика и магазин для размещения верхних концов свечей. Вышки оборудованы лестницами. Вышки различают по конструкции —мачтовые или башенные, по максимальной нагрузке, по размерам — высоте и площади основания, по системе передачи нагрузки на основания, по степени разборности и способам монтажа. Основные параметры вышек—максимальная нагрузка и их размеры. Максимальная нагрузка — это предельно допустимая вертикальная статическая нагрузка на крюк, которая не должна быть превышена в процессе всего цикла проводки скважины независимо от вида и продолжительности выполняемых операций. Размеры вышки —высота, ширина и длина оснований и площадки под кронблок. Вышки подразделяются на мачтовые, имеющие одну или две опоры, и башенные, имеющие три или четыре опоры. Степень разборности вышки зависит от ее монтажеспособности и транспортабельности. Мачтовые секционные вышки состоят из нескольких сварных неразборных секций, собираемых обычно в горизонтальном положении; их поднимают в собранном виде. Башенные вышки собирают в вертикальном положении из отдельных элементов, на что тратится больше времени, чем при монтаже мачтовых. Мачтовые вышки бывают одно- и двухопорные с открытой передней гранью или . с двумя открытыми гранями А-образной формы. А-образные вышки более распространены вследствие лучших эксплуатационных качеств, небольшой металлоемкости и быстроты сборки. Они состоят из сварных трех- или четырехгранных ферм-мачт, соединенных между собой в верхней части подкронблочной рамой, а в нижней части прикрепляемых к основанию буровой с помощью шарниров. Каждая ферма в зависимости от высоты вышки состоит из трех — пяти сварных секций. Жесткость и геометрическая форма вышки обеспечиваются обычно диагональными стяжками и подкронблочной рамой. Для устойчивости в рабочем положении вышка оборудуется подкосами и оттяжками. Центрирование вышки в рабочем положении в направлении продольной оси основания вышечного блока осуществляется подвижными башмаками подкосов, а в направлении поперечной оси — винтами регулируемых опор ног вышки. Вышками мачтового типа ВМА-45-200 Бр комплектуются буровые установки БУ3000ДГУ и БУ3000ЭУ. Секции этой вышки имеют четырехгранное сечение. К преимуществам мачтовых вышек относятся: хороший обзор вдоль граней, быстрота сборки и монтажа, возможность удобного размещения оборудования и механизмов для СПО. Недостатками являются довольно высокая трудоемкость при изготовлении и сложность ремонта ферм на промыслах. Башенные вышки (рис. IV.2) выполняются в виде правильной четырехгранной усеченной пирамиды, состоящей из четырех ног, передающих нагрузку от кронблока к основанию. В верхней части ноги соединены между собой подкронблочной площадкой обычно размером 2x2 м, а внизу ноги опираются на основание размером 8X8 или 10x10 м в зависимости от высоты вышки. Между собой ноги соединены горизонтальными поясами и диагональными стяжками, образующими решетку вышки. На высоте 23, 25 или 34 м, определяемой длиной свечи, смонтирован четырехсторонний балкон с квадратным пролетом посередине с выступающей внутрь фонаря площадкой для второго помощника бурильщика. Балкон и площадка ограждены перилами. Преимущества башенных вышек — жесткость и устойчивость их конструкции, небольшая трудоемкость изготовления и простота смены поврежденных деталей. К недостаткам относятся большая металлоемкость и трудоемкость сборки по сравнению с вышками мачтового типа. В настоящее время при монтаже буровых установок используются вышки следующих типов: СБО1В/БУ75Бр (полезная высота 37,8 м, грузоподъемность 100 т); СБО1В/БУ2500 (полезная высота 42,2 м, грузоподъемность 185 т); ВА-41 X 170, ВМА-45Х200, ВМА-45Х250, ВА-45Х320, ВБА-58Х400 (первая цифра —высота вышки в м, вторая — грузоподъемность в т). 2.6. РЕЖИМ БУРЕНИЯ. В комплексе факторов, существенно влияющих на показатели бурения, наряду с правильным выбором типа долота и уровнем организации буровых работ решающим является режим бурения. Под режимом бурения подразумевается совокупность управляемых с поверхности параметров (осевая нагрузка на долото, частота его вращения, качество бурового раствора и его количество), изменяя которые, можно добиться изменения показателей работы долота. Данные о работе долот, включающие сведения о проходке на долото, времени механического бурения, средней нагрузке на долото, частоте вращения ротора, расходе бурового раствора и скорости его истечения из насадок, о диаметре насадок, характеристика износа зубьев и опор долота, вместе с информацией об условиях искривления ствола, возможности выбросов, поглощений, сужении ствола позволяют успешно проектировать режимы бурения скважин. При бурении штыревыми долотами высокоабразивных и твердых пород (песчаники, окремнелые доломиты и др.) разрушение породы происходит в основном за счет дробящего действия штырей, поэтому частота вращения долота должна обеспечить достаточно продолжительное время контакта его с породой для наступления полного разрушения породы. При превышении оптимальной частоты вращения штыревого долота эффективность процесса снижается. Долота, у которых твердосплавные штыри имеют клиновидную форму, позволяют успешно проходить абразивные породы, чередующиеся с пластичными глинистыми породами, где долото с полусферическими штырями неэффективно. Чем больше скалывающий эффект долота, тем больше его коэффициент эффективности, но тем выше износ его зубцов, что необходимо учитывать при выборе долота. Для заданных типоразмера долота и условий очистки с увеличением твердости породы оптимальные значения частоты вращения долота уменьшаются, а осевые нагрузки на долото увеличиваются. Долото может изнашиваться за счет воздействия на него породы, бурового раствора и механических повреждений. Если в мягких породах используется долото для твердых пород, происходит плоский износ зубьев. Необходимо заменить долото, либо уменьшить нагрузку, увеличив частоту вращения. Когда последующие зубцы венца попадают во впадины, сделанные предыдущей шарошкой, происходит эксцентричный игловидный износ их. Приподняв долото над забоем, уменьшают нагрузку, увеличивая частоту вращения, улучшают промывку, повышают жесткость низа колонны с помощью установки расширителя, квадратного УБТ и стабилизатора. Если произошел слом зубьев с последующим самозатачиванием и притуплением вершин, необходимо одновременно либо порознь увеличить нагрузку и частоту вращения. Если долото, предназначенное для более мягких пород, используется в более твердых, необходимо заменить его новым для более твердых пород и снизить частоту вращения. Если происходит скалывание зубьев, но износ нормальный, следовательно, неверно выбран режим бурения. В этом случае долото считается сработанным полностью. Сработка долота до состояния «лысой» шарошки происходит в результате плохой промывки или уменьшения диаметра ствола при работе предыдущего долота. В этом случае при спуске долота лапа (лапы) сгибается и шарошки перестают вращаться. Если уменьшился диаметр долота (видны ролики, а зубья изношены до основания), необходимо установить расширители. Влияние бурового раствора на износ долота выражается в износе опор (признаками является выкрашивание тела цапфы даже в долотах с герметизированными опорами); эрозии шарошек, обусловленной неправильным выбором типа бурового раствора и режима промывки; износ вставки, выпадение кольца и насадки вследствие высокого содержания песка в буровом растворе; эрозии насадок от реакции забоя. Причины механических повреждений долота различны. При нагружении долота до величин, близких к критическим, после снятия нагрузки оно не восстанавливает свой первоначальный диаметр. Если при спуске долото встало на уступ и произошла разгрузка части веса бурильной колонны, в теле шарошки могут возникнуть трещины. Износ резьбы характерен при приложении чрезмерно высокого момента при свинчивании, а сжатие лап происходит, если приспособление для навинчивания долот непригодно. После закрепления долота необходимо обязательно проверить работу всех шарошек. Правильная оценка износа долота сразу же после его подъема позволит выбрать наиболее эффективный для данных условий тип долота, что часто имеет решающее значение в росте показателей бурения. Из всего многообразия режимов бурения можно выделить две большие группы: параметры режима бурения ограничиваются возможностями долота и бурового оборудования, а других ограничений нет; помимо отмеченных имеются ограничения, обусловленные геологическими, технологическими или другими причинами. По мере совершенствования техники и технологии бурения вторая группа может уменьшаться. Для каждого определенного интервала бурения выбирают наиболее эффективный для данной породы тип долота и буровой раствор. Значения осевой нагрузки на долото Р и частоты его вращения п могут иметь самые различные сочетания в зависимости от способа бурения. 1. При использовании роторного бурения, для которого Р и я —независимые величины, могут быть следующие их сочетания; переменные, но произвольно изменяемые величины Р и п; переменные, но оптимальные в каждый момент времени величины Р и п, их изменение может быть обусловлено изменением физико-механических свойств пород или износом долота; постоянные, но близкие к оптимальным значения Р и п; переменная величина Р и постоянная я; переменная величина п и постоянная Р; наилучшее значение Р для данного п; наилучшее значение п для данного Р. 2.При использовании забойных двигателей, для которых при изменении Р меняется п, могут быть следующие их сочетания: произвольно выбранная Р и соответствующая ей п; величина Р соответствует максимуму мощности забойного двигателя, что обычно соответствует и максимуму механической скорости проходки; величина Р соответствует наибольшему отношению Pjn. Интерес представляют оптимальные величины Р и п, изменяемые по мере износа вооружения долота. Однако на практике их реализация бывает невозможна вследствие технических затруднений с изменением частоты вращения долота в процессе рейса. Поэтому чаще всего бурить приходится при постоянных, но близких к оптимальным значениям Р и п. Сочетание осевой нагрузки на долото, частоты его вращения и расхода промывочной жидкости, при котором достигаются наилучшие показатели работы данного долота с помощью данной буровой установки,— это и есть оптимальный режим бурения. Режим бурения называют скоростным или форсированным, если на данном этапе достигнуты наивысшие показатели работы долот и использованы более мощная буровая установка и другие более совершенные технические средства по сравнению с теми, которые применяются для массового бурения скважин на данной площади. В ряде случаев сочетание параметров выбирают не для получения высоких показателей работы долота, а с целью предотвращения искривления скважины, принудительного искривления ее с заданной интенсивностью в нужном направлении, улучшения эффективности отбора керна и т. д. Такой режим бурения называют специальным. Осевая нагрузка на долото создается частью веса бурильной колонны. Горные породы при вращательном бурении разрушаются под действием осевой нагрузки и крутящего момента. Влияние осевой нагрузки на механическую скорость проходки зависит от характера разрушения породы. Различают зоны поверхностного разрушения (истирания) забоя, объемного разрушения (вследствие усталостных явлений) и эффективного объемного разрушения (контактное давление превышает твердость породы, разрушение происходит при каждом соударении зуба долота с забоем). Осевая нагрузка и частота вращения взаимосвязаны между собой. С увеличением частоты вращения осевые нагрузки, которые обеспечивают объемное разрушение породы, возрастают. Частота вращения имеет двоякое влияние на показатели бурения. С одной стороны, рост частоты вращения вызывает увеличение числа поражений забоя зубьями шарошечных долот. С другой стороны, уменьшается результативность единичного разрушения. Поэтому в зависимости от конкретных условий механическая скорость проходки с ростом частоты вращения может увеличиваться или уменьшаться. При бурении шарошечными долотами кроме эффективности разрушения следует учитывать и рост частоты вращения. Это приводит к снижению долговечности работы опор шарошек и продолжительности их работы на забое. Расход промывочной жидкости также влияет на показатели бурения. Наилучшие показатели работы долот достигаются при своевременном удалении с забоя разрушенной породы. Чем быстрее удаляется шлам, тем выше механическая скорость проходки. Скорость удаления шлама зависит от количества бурового раствора, его свойств и скорости истечения из отверстий долота. При увеличении расхода механическая скорость возрастает до определенного предела при прочих постоянных параметрах бурения и свойствах пород, а затем стабилизируется. Влияние качества бурового раствора на показатели бурения имеет более сложный характер: с увеличением вязкости раствор приобретает способность удалять более крупный шлам, однако это способствует росту плотности раствора, который создает большее давление на забой, повышает гидравлические сопротивления. Наилучшие показатели бурения достигаются применением буровых растворов малой плотности и вязкости, а повышение способности очистки забоя и выноса шлама — путем увеличения расхода. Параметры режима бурения взаимосвязаны, и наибольшая эффективность бурения достигается при оптимальных сочетаниях этих параметров, зависящих прежде всего от свойств разбуриваемой породы и конструкции долота. При выборе режима бурения следует помнить, что при изменении одного из параметров не всегда удается увеличить механическую скорость и проходку на долото. При турбинном бурении с увеличением расхода промывочной жидкости и неизменной осевой нагрузке частота вращения вала турбобура (долота) п повышается прямо пропорционально. При росте расхода промывочной жидкости Qв 2 раза частота вращения п увеличивается также в 2 раза. Если же нагрузка на забой будет повышена, а расход промывочной жидкости остается постоянным, частота вращения вала турбобура (долота) уменьшится. Расход промывочной жидкости устанавливают с учетом обеспечения оптимальных условий работы турбобура и выноса выбуренной породы. При роторном бурении отсутствует ярко выраженная взаимосвязь параметров режима бурения и влияние их друг на друга. Поэтому оптимальный режим роторного бурения получают при сочетании наилучших значений каждого параметра в отдельности. Расход промывочной жидкости устанавливается главным образом исходя из условий качественной очистки забоя скважины. Нагрузку на забой и частоту вращения долота определяют для каждого геологического горизонта с учетом твердости проходимых пород. При электробурении так же, как и при турбинном бурении, значительна частота вращения долота, однако нет взаимосвязи между параметрами режима, а частота вращения долота вполне определенна. Это облегчает контроль параметров режима бурения и поддержание их на оптимальном уровне. При проводке скважины параметры режимов бурения указываются в геолого-тсхническом наряде (ГТН) —это оперативный план работы буровой бригады, определяющий технологический режим и процесс бурения скважины. Он состоит из двух частей: геологической и технической. В геологической части отражается: наименование проходимых свит и горизонтов; литологический разрез пород; предполагаемый угол падения пород; интервалы проходки с отбором керна; интервалы глубин, где возможны осложнения (обвалы, поглощение промывочной жидкости, нефтегазоводопроявления); горизонты, против которых перфорируют колонну; конструкция скважины, высота подъема цементного раствора; интервалы проведения каротажных работ. В технологической (технической) части по интервалам бурения указывают: тип и размер долот; число рейсов долота; параметры режима бурения (осевая нагрузка на долото, частота его вращения, подача насосов); оснастку талевого механизма; скорость подъема бурильной колонны, число свечей и бурильных труб, поднимаемых на той или иной передаче лебедки; интервалы и скорость проработки ствола. Все исходные данные для составления геолого-технического наряда берут из технического проекта. |