Файл: 1. Характеристика организации 6 Приоритетные направления деятельности 9.docx

По назначению долота делят на три большие группы:

для сплошного бурения – разрушение в одной плоскости или ступенчато;

для колонкового бурения – разрушение по периферии;

специальные.

В геологоразведке часто используются колонковые виды, так как они позволяют достать образцы грунта.

Шарошечные долота - Один из самых универсальных породоразрушающих инструментов, который широко применяется во всех отраслях. Он оказывает дробящий или дробяще-скалывающий эффект, тем самым формируя скважину нужного диаметра. Такое долото предназначено для абразивных и неабразивных пород любой твердости.

Устройство долота довольно сложное, так как базируется на подвижных элементах – подшипниках. Приваренные друг к другу секции оснащены вращающимися шарошками. Последние могут иметь конусообразную или цилиндрическую форму. Именно за счет них и происходит ударное или ударно-сдвигающее действие.

Лопастное долото - по устройству такое долото значительно проще, чем шарошечное. Фактически, это просто корпус, к которому прикреплены несколько лопастей. Наиболее эффективно показывает себя этот породоразрушающий инструмент в мягких, рыхлых породах. Лопастное долото способно работать на высоких скоростях и, при благоприятных условиях, давать внушительные результаты бурения. К примеру, пройти за одну проходку около 1500 метров более чем реально.

На сегодняшний день представлены следующие виды буровых долот лопастного типа:

однолопастные – для цементных пробок;

двухлопастные;

трехлопастные;

трехлопастные, истерающе-режущие;

шестилопастные.

Алмазное долото - Если планируется, что скважина будет проходить через ряд различных по твердости пород, нередко применяются алмазные долота. Сам инструмент рассчитан на среднюю твердость, однако используется и тогда, когда твердые породы чередуются с мягкими. Оптимальными считаются породы средней твердости.

Разрушение слоев происходит за счет их истирания. Долото включает в себя алмазные режущие элементы, которые и обеспечивают уничтожение пород. Общая эффективность долота напрямую зависит от того, какого качества и величины алмазы используются.

По типу их расположения различают:

однослойное долото;

многослойное долото.

---

Кроме этого, существует классификация, которая опирается на расположение рабочих элементов:

радиальные;

спиральные;

ступенчатые.

Несмотря на довольно внушительные показатели и преимущества, алмазное долото является очень требовательным инструментом. Так, если при бурении нефтяной скважины на его пути попадется металлический объект или же просто слишком твердая горная порода, то инструмент выйдет из строя: алмазный элемент может расколоться или выпасть из корпуса. Впрочем, плохая промывка также приведет к тому, что долото выйдет из строя или же будет работать менее эффективно.

Фрезерные типы буровых долот, по сравнению с другими видами породоразрушающих инструментов, гораздо проще по своему устройству, а также значительно прочнее и устойчивее. Конструкция такого долота представляет собой монолитный корпус. В него и запрессованны дробящие элементы, которые и обеспечивают высокую эффективность.

В отличие от своих аналогов, фрезерное долото не боится твердых прод или металлических элементов.

К примеру, его часто используют для того, чтобы пробить бетонную или цементную пробку. Если по какой-то причине в скважине осталась шарошка, то её убирают именно с помощью фрезерных долот.

Несмотря на все свои плюсы, существует и ряд ограничений:

не подходят для вязких пород;

невозможна быстрая проходка;

довольно примитивный способ промывки.

Тем не менее, данный породоразрушающий инструмент просто незаменим для бурения нефтяных скважин. Такое долото чаще всего используется в качестве вспомогательного элемента, однако в некоторых случаях применяется и как основное.

Под режимом бурения понимается определенное сочетание параметров, влияющих на показатели бурения.

К числу таких параметров относятся: 1) осевая нагрузка на долото; 2) частота вращения долота; 3)массовый расход прокачиваемой промывочной жидкости; 4)качество промывочной жидкости (плотность, водоотдача, статитическое напряжение сдвига).

Текущий контроль параметров процесса бурения осуществляется с помощью следующих основных приборов: индикатора веса, манометра, моментомера, тахометра и приборов для измерения механической скорости и проходки.

Сопоставление гидравлической нагрузки на опору забойного двигателя с осевой нагрузкой на долото позволяет оптимизировать режим бурения по данным ГТИ.

Оптимальная отработка долот является одной из задач геолого-технологических исследований ГТИ и включает следующие подзадачи:

---

• оперативный поиск оптимальных нагрузок Wопт; 

• определение оптимального времени смены долот. 

Далее рассмотрю особенности поиска Wопт в условиях турбинного способа бурения на месторождении Карамовское.

Бурение осуществляется по рациональному или нерациональному режиму, который запроектирован заранее и не зависит от службы ГТИ.
Рациональный режим характеризуется правильным выбором типа и секционности турбобура и типа долота с учетом свойств горных пород и особенностей геологического разреза. Указаны технологически обоснованные расходы промывочной жидкости с учетом характеристики турбины, конструкции осевой опоры двигателя и моментоемкости бурения. Ориентировочно даны пределы изменения нагрузок на долото и диаметры насадок для максимальной реализации гидромониторного эффекта.
Поскольку при турбинном бурении любые изменения режимных параметров – нагрузки на долото и частоты его вращения – возможны только в пределах линии моментов М–n двигателя, очевидна определяющая роль этой линии. Положение линии М–n определяется не только характеристикой турбины, но и моментоемкостью бурения и соотношением гидравлической нагрузки «сверху-вниз» от перепадов давления в турбине и долоте с осевой нагрузкой на долото W.

При нерациональных режимах параметры устанавливаются произвольно, без строгого учета взаимовлияния, которое характерно для турбинного бурения.

Однако при любом бурении – рациональном или нерациональном – существуют свои оптимальные нагрузки, обеспечивающие максимальные показатели работы долот, причем поиск их осуществляется одинаково. В условиях бурения забойными двигателями, имеющими осевые опоры, производится поиск критического значения нагрузки на долото, при котором наблюдаются резонансные явления. При этой нагрузке бурение сопровождается сильной вибрацией инструмента, и данный режим является наиболее неблагоприятным и разрушительным для долота.

Однако вблизи этой нагрузки находится оптимальная нагрузка Wопт, обеспечивающая максимальную механическую скорость бурения и проходку на долото. Этот «парадоксальный» способ хорошо известен опытным бурильщикам, которые в определенных условиях (при разбуривании прочных пород на сравнительно небольших глубинах) оперативно и надежно находят Wопт.

Сущность способа состоит в том, что при равенстве гидравлической нагрузки с осевой нагрузкой на долото, происходит полная разгрузка опоры двигателя и возникает вибрация. Этот режим бурения наиболее опасен для долота, так как приводит к ускоренному разрушению. Однако небольшой уход от этой нагрузки (на 1-2 т) совпадает с зонами Wопт.

---

Вибрации исчезают, а потери вращающего момента в опоре не велики. На рис. 1 показаны линии моментов турбобура (линия 2) и его турбины (линия 1). Линия 2 наглядно иллюстрирует способ поиска Wопт. Критическая точка С соответствует полной разгрузке опоры, а заштрихованная часть – зона повышенной вибрации. Эту зону найти легче, чем Wопт. В этом и состоит сущность поиска Wопт. Обычно от точки С осуществляется уход к точке А – Wопт1 посредством небольшого увеличения нагрузки. Для устойчивой работы долота необходим «запас» вращающего момента М, величина которого достаточно велика (для турбобуров диаметром 195 мм и долот 215,9 мм М – не менее 300 Нм).

Объясняется это тем, что момент инерции вращающихся масс деталей двигателя и долота мал по сравнению с моментоемкостью бурения. Как следствие, трудноконтролируемые и вполне вероятные изменения М способны за десятые и даже сотые доли секунды изменить частоту вращения от разгона nр до полного торможения двигателя.


Рис. 1. Линии моментов М-n турбины 1 и турбобура 2:

С – критическая точка (вибрация инструмента);

А – граница первой оптимальной нагрузки Wопт1;

В – граница второй оптимальной нагрузки Wопт2;

nр – разгонная частота вращения;

nх –частота холостого вращения турбины;

М – «запас» момента для устойчивой работы долота.

В случае неустойчивой работы долота производится небольшое снижение нагрузки в зону Wопт2. Отработка долот в зонах линии моментов левее точки А и правее точки В – нерациональна: в первом случае из-за неустойчивой работы долота и изменений частоты вращения в широком диапазоне, во втором - из-за малых нагрузок на долото и высокой частоты вращения n, при котором среднее значение близко к частоте холостого хода nр.

Промысловые наблюдения показывают, что именно в этих зонах осуществляется отработка долот, причем наиболее часто в обеих нерациональных зонах, включая прохождение критической точки С. Указанное неизбежно при редких подачах инструмента и больших разгрузках веса на крюке.

Хорошо известны преимущества бурения при высоких нагрузках на долото, но в пределах допустимого Wдоп, особенно для долот с вставными зубками. Поэтому одна из задач проектирования оптимальной отработки долот состоит в том, чтобы гидравлическая нагрузка Wг, фактическая нагрузка Wопт и допустимая Wдоп были примерно равны. Однако в реальных условиях бурения редко устанавливается такой режим. Как правило, гидравлическая нагрузка не контролируется.

---

Рассмотрим возможные варианты отработки долот и действия оператора ГТИ по корректировке режима бурения.

1. Бурение осуществляется при нагрузке W, которая меньше допустимых Wдоп для применяемого типа долота. Попытки увеличить W приводят к неустойчивой работе двигателя, очевиден недостаток вращающего момента. В этом случае необходимо рекомендовать увеличение расхода бурового раствора Q.

2. Бурение осуществляется при нагрузке, которая равна допустимой и двигатель работает устойчиво, однако эта нагрузка существенно (более 3-4 т) превышает гидравлическую. Необходимо рекомендовать на очередном долблении уменьшить суммарную площадь истечения насадок долота. Реализация этой рекомендации улучшит отработку долот не только за счет гидромониторного эффекта, но и «улучшения» линии моментов М–n двигателя: увеличения М и уменьшения частоты холостого вращения долота nр.

3. Бурение осуществляется при W = Wдоп, но гидравлическая нагрузка больше нагрузки на долото. Этот вариант проявляется при чрезмерном «увлечении» гидромониторным эффектом и переоценкой его значения. При очень больших Wг двигатель, как правило, плохо запускается в работу и оператор ГТИ должен рекомендовать увеличить диаметр насадок.
Для решения указанных выше вопросов корректировки режимов бурения оператор ГТИ должен контролировать величину гидравлической нагрузки Wг по графикам, общий вид которых показан на рис. 2 и 3.

Что касается оптимальных нагрузок, то при бурении на больших глубинах сравнительно малопрочных пород рука не всегда способна уловить вибрацию от полной разгрузки опоры двигателя - необходим приборный контроль вибрации.



Рис. 2. Гидравлическая нагрузка на осевую опору турбобура от перепада давления в турбине: 1, 2, 3 – турбины.
Нередко по виду кривой разгрузки веса на крюке при заторможенном вале лебедки пытаются найти Wопт, полагая, что темп разгрузки соответствует мгновенной механической скорости бурения. Типичный вид диаграммы веса на крюке показан на рис. 4. Наблюдаются две области разгрузки:

• при больших нагрузках, характеризуется медленной разгрузкой и большой скоростью углубления долота; 

• при малых нагрузках, полная противоположность. 

Такой вид диаграммы объясняется тем, что бурильная колонна не является пружиной с жесткой характеристикой «нагрузка-деформация». Вполне очевидно, что при малых нагрузках колонна устойчива и мало реагирует на ее величину, а при больших сжимающих нагрузках теряет устойчивость и сильно сокращается ее длина за счет изгиба колонны.

---