Файл: Элияшевский, И. В. Типовые задачи и расчеты в бурении учеб. пособие.pdf

где Т — время с момента входа долота в газоносную свиту в ч; D и d — наружный и внутренний диаметры бурильных труб в м; Уж. ч — объем глинистого раствора в желобах и приемном чане в м3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СНИЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ НА ПЛАСТ И ИНТЕРВАЛА ДОЛИВА СКВАЖИНЫ В ПРОЦЕССЕ ПОДЪЕМА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Задача 80. Определить снижение давления на пласт, если буриль­ ная колонна поднята с глубины Н = 2000 м без подкачивания гли­ нистого раствора углр = 1,35 гс/см3. Бурильная колонна состоит из 203-мм УБТ длиной 1у = 100 м и 146-мм бурильных труб.

Решение. Вес поднятой из скважины колонны равен

Q = ь 1у+

где qy — вес 1 м УБТ. Согласно данным табл. 10 приложения, qy =

Понижение уровня глинистого раствора в скважине определяется по формуле

118

Г л а в а IX

РЕЖИМ БУРЕНИЯ

ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ

В нашей стране наиболее распространен турбинный способ буре­ ния, затем роторный и сравнительно небольшую долю общей про­ ходки выполняют электробурами.

Турбинный способ бурения современными турбобурами нельзя применять, если в качестве циркулирующего агента используется воздух или газ, а также, если используются глинистые растворы, в которые введены различные ингредиенты — рисовая или подсолнеч­ ная шелуха, древесные опилки, кусочки кожи, цемент, жидкое стекло и др., так как эти ингредиенты забивают турбины турбобура. Обычно оказывается невозможным использовать современные турбо­ буры с глинистыми растворами плотностью 2 г/см3 и выше. В этих

случаях обычно применяют роторный способ. При бурении наклонно­ направленных скважин наиболее эффективным в настоящее время является турбинный способ. Хорошие результаты при проводке наклонно-направленных скважин может дать бурение электробу­ рами, которые могут применяться с забойными аппаратами для замера угла и азимута ствола в процессе бурения.

При больших забойных температурах циркулирующей буровой жидкости применение электробуров или дает очень низкие показа­ тели бурения, или их вообще нельзя применять. Большая темпера­ тура буровой жидкости и наличие в последней нефти или нефтепро­ дуктов отрицательно сказывается на долговечности гуммированных подшипников турбобуров и резиновой изоляции токоподводов элек­ тробуров. Однако применение шаровых опор в турбобуре исключает вредное влияние температуры и нефти в растворе.

При бурении электробурами нельзя применять колонковые до­ лота со съемной грунтоноской из-за токоподвода в бурильных трубах. Поэтому невыгодно использовать электробуры в тех случаях, когда требуется большой объем отбора керна.

Бывает выгодно комбинировать турбинный и роторный способы бурения, применяя в одних интервалах турбинное бурение, а в дру­ гих — роторное.

120

Иногда бурят турбинным способом с одновременным вращением бурильной колонны ротором. В результате этого ствол скважины получается вертикальным, улучшается очистка ствола и умень­ шается зависание бурильной колонны.

При прочих равных условиях для турбинного способа бурения нужна более мощная насосная установка с повышенным давлением нагнетания.

При турбинном бурении и бурении электробурами необходимы также соответствующие турбобуры и электробуры и базы для их ремонта. Кроме того, при бурении электробурами необходимо спе­ циальное оборудование и контрольно-измерительные приборы, спе­ циальные бурильные трубы, а также наличие на площади электро­ энергии. Электробуры Э250 предназначены для бурения скважин до глубины 2500 м, а Э215 и Э170 — до глубины 5000 м.

Таким образом, каждый способ бурения в определенных горно­ геологических условиях имеет явные преимущества; есть условия, в которых тот или иной способ совершенно непригоден; нередко можно применять несколько способов бурения и бывает трудно определить, какой из них лучше. Поэтому основным показателем для выбора способа бурения является минимальная себестоимость 1 м проходки

ПОНЯТИЕ О РЕЖИМАХ БУРЕНИЯ

Режимом бурения называется сочетание параметров, влияющих на показатели бурения, которые могут изменяться бурильщиком

спульта управления.

Кпараметрам режима бурения относятся: осевая нагрузка на долото G; скорость вращения долота п; объемный расход бурового агента Q (производительность насосов); качество бурового агента, подаваемого к забою. Для глинистого раствора — плотность угл р, вязкость Т, содержание песка П, статическое напряжение сдвига 0,

водоотдача В.

Каждому режиму бурения соответствуют определенные количе­ ственные и качественные показатели бурения. Под количествен­ ными показателями бурения понимают, во-первых, механическую скорость проходки ум, во-вторых, интенсивность износа породо­ разрушающего инструмента, которая определяет проходку на долото h в м. Под качественными показателями бурения понимают степень отклонения ствола скважины от заданного направления и процент­ ный вынос керна.

Наибольшее технико-экономическое значение имеют количест­ венные показатели бурения, так как степень отклонения ствола скважины от заданного направления в некоторых случаях может быть весьма значительной, а бурение в ряде случаев осуществляется сплошным забоем без подъема керна.

Из многочисленных терминов режима бурения (технологический,, рациональный, усиленный, скоростной, форсированный, оптималь­

Ш.

ный и др.) следует различать и считать правильными по своей тер­ минологии следующие три типа режима бурения.

Оптимальный (наивыгоднейший) режим бурения — гармониче­ ское сочетание параметров режима бурения, обеспечивающих мак­ симальную механическую скорость проходки и требуемые качест­ венные показатели при максимальной мощности, подводимой к до­ лоту, определяемой его прочностью. Техническая вооруженность буровой установки не накладывает ограничений на выбор параметров режима бурения.

Ограниченный режим бурения — сочетание параметров режима бурения, обеспечивающих максимальную механическую скорость проходки и требуемые качественные показатели при данной техни­ ческой вооруженности буровой установки, когда выбор параметров режима бурения ограничен. Например, недостаточная мощность двигателей, ограничение в создании большой осевой нагрузки вследствие недостаточной длины труб УБТ и малой прочности бу­ рильной колонны, недостаточная производительность буровых насо­ сов и др.

Специальный режим бурения —сочетание параметров режима бурения с целью решения специальных технологических задач, имеющих в виду лишь качественные показатели. Например, искус­ ственное искривление скважины в заданном направлении, выпрямле­ ние ствола скважины, отбор керна, оббуривание аварийного инстру­ мента и др. Количественные показатели бурения в этом случае имеют второстепенное значение.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖИМА БУРЕНИЯ

При проектировании режима бурения следует придерживаться следующего порядка.

1. Предварительно тщательно изучают геологические условия (стратиграфию, тектонику), в которых предполагается вести буре­ ние, и физико-механические свойства пород (критическое напряже­ ние или твердость).

2.Далее выясняют, возможно ли искривление скважины, на каких глубинах и в каких породах.

3.Устанавливают давление в пластах с агрессивным флюидом. Выясняют горизонты, в которых возможны обвалы стенок сква­ жины, поглощения промывочной жидкости, прихваты колонн и др.

4.Определяют поинтервально необходимые качества промывоч­ ной жидкости.

5.После надлежащего изучения геологических материалов при­ ступают к выбору типа и модели долота для разбуривания отдель­

ных горизонтов, свит и пластов.

6. Применительно к выбранным долотам и в соответствии с гео­

логическими условиями бурения и профилем ствола скважины проек­ тируют в гармоническом сочетании параметры Q, G, п.

122

Соотношение между Q, G, п должно, безусловно, обеспечивать возможность выполнения планового задания по скорости проходки.

7. Для осуществления заданного режима выбирают соответ­ ствующий инструмент и буровое оборудование.

8. Во многих случаях соотношение между Q, G, п приходится

задавать применительно к имеющемуся оборудованию на буровой. Тогда соотношение между Q, G, п должно быть гармоническим и обеспечивать полное использование потенциальных возможностей буровой установки.

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА БУРЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ СКОРОСТЬ ПРОХОДКИ

Влияние осевой нагрузки G. При увеличении нагрузки на долото механическая скорость проходки сначала интенсивно растет. Затем темп роста уменьшается, и скорость, дойдя до возможного макси­ мального значения, падает. Таким образом, существует критическое значение осевой нагрузки. 6?к , превышение которой не рационально.

При увеличении скорости вращения долота п или количества буровой жидкости Q механическая скорость увеличивается, причем значение GKp тоже увеличивается. Однако это положение относится к определенному диапазону значений п и Q.

Для предотвращения возможного повышения осевой нагрузки выше критической следует производить бурение при оптимальном значении осевой нагрузки Gon, т. е. нагрузке, обеспечивающей эффективное объемное разрушение горной породы. Эта нагрузка должна быть несколько меньше критической нагрузки.

Влияние скорости вращения долота п. При поверхностном разру­ шении породы механическая скорость проходки возрастает пропор­ ционально увеличению скорости вращения долота.

При объемном разрушении породы с увеличением скорости вра­ щения долота механическая скорость проходки также увеличивается, но до определенного максимального значения, после чего она умень­ шается. Таким образом, существует критическое значение скорости вращения долота пкр, превышение которого не рационально.

Влияние количества промывочной жидкости Q. При роторном способе бурения и электробурении механическая скорость проходки

сувеличением Q увеличивается, асимптотически стремясь к некото­ рому максимальному значению итах при данных значениях G u n .

При турбинном бурении Q оказывает влияние на механическую скорость проходки через посредство других параметров, связанных

сQ. Так, при увеличении Q обязательно пропорционально возра­ стает п, повышается G, что вызывает резкий рост механической ско­ рости проходки. Указанное косвенное влияние @ на vu значительнее, чем непосредственное. Именно поэтому при турбинном бурении механическая скорость возрастает с увеличением Q более резко, чем при роторном способе или при бурении электробурами. Однако

123