БНГС 2. Задача 1 Задача 2 Задача 3
 Скачать 1.36 Mb.
|
Прихват бурильной колонны сальником.Образование в буровом растворе крупных пластичных кусков бурового глинистого шлама, названных сальниками, происходит при проходке глинистых отложений. Сальники возникают, главным образом, при сдирании со стенок замками колонны толстых рыхлых глинистых корок, отложившихся на высокопроницаемых породах. Образованию сальников способствует загрязненность ствола скважины частицами выбуренной породы при недостаточной скорости восходящего потока жидкости. При этом в зоне работы долота возникает концентрация частиц шлама и слипание их при условии низкой смазывающей способности раствора и значительного содержания в нем твердой фазы. В процессе подъема по стволу масса сальника увеличивается, а скорость подъема падает. Сальники накапливаются в местах увеличения поперечного сечения кольцевого пространства, прилипая к элементам низа бурильной колонны над долотом, выше турбобура, выше УБТ. Прихват колонны сальником возникает чаще всего при подъеме инструмента, когда формируются условия перекрытия затрубного пространства крупными сальниками в местах сужений ствола. Прихват труб может сопровождаться потерей циркуляции. Признаками появления сальников являются: - возникновение посадок, инструмента при спуске и затяжек при подъеме; - уменьшение механической скорости проходки долотом, сохранившим работоспособность всех узлов; - увеличение крутящего момента при роторном способе бурения: - повышение давления в нагнетательной линии в процессе проходки и во время промывок; - уменьшение веса колонны на крюке при спуске и восстановлении циркуляции; - обнаружение плотных кусков глины на замках и других элементах бурильной колонны во время ее подъема; - наличие кусков породы и глинистой корки в желобах и на виброситах. Прихваты испытателей пластов. Данный вид прихватов включает прихваты следующих узлов испытателей пластов: - прихват бурильных труб выше пакера под действием перепада давления вследствие продолжительного оставления труб без движения; - прихват пакера, не освободившегося при помощи ясса; - прихват фильтра вследствие "заиливания" при интенсивном притоке пластовых флюидов с частицами слабо сцементированных пород или из-за обвала пород при создании высоких депрессий на пласты. Систематизация разновидностей прихватов, приведенная выше, не означает, что причиной той или иной аварии может быть только какой-то один из факторов. Как правило, возникновению прихвата может способствовать какой-то один фактор, называемый нами определяющим. В процессе развития прихвата может проявиться действие и других факторов. Например, возник прихват низа бурильной колонны под действием перепада давлений, но из-за ухудшения промывки произошло осаждение частиц шлама с увеличением силы прихвата. Для выбора способа ликвидации прихвата необходимо изучить все обстоятельства, при которых возникла аварийная ситуация. Теоретический вопрос 56 Лопастные долота Лопастное долото в качестве рабочего элемента имеет лопасти, которые изготовляют либо с корпусом, либо приваривают к корпусу. Лопастные долота относятся к инструменту режущего или режуще-скалывающего действия. Они предназначены для бурения в породах мягких и отчасти средней твердости.  Рисунок 9 - Лопастное долото ("рыбий хвост"): 1 - головка с присоединительной резьбой; 2 - корпус; 3- лопасть; 4 - промывочное отверстие; 5 - твердосплавное покрытие; 6 - режущая кромка По ГОСТ 26-02-1282- 75 выпускаются двух- и трехлопастные долота: двухлопастные диаметрами от 76,0 до 165,1 мм и трехлопастные - от 120,6 до 469,9 мм. Для геологоразведочного бурения ОСТ 7918 - 75 также предусмотрены лопастные долота диаметрами от 76 до 132 мм. Простейшим по конструкции является двухлопастное долото. Оно состоит из корпуса и двух лопастей, в головке корпуса имеется присоединительная резьба, а в нижней части ближе к лопасти расположены каналы для подачи промывочной жидкости к забою. У гидромониторных долот в каналах устанавливают насадки для формирования высокоскоростной струи промывочной жидкости. На эффективность работы долота наиболее существенное влияние оказывают профиль лопасти долота и правильный подбор его конструкции по свойствам проходимых горных пород.  Рисунок 10 – Режущая часть В профиле режущей части долота различают углы: передний у (может быть положительным и отрицательным), резания , приострения , задний угол заточки. Чем мягче порода, тем меньше угол резания. По данным В.С. Федорова, для мягких и вязких глинистых пород оптимальный угол резания примерно равен 70°, а для хрупких пород - 90°. Профиль режущей части лопастного долота отраслевой нормалью не регламентирован. Корпус и лопасти долота изготавливают из стали марок 40, Ст. 5 или др. Двухлопастные долота изготовляют штамповкой, у трехлопастных долот лопасти приваривают к штампованному корпусу. Рабочую часть лопасти обычно армируют твердым сплавом. Пластины твердого сплава напаивают на переднюю поверхность лопасти чугунным или латунным припоем, калибрующие поверхности лопастей также армируют цилиндрическими твердосплавными зубками. Долота этого типа просты в изготовлении и могут производиться в полевых мастерских. Более стабильные условия углубки скважины и большую проходку обеспечивают трехлопастные долота, но они требуют и более высоких осевых нагрузок по сравнению с двухлопастными. Анализ работы долота Вследствие постоянного контакта режущих элементов с породой на забое лопастные долота работают в более сложных условиях, чем трехшарошечные, где зубья с породой находятся в контакте периодически. Так, по результатам металлографического анализа металла отработанных долот установлено, что на периферийной поверхности трения лопасти о горную породу температура в микрообъемах поверхностных слоев может достигать более 1300°С, а в шарошечных долотах в микрообъемах поверхностных слоев зубьев не превышает 850°С. Для успешного разрушения горной породы к лопастному долоту необходимо при тех же нагрузках приложить значительно больший момент, чем при бурении шарошечными долотами. Если величина момента сопротивления вращению долота превышает величину крутящего момента на долота, то долото остановится. При роторном бурении величина крутящего момента практически ограничивается прочностью бурильной колонны. При применении забойных двигателей величина крутящего момента зависит от его рабочей характеристики. Однако известно, что наивысшие механические скорости бурения можно получить при использовании долот режущего типа с высокооборотными забойными двигателями. Применение лопастных долот требует больших затрат крутящего момента. Большинство забойных двигателей имеют высокие скорости вращения вала, что является нежелательным для лопастных долот. Результаты исследований показывают, что лопастным долотам наиболее соответствуют забойные двигатели, в которых отношение момента М к скорости вращения вала n будет больше 1. Указанным условиям в настоящее время удовлетворяют характеристики турбобуров 3ТСШ-9ТЛ, А7НЧС, А9К5С и электробуров Э 215-8Р. Разрушение горных пород лопастными долотами по характеру деформирования материала напоминает сверление металлов, древесины и других твердых тел. Под воздействием нагрузки лопасти внедряются в породу на некоторую величину δ. Процесс происходит постепенно, сопровождается вытеснением породы, жидкости и газа в приствольную зону скважины. При этом на разрушение породы влияют ее состав, структура, текстура, пористость, проницаемость, свойства цементирующего вещества и другие факторы. При вдавливании лопасти долота в пластинчатые породы происходит пластическое деформирование ее по всей поверхности полусферы (рисунок 5). Причем эта полусфера представляет собой своеобразный нарост на основании лопасти, который, уплотняясь, вдавливается в породу. Практически же в зоне контакта и под ней образуются две области В области I породы испытывают преимущественно сжатие в вертикальном направлении, для нее характерна вертикальная трещиноватость. В области II лопасть, подобно клину, выталкивает породу. Характер выталкивания породы измеряется по мере внедрения долота. Вначале внедрения порода перемещается вниз, в область I, где происходит ее уплотнение. Когда степень уплотнения достигает критического предела, перемещение породы меняется и происходит уже в горизонтальном направлении – разрушение породы по трещинам. Направление первоначального развития трещин для данной породы имеет случайный характер, что сопряжено с наличием естественных дефектов и неоднородностей в структуре пород. Случайный характер развития трещин приводит к значительному колебанию объемов зон разрушения. Давление на лопасть, возникающее при сопротивлении породы, распределяется по закону прямой линии, изменяясь от нуля в центре до максимальной величины на периферии. По мере поворота лопасти сдавливание увеличивается, достигая максимума для данной породы. Наступает скалывания и дробления породы у самых удаленных элементов лопасти. При вращении долота наиболее удаленные элементы его, сколов породу, начинают дальнейшее сдавливание, в то время как средние и центральные элементы продолжают первичное сдавливание. Таким образом, сопротивление, оказываемое породой движению долота, распределяется по длине лопасти неравномерно. Причем, изменяясь по длине, оно изменяется также с улом поворота. Глинистые породы обычно бурят при некотором постоянном соотношении осевой нагрузки РД и скорости вращения n. Вследствие этого долото работает равномерно, крутящий момент остается практически постоянным. Колонна бурильных труб в общем сохраняет равновесие за все время бурения в глинистой однородной породе. В отдельных случаях наблюдаются нарушения, обусловленные кривизной скважины, наличием сил трения труб о стенки скважины. При разбуривании песчаников и известняков средней твердости процесс разрушения породы не всегда следует по рассмотренной схеме. Слабо сцементированные песчаники, рыхлые известняки разбуриваются без затруднений с редкими явлениями заклинивания. Приведенные выше рассуждения относятся прежде всего к разбуриванию средних по твердости пород при наличии значительных осевых нагрузок, особенно долотами с неизношенным вооружением. При больших скоростях вращения в подобных случаях наблюдаются явления, сходные с ударно – вращательным действием долота на забое. Скорость вращения долота При бурении лопастными долотами во всех случаях установлено, что механическая скорость проходки увеличивается с ростом скорости вращения долота независимо от его конструкции. В более совершенных конструкциях долот при одних и тех же скоростях вращения механическая скорость выше. Однако во всех случаях функция UM = f (n) имеет прямолинейный характер. Естественно, для получения высоких механических скоростей бурения стремятся увеличить скорость вращения долота, применяя высокооборотные турбобуры или электробуры. В случае разбуривания мягких, вязких неабразивных глинистых отложений при n = 600 об/мин и более достигнута механическая скорость 32 м/ч. Практически во всех случаях, если абразивность пород не превышает 5 мг, скорость вращения лопастных долот можно выдерживать до 700 об/мин. С дальнейшим увеличением абразивности скорость вращения долота должна обеспечить окружные скорости периферийных точек на лопастях, не превышающие 3 м/с. Задача 1 Выберите конструкцию вертикальной нефтяной скважины: количество, глубины спуска, диаметры обсадных колонн, диаметры долот, высоту подъема цементного раствора за колоннами. Исходные данные приведены в таблице 7.
Для выбора числа обсадных колонн используется совмещенный график изменения пластового, давления гидроразрыва пород и гидростатического давления столба промывочной жидкости, построенный на основании исходных данных в координатах глубина – эквивалент градиента давления. Под эквивалентом градиента давления понимается плотность жидкости, столб которой в скважине на глубине определения создает давление, равное пластовому или давлению гидроразрыва пласта. Для решения задачи совмещенный график давления строить не следует, так как в условии задачи уже даны интервалы зон совместимых условий бурения. Количество зон равно количеству зон совместимых условий бурения. Глубина спуска обсадных колонн принимается на 10-20 м выше окончания зоны совместимых условий. По техническим правилам ведения работ при строительстве скважин и требованиям охраны недр и окружающей среды подъем цемента за колонной осуществляется до устья. Выбор диаметров обсадных колонн и диаметров долот осуществляется снизу вверх, начиная с эксплуатационной колонны. Диаметр эксплуатационной колонны зависит от способа заканчивания скважины, условий ее эксплуатации и задается заказчиком на буровые работы. Рассчитываем эквивалент градиента пластового давления на забое скважины   где Рпл – пластовое давление данного интервала, МПа; Н – глубина (интервал), м. Рассчитываем эквивалент градиента давлений гидроразрыва пласта на забое скважины   Определим диаметр долота для бурения под выбранную обсадную колонну  , мм [мм] (3)где Dкол.по муфте – диаметр колонны по муфте, мм; Δ – зазор между долотами стенкой скважины, мм (таблица 3). Величина зазора Δ зависит от диаметра и типа соединений обсадных труб и профиля скважины, сложности геологических условий, гидродинамических давлений при бурении и креплении, интервала выхода из под башмака предыдущей колоны (таблица 3). Таблица 3 - Зазор между обсадной колонной и стенкой скважины.
По ГОСТ 20692-75 принимают ближайший диаметр долота Dэ.к. = 215,9мм. Таблица 4 – Диаметры долот
Диаметры промежуточных обсадных колонн, кондуктора и направления Добс.к .выбираются в соответствии с величиной кольцевого зазора между обсадной колонной и спускаемым долотом.  Диаметр обсадной колонны выбирают по ГОСТ 632-80. Таблица 5 – Сводная таблица по конструкции скважины
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||