Бурение скважин с отбором керна

Инструменты для бурения с отбором керна — Студопедия.Нет

Керн и основные виды керноприемных устройств

Керном называется столбик горной породы,образующийся при буре-нии скважины кольцевым забоем. Керн извлекается на поверхность и слу-жит основным материалом для прямого изучения состава, строения и механических свойств горных пород разреза месторождения, а также для решения ряда задач при его разведке и разработке. Поэтому извлечение высококачественного и в достаточном количестве керна является одной из главных задач при бурении разведочных скважин.

Основным количественным показателем отбора керна принят вынос керна в %:

В = (Н _к /Н)100,

где       Н к –длина керна; Н –длина интервала,пробуренного с отборомкерна.

Особенность бурения с отбором керна — подчинение всех технологических мероприятий максимальному выносу керна.

Колонковое долото (колонковый снаряд) состоит из бурильной головки, предназначенной для проходки скважины кольцевым забоем с образованием керна, и присоединенного к ней керноприемного устройства, предназначенного для размещения керна, его сохранения, отрыва от забоя после окончания выбуривания и транспортирования на поверхность. Схема образования керна и основные схемы колонковых долот приведены на рисунке 5.77.

Керноприемные устройства делятся на три группы:

1) бескорпусные простейшие;

2) корпусные со стационарной колонковой трубой;

3) корпусные со съемной колонковой трубой.

Основными характеристиками керна являются:

1) диаметр керна D _к;

2) степень размыва и загрязненности буровым раствором;

3) целостность (неразрушенность).

Рис. 5.77. Принципиальное устройство колонковых долот. Стрелками показано движение промывочной жидкости

До рассмотрения керноприемных устройств, пользуясь обозначениями на рисунке 5.77, введем основные показатели , характеризующие со-вершенство керноприемных устройств, бурильных головок и колонковых долот в целом с точки зрения отбора керна.

Коэффициент керноотбора K ₁:

K ₁ = D _к / D _г,

где D к – диаметр керна; D г – наружный диаметр бурильной головки.

Чем выше К 1, тем лучше колонковое долото удовлетворяет требова-нию отбора керна максимально возможного диаметра.

Коэффициент керноприема K ₂:

K ₂ = D _к / h _к,

где h к – расстояние от забоя до входа в керноприемное устройство.

Чем больше К 2, тем меньше керн подвергается прямому воздействию потока промывочной жидкости и вращающегося инструмента, тем меньше керн размывается и разрушается.

Простейшее керноприемное устройство (рис. 5.77а)устанавливается непосредственно над бурильной головкой (коронкой) 1 и состоит из ко-лонковой трубы 2, выполняющей одновременно функции корпуса, и пере-водника 3 для присоединения к бурильному инструменту. Такие устройст-ва широко применяют при бурении структурно-поисковых скважин малого диаметра от 36 до 151 мм. Коронка 1 предназначена для выбуривания кер-на. Вооружение ее может быть твердосплавным или алмазным. Выбурен-ный керн размещается в колонковой трубе. Промывочная жидкость при движении вниз проходит через зазор между керном и колонковой трубой, что является основным недостатком простейшего керноприемного устрой-ства. Керн отрывается от забоя и удерживается в колонковой трубе при подъеме инструмента внутренним конусом коронки. Это обеспечивается тем, что в мягких горных породах (глинах) проводится «затирка» керна, а в твердых – его «заклинка».

При «затирке» перед подъемом инструмента бурят без промывки до 1 м. Выбуриваемый при этом шлам набивается между керном и коронкой и при подъеме инструмента заклинивает керн в конусе коронки. В среднихи твердых горных породах бурить без промывки нельзя. В этом случае перед подъемом в бурильный инструмент засыпают «заклинку» (например, щебень, битое стекло) и продавливают ее промывочной жидкостью до коронки. Момент достижения «заклинкой» коронки отмечается по повыше-нию давления на насосе. В этот момент насос отключают и начинают подъем инструмента. При отборе керна в твердых горных породах также используются кольцевые кернорватели.

Достоинствами рассмотренного керноприемного устройства являются простота конструкции и максимальный коэффициент керноотбора (до 0,87).

Корпусные керноприемные устройства со стационарной колонковой трубой (рис. 5.77б)предназначены в основном для глубокого роторного бурения. Они включают корпус 2, который через переводник 3 соеди-няется с бурильным инструментом. В корпусе на подшипнике 4 подвешена колонковая труба 6, в верхней части которой установлен дренажный клапан 5 со сбрасываемым шаром. К нижней части колонковой трубы при-винчен корпус 7 кернорвателей 8, предназначенных для отрыва керна от забоя и удержания его в колонковой трубе во время подъема инструмента.

В скважину колонковое долото спускают без шара дренажного клапа-на. Перед началом бурения скважину промывают. При этом промывается и колонковая труба. Затем сбрасывают в бурильные трубы шар, который обеспечивает защиту керна от прямого воздействия промывочной жидко-сти и вытеснение ее из колонковой трубы по мере заполнения ее керном.

Размещение керна в колонковой трубе, защита его от размыва и при-менение кернорвателей позволили повысить вынос керна и его качество. Однако при этом уменьшился коэффициент керноотбора, который у этой группы устройств – не более 0,47.

Корпусные керноприемные устройства со съемной колонковой трубой применяются как при роторном,так и при турбинном бурении.Рассмотрим особенности этой группы устройств на примере колонкового турбодолота (рис. 5.77 в), которое предназначено для отбора керна при вы-сокооборотном бурении. Оно создано на базе турбобура с полым валом, через который проходит съемная колонковая труба. Бурильная головка 1 крепится на валу 2 турбодолота. Переводником 3 турбодолото присоеди-няется к бурильному инструменту. В корпусе 4 на неподвижной кониче-ской подвеске 5 установлена колонковая труба 6, которая проходит через вал 2 и корпусом кернорвателя 7 входит в центрирующую втулку 8 бу-рильной головки. В верхней части колонковая труба снабжена конической головкой для захвата ее шлипсом и подъема из скважины без подъема бурильного инструмента. Собранный комплект, включающий верхнюю головку, дренажный клапан, колонковую трубу и корпус кернорвателей с установленными в нем кернорвателями получил название грунтоноска .

В скважину турбодолото спускают без грунтоноски, которую сбрасывают в бурильные трубы после промывки перед началом бурения с отбором керна. После углубления скважины на длину внутренней полости грунтоноски последнюю извлекают из скважины с помощью шлипса, спускаемого на канате в бурильные трубы. Если бурильная головка не из-ношена, то в скважину сбрасывают другую грунтоноску, и бурение про-должают.

Основное преимущество турбодолот – высокая скорость проходки. К недостаткам относятся низкий коэффициент керноотбора, не превы-шающий 0,28, и высокая динамичность работы. Поэтому удовлетвори-тельный вынос керна турбодолота обеспечивают только в твердых моно-литных горных породах.

Важно не только выбурить и поднять керн на поверхность, но и со-хранить его в естественном состоянии. Первым, кто касается керна, дол-жен быть геолог. С этой целью ведущие зарубежные фирмы используют одноразовые алюминиевые и стеклопластиковые колонковые трубы . По-сле подъема из скважины колонковую трубу вынимают из корпуса, керн фиксируют и консервируют в колонковой трубе закачкой в кольцевой за-зор между керном и трубой твердеющего вещества, например эпоксидной смолы, а концы трубы герметично закрывают крышками. В таком состоя-нии керн хранят до начала его изучения. Перед изучением срезают сег-мент трубы и керна по всей длине, чем обеспечивают доступ для описа-
ния керна без его извлечения из трубы. Для измерения коллекторских свойств керна и его механических испытаний вырезают намеченные для этого фрагменты керна вместе с колонковой трубой, как показано на ри-сунке 5.78.

3

2

1

Рис. 5.78. Фрагмент керна, приготовленный для механических испытаний: 1 – керн; 2 – колонковая труба; 3 – эпоксидная смола

Бурильные головки

Бурильные головки (бурголовки), как и долота, различаются по клас-су, типу, принципу воздействия на забой, материалу вооружения и конст-рукции основных рабочих элементов. Бурильные головки , в отличие от долот, не бывают гидромониторными. Более того, в их конструкциях предусмотрены меры по защите керна от прямого воздействия струй промывочной жидкости , а при проектировании режима бурения накладываются ограничения на количество подаваемой на забой жидкости. Бурильные головки в России изготавливают на заводах ОАО «Уралбур -маш», ОАО «Волгабурмаш», НПП «Буринтех» и др.

Шифр бурильных головок, предложенный ВНИИ БТ, начинается с буквы К (колонковая). Если в шифре содержится вторая буква С, напри-мер КС, то это головка для керноприемного устройства со съемной колон-ковой трубой (грунтоноской). После букв идут цифры дробью: числитель – диаметр бурильной головки, знаменатель – диаметр кернообразующего отверстия (в мм). Далее следуют тип и класс бурильной головки, как и у долот. В конце шифра могут стоять цифры и буквы, отражающие но-мер модификации. Примеры шифров: К212,7/100М, КС212,7/60ТКЗ и т.д. Разные изготовители обычно используют свои шифры, которые могут су-щественно отличаться от приведенных выше. Общими являются только обозначения диаметров бурголовки и керна.

Истирающе-режущие бурильные головки. Характерные конструкции таких бурильных головок приведены на рисунке 5.79. Они выполня-ются лопастными (рис. 5.79 а), и секторными (рис. 5.79 б, в), с разным вооружением (твердосплавным, алмазным и ИСМ).

Рис. 5.79. Бурильные головки с твердосплавным (а), алмазным (б) и ИСМ (в) вооружением:

1 – корпус; 2 – промывочное отверстие; 3 – элемент вооружения; 3' – матрица

Таблица 5.21

Шифр и область применения алмазных бурильных головок

Наилучшие результаты с точки зрения качества керна дают алмазные бурильные головки и головки, оснащенные сверхтвердыми материалами. Это объясняется тем, что у таких инструментов практически не изменяют-ся диаметры головки и кернообразующего вооружения.

Шифры и назначение алмазных бурильных головок конструкции ВНИИ БТ приведены в таблице 5.21, из которой следует, что алмазные бурильные головки, как и алмазные долота, не предназначены для бурения высокоабразивных и очень твердых горных пород.

Бурильные головки ИСМ изготавливают типов С и Т для работы с керноприемными устройствами с несъемной колонковой трубой. Общий вид одной из конструкций приведен на рисунке 5.79 в. Шифры и назначе-ние бурильных головок ИСМ приведены в таблице 5.22.

Таблица 5.22

Шифры и область применения бурильных головок ИСМ

* Модели, изготавливаемые на 2012 год

Из таблицы 5.21 видно, что бурильные головки ИСМ предназначены для отбора керна в горных породах, твердость которых не превышает шестой категории, но бурильными головками типа Т можно отбирать керн в высоко-абразивных горных породах. Общим недостатком истирающее-режущих бурильных головок является низкая скорость бурения.

Для отбора керна в абразивных горных породах 6–9 категорий твер-дости НПП «Буринтех» изготавливает бурголовки , имеющие твердосплавную матрицу и оснащение алмазными вставками TSP (рис. 5.80 а), а для горных пород 8–10 категорий – импрегнированные алмазами (рис. 5.80 б).

Рис. 5.80. Бурголовки:

– оснащенная алмазными вставками TSP;

– импрегнированная алмазами

Режуще-скалывающие бурильные головки выполняются лопастными с алмазно-твердосплавным вооружением, как и долота PDC.

Завод ОАО «Волгабурмаш» изготавливает бурильные головки в шести-, восьми- и десятилопастном исполнении. Шифр бурголовок, как и долот, начинается с диаметра в мм, далее через косую черту – диаметр кернообразующего отверстия, затем латинские буквы СВ (первые буквы слов «core bit» – колонковое долото). Далее цифры и буквы – как для долот PDC. Примеры обозначений: 187,3/80 СВ 366SM-A35; 215,9/100 CB 388-SM; 212,7/100 CB 31010MH.

Из примеров шифра видно, что эти бурголовки предназначены для бурения в мягких с прослоями средней твердости (SM) горных породах и для бурения в породах средней твердости с прослоями твердых (MH).

Наиболее полный ряд бурголовок этой подгруппы изготавливается на заводе НПП «Буринтех». Шифр аналогичен шифру долот. Отличие – добавлен диаметр кернообразующего отверстия, например: БИТ 212,7/80 В 613 (рис. 5.81). Размер бурголовок – от 121/52 до 292,9/100 (295,3/100) мм. Исполнение бурголовок 4-, 6-, 9- и 12-лопастное (первая цифра после буквы В). В таблице 5.23 приведены шифры и назначение бурильных головок БИТ.

в горных породах от 1-й до 7-й категорий, малой и средней абразивности. По мере увеличения твердости горной породы увеличивается количество лопастей. Этим достигается увеличение запаса вооружения на износ и компенсируется рост динамичности работы по мере увеличения твердо-сти горной породы.

Рис. 5.81. Шестилопастная бурголовка БИТ 212,7/80 В 613, оснащенная алмазно-твердосплавными резцами диаметром 13 мм:

1 – паз для прохода промывочной жидкости; 2 – промывочное отверстие

Шарошечные бурильные головки типов МСЗ,СЗ,СТ и ТКЗ изготавливаются для керноприемных устройств как с несъемными, так и со съемными колонковыми трубами. Они предназначены для отбора керна в тех условиях, где нельзя применить нешарошечные бурильные головки.

Бурильные головки типа МСЗ (рис. 5.82 а) имеют восемь шарошек, размещенных в корпусе на четырех горизонтальных осях. Четыре шарош-ки обрабатывают периферийную часть забоя, другие четыре – часть, прилегающую к керну. Вооружены шарошки твердосплавными клиновыми зубками. Диаметр кернообразующего отверстия 80 и 100 мм. Шифр, например, К212,7/80 МСЗ.

Бурильные головки типа СЗ (рис. 5.82 б) имеют три чечевицеобразные шарошки, вооруженные клиновыми твердосплавными зубками. Шифр, например, К 187,3/80 СЗ.

Рис. 5.82. Восьмишарошечная (а) и трехшарошечная (б) бурильные головки

Бурильные головки МСЗ и СЗ режуще-истирающего действия, хотя по конструкции шарошечные.

Бурильные головки типов СТ и ТКЗ дробящее-скалывающего дейст-вия выпускаются в шестишарошечном исполнении с кернообразующими отверстиями 80 мм и восьмишарошечном исполнении с кернообразующим отверстием 100 мм (К187,3/80 СТ; К212,7/80 СТ; К187,3/80 ТКЗ; К212,7/80 ТКЗ и К212,7/100 ТКЗ).

Шестишарошечные бурильные головки (рис. 5.83 а) имеют два вида шарошек: три шарошки для разрушения периферийной части забоя и три – для разрушения части забоя, прилегающей к керну. Внизу на схеме пока-зано относительное положение шарошек и промывочных отверстий, из которой видно, что струи жидкости направлены как на шарошки, так и между шарошек.

Восьмишарошечные головки имеют соответственно по четыре шарошки обоих видов. Эти бурильные головки дробяще-скалывающего действия и предназначены для работы с керноприемными устройствами с несъемной колонковой трубой. Специфичность конструкции этих головок обусловлена стремлением получить максимальные коэффициенты керноотбора и керноприема, а также обеспечить защиту керна от прямого воздействия струй промывочной жидкости.

         а                              б

Рис. 5.83. Шестишарошечная (а) и четырехшарошечная (б) бурильные головки

Бурильные головки типов СТ и ТКЗ (рис. 5.83 б) для керноприемных устройств со съемной колонковой трубой, например для турбодолот, изго-тавливаются четырехшарошечными и по конструкции во многом похожи на трехшарошечные долота. Принципиальное отличие имеет только сис-тема промывки: подача промывочной жидкости к забою осуществляется через отверстия или пазы вокруг центрирующей втулки. Бурильные голов-ки типа СТ имеют фрезерованное стальное вооружение, но кернообра-зующая часть шарошек оснащена твердосплавными клиновыми зубками. Бурильные головки ТКЗ оснащены только твердосплавными зубками. Примеры шифров бурильных головок: КС187,3/40 СТ; КС212,7/60 ТКЗ; КС215,9/60 ТКЗ.

Шарошечными бурильными головками нельзя прорабатывать скважину. Поэтому диаметр бурголовок может быть меньше, чем соответствующий диаметр шарошечных долот. Например, долоту диаметром 190,5 мм соответствует бурголовка диаметром 187,3 мм. Исключение составляют четырехшарошечные бурильные головки. Довольно часто бурение с отбором керна осуществляют бурильными головками уменьшенного диаметра. Например, скважину бурили долотом диаметром 215,9 мм. Затем интервал бурения с отбором керна прошли бурголовкой диаметром 212,7 мм. Дальнейшее углубление скважины предстоит вести снова долотом диаметром 215,9 мм. В этом случае предыдущий интервал, пройденный с отбором керна, необходимо проработать (расширить) долотом диаметром 215,9 мм.

Кернорватели

Кернорватели предназначены для отрыва керна от забоя скважины и удержания его в колонковой трубе при подъеме инструмента из скважи-ны. При отборе керна в породах средней твердости и выше применяют пружинные ( цанговые) кернорватели двух видов: лепестковые (рис. 5.84 а) и кольцевые (рис. 5.84 б). Принцип работы пружинного кернорвателя – заклинивание керна в конусной части корпуса кернорвателя (рис. 5.77 б, позиция 7). Во время бурения кернорватель плотно охватывает керн и за счет трения смещается в верхнее крайнее положение до упора в торец ко-лонковой трубы 6. После окончания бурения отключают промывку и мед-ленно отрывают долото от забоя. При этом керн и кернорватель движутся вниз относительно корпуса. Упругие элементы кернорвателя 8 сжимаются конусом корпуса 7 и заклинивают в нем керн. При дальнейшем движении долота вверх керн отрывается от забоя.

Рис. 5.86. Пружинные цанговые кернорватели:

а –лепестковый; б –кольцевой

Кольцевой кернорватель (рис. 5.84 б) имеет продольные разрез и пазы на конической части для уменьшения его жесткости. Внутренняя поверх-ность армирована (в показанной конструкции зернистым твердым спла-вом) . Шероховатая поверхность наплавки улучшает сцепление кернорва-теля с керном.

Рычажковый кернорватель (рис. 5.85) состоит из корпуса 1, прикреп-ленных к корпусу заклепками 2 пружин 3 и закрепленных кольцом 4
с возможностью поворота рычажков 5 и 6. В процессе бурения керн про-ходит через кернорватель снизу вверх, отклоняя рычажки, и входит в ко-лонковую трубу. При подъеме инструмента рычажки подрезают керн и пе-рекрывают выход из колонковой трубы.

Рис. 5.85. Рычажковый кернорватель

включает бурильную головку 1, корпус керноприемного устройства 2 и колонковую трубу 3. Подшипниковый узел подвески колонковой трубы в корпусе не показан. На рисунке 5.86 а представлена схема долота во вре-мя его спуска в скважину.

Перед началом отбора керна колонковое долото промывают. При этом промывочная жидкость проходит внутри колонковой трубы и через окна 6 в кольцевой зазор между корпусом и колонковой трубой. Затем в трубы сбрасывается шар 7 дренажного клапана и производится бурение (рис. 5.86 б). При бурении промывочная жидкость к забою проходит только через кольцевой зазор между корпусом и колонковой трубой. Перед подъемом инструмента выключают промывку и в трубы сбрасывают второй шар 8, после чего снова включают промывку. Когда шар 8 достигнет колонковой трубы, он перекроет проход жидкости через окна 6.Давление в трубах резко возрастает и доводится до величины,доста-точной для срезания штифтов 6. Колонковая труба перемещается вниз, перекрывает кольцевой зазор и промывочные отверстия в бурильной го-ловке (рис. 5.86 в), открывает окна 9 и дает доступ высокому давлению жидкости через кольцевой зазор и отверстия 10 к обечайке 5. Обечайка

сминается и плотно охватывает керн. В случае мягких горных пород возможно пережатие керна до полного перекрытия сечения колонковой трубы .

Рис. 5.86. Схемы состояния колонкового долота при спуске в скважину (а), при бурении с отбором керна (б) и при отрыве керна от забоя (в)

studopedia.net

Бурение с отбором керна

I. Факторы, влияющие на полноту отбора керна.

Основной показатель – вынос керна в % , где Н_к – длина полученного керна, Н – величина проходки за тот же рейс. К стремится к 100%, но всегда меньше.

Различают 2 группы факторов, обусловливающих разрушение и потерю керна:

1) Геологические. Эти факторы устранить невозможно, но можно уменьшить их отрицательное влияние.

а) низкая прочность пород – вынос керна резко уменьшается, если прочность по штампу меньше 40-70 МПа. Керн разрушается под действием осевых и радиальных колебаний, изгиба и сил трения. Применяют грунтоноски с повышенным выносом керна и колонковое турбодолото – максимальные коэффициенты отбора.

б) низкая водоустойчивость – ограничивается возможность активной промывки буровыми растворами, запрещено применение гидромониторных головок, необходимо применять специально разработанную рецептуру.

в) высокая трещиноватость горных пород: монолитные (не разрушаются промывкой и вибрацией – 10 трещин на 1 м керна), трещиноватые и перемежающиеся по твердости (разрушаются промывкой и вибрацией – 20 трещин на 1 м), раздробленные (размываются и истираются – больше 20 трещин; раздробление и истирание приводит к заклинке керна в колонковой трубе).

г) высокая абразивность горных пород (в таких горных породах быстро изнашивается вооружение бур. головок и крепежное устройство кернорвателя.

д) растепление горных пород – необходимо применять хим. реагенты с отрицательными температурами и не растворяющие лед.

2) Технико-технологические.

а) совершенствование конструкции керноотборных снарядов и колонковых долот.

б) соответствие инструмента к проходимым горным породам.

в) правильность выбора режима бурения.

г) точная компоновка низа БК.

II. Влияние параметров режима работы на вынос керна.

1. Осевая нагрузка

Вынос керна с увеличением осевой нагрузки сначала растет, а затем монотонно уменьшается. Увеличивается возможность разрушения керна за счет упругих колебаний, в дальнейшем возможны аварии. С уменьшением осевой нагрузки увеличивается время.

2. Расход бурового раствора

При увеличении расход промывочной жидкости увеличивается давление на забое, возникает опасность размыва самого керна. Увеличение расхода способствует зашламованию забоя, что также уменьшает вынос керна. Зависимость прямо пропорциональна.

Здесь важную роль играет показатель фильтрации, со снижением которого увеличивается вынос керна.

3. Частота вращения n(n)

С увеличением частоты вращения вынос керна увеличивается в устойчивых горных породах, а в слабоустойчивых уменьшается при всех способах бурения.

Рекомендованные значения режимов бурения

III. Особенности бурения с отбором керна.

За 2-3 долбления до отбора керна начинаю в компоновку включать металлошламоуловитель, чтобы забой был чистым. Последнее долбление ограничивают по проходке, затем долото приподнимают над забоем и промывают 15-20 мин (работа с навесом).

При бурении на глинистом растворе колонковое долото спускают на забой без клапана, промывают 15 мин и только потом сбрасывают клапана, это предупреждает засорение колонковой трубы (заглинизирование).

В случае работы со съемной грунтоноской ее также спускают на забой. Интервал отбора керна не должен превышать длины колонковой трубы (грунтоноски) – для несъемной трубы. Важное значение имеет плавность подачи. С появлением вибрации инструмента при невозможности ее устранения необходимо проводить СПО.

Перед подъемом долото вырабатывают (уменьшают осевую нагрузку до нуля). Срабатывает кернорватель, и плавно производится отрыв керна подъемом 5-6 см, промывка скважины при этом не прекращается.

studfile.net

Керн (проба) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Керн — образец горной породы, извлеченный из скважины посредством специально предназначенного для этого вида бурения. Часто представляет собой цилиндрическую колонку (столбик) горной породы достаточно прочной, чтобы сохранять монолитность^{[источник не указан 457 дней]}.

В большинстве случаев отбор керна производится при бурении породы полой стальной трубой, которая называется колонковой, а само бурение с отбором керна - колонковым. Внутри колонковой трубы находится керноприёмник (пробоотборник). Керноприемник состоит в основном из головки, керноприёмной трубы и кернорвателя. Керноприёмники разнообразны, так как приходится отбирать керн различных пород в различных условиях. Разбуривание породы при отборе керна происходит по кольцу и керноприемник как бы наползает на образующийся внутри кольца столбик породы. Образцы керна забираются в трубу в относительно неповреждённом состоянии. Разрушенная порода (шлам), не попавшая в керноприемник, выносится на поверхность промывочной жидкостью или сжатым воздухом (газом), нагнетаемым в скважину буровым насосом или компрессором. Керн заклинивают, отрывают от забоя и поднимают на поверхность. После изъятия керна из трубы, он раскладывается в керновые ящики в строгой последовательности нахождения его в геологическом разрезе скважины. Весь поднятый керн детально описывается и передается на хранение в кернохранилище. В дальнейшем керн исследуется и анализируется (химический, спектральный, петрографический и другие анализы) в лаборатории с помощью различных методов и на различном оборудовании, в зависимости от того, какие данные должны быть получены. Обычно при анализе используется небольшая часть керна. По истечении определенного времени согласно руководящим документам часть керна, не имеющая существенного значения, сокращается (ликвидируется)^[1]

В последние годы керн при бурении для лучшей сохранности отбирается (попадает) в стеклопластиковые трубы (контейнеры). После извлечения из бурового инструмента эти трубы (контейнеры), заполненные керном, для удобства режутся на отрезки, обычно метровой длины. На отрезки стеклопластиковых труб с керном с торцов для лучшей изоляции и предотвращения высыпания надеваются крышки. Для детальных исследований эти отрезки в свою очередь разрезаются вместе с керном пополам вдоль оси, как представлено на фотографии. Выход керна определяют в процентах к пробуренному метражу.

Информационная ценность образцов керна[править | править код]

Отбор керна с научной целью начался как метод исследования океанического дна. Вскоре метод был освоен для исследования озёр, ледников, почвы и древесины. Керны, взятые с очень старых деревьев, дают информацию об их годичных кольцах, при этом не требуется спиливать дерево.

По керну можно судить об изменении климата, геодинамической обстановке, видах фауны и флоры, существовавших в определенную геологическую эпоху, а также об осадочном строении земной коры. Динамические явления на поверхности Земли в большинстве областей цикличны, особенно это касается температуры и выпадения осадков.

Существует много способов датировки керна. После датировки можно получить ценную информацию об изменении климата и ландшафта. Например, образцы керна, взятые со дна океана, из недр земли и ледников полностью изменили наше понимание геологической истории плейстоцена^{[источник не указан 457 дней]}.

ru.wikipedia.org

Долото для бурения сплошным забоем и с отбором керна » СтудИзба

Лекция 4

Тема:

План: 1. Долото для бурения сплошным забоем и с отбором керна.

           2. Снаряды для колонкового бурения.

           3. Буровые долота специального назначения.

1. Долото для бурения сплошным забоем и с отбором керна

Для отбора керна в процессе строительства геологоразведочных, раз­ведочных, поисковых и параметрических скважин используются керноотборные инструменты, состоящие из керноотборных устройств в сочетании с бурильными головками различного типа: режущего действия (бесшарошечные), шарошечные и алмазные.

За 49 лет своего существования специалистами ОАО НПО «Буровая техника» разработаны и переданы в серийное производство комплексы керноотборного инструмента, включающие керноприемные устройства и бурильные головки, предназначенные дли бурении нефтяных и газовых скважин различного назначении с отбором керна различными способами в интервалах залегании различных по физико-механическим свойствам гор­ных пород и условий бурении. Опытные образцы и партии указанных из­делий в основном изготавливаются на опытном и экспериментальных заво­дах ОАО НПО «Буровая техника». Испытания к ер но отборного инструмен­та проводились во всех нефтегазовых регионах бывшего СССР при буре­нии в осадочных породах, а также в отложениях коренных пород при бу­рении самой глубокой скважины на земле — СГ-3 Кольская.

Кроме того, в создании и освоении производства керноотборных уст­ройств и бурильных шловок к ним различных конструкций принимали участие и ряд других организаций и предприятий.

Рис. 2.1. Общий вид керноотборного устройства серии К:

1 — регулировочная головка; 2 — узел подшипника; 3 — корпус; 4 — керно-приемная труба с кернорвателем

Породоразрушающий инструмент для отбора керна

По характеру разрушения горных пород на забое различа­ют сплошное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонко­вое бурение предусматривает разрушение пород только но кольцу с целью извлечения керна - цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.

Колонковое бурение имеет целью получение из скважины образцов горных пород (керн). Керн формируется на забое скважины в процессе ее углубления с помощью породоразрушающего инструмента, который разрушает горную породу лишь по кольцевому забою и оставляет в центре нетронутый целик породы (колонку). При этом должно обеспечиваться не только эффективное разрушение породы на забое, но и сохранность керна при его формировании и поступлении в керноприемную трубу. Отбор керна возможен при всех способах бурения. Применяют коронки и бурильные головки. Буровая коронка представляет собой кольцо с присоединительной резьбой, у которого резцы располагаются на нижнем торце и боковых повер-хностях. В глубоком бурении они практически не используются.

При бурении скважин на нефть и газ используют колонковые наборы, состоящие из бурильной головки, корпуса и керноприемной трубы. Бурильная головка, разрушая породу по периферии забоя, оставляет в забоя колонку породы (керн), поступающую по мере углубления скважины в керноприемную трубу. Корпус колонкового набора служит для соединения бурильной головки с бурильной колонной, размещения керноприемной трубы и защиты ее от механических повреждений, а также для пропуска ПЖ между ним и керноприемной трубой. Керноприемная труба предназначена для приема керна, сохранения его во время бурения и при подъеме на поверхность. Для выполнения этих функций в нижней части керноприемной трубы размещены кернорватели и кернодержатели, а вверху - шаровой клапан для пропуска вытесняемой из керноприемной трубы жидкости по мере заполнения ее керном. Керноприемная труба в корпусе колонкового набора может быть вращающейся и невращающейся, со съемной и несъем-ной.

Главная задача при разработке технологии бурения с от­бором керна — обеспечение высокого качества кернового материала, извлекаемого из скважины. Высококачественный керн должен давать полное представление о горных породах,

слагающих опробуемый интервал, доставлять достоверную информацию о строении породы-коллектора, его насыщении и составе пластового флюида.

Поскольку технология бурения с отбором керна подробно рассматривается в курсе колонкового бурения, здесь остано­вимся в основном на рассмотрении инструментов, применяе­мых дя получения керна при бурении нефтяных и газовых скважин.

По классификациям (С.А Волков, С.С. Сулакшин, И.И. Ба-рабашкин и др.), изучаемым в курсе колонкового бурения, все горные породы по трудности получения керна подразделены на несколько категорий. В основу деления горных пород по­ложены такие признаки, как прочность и стабильность внут­ренних связей в горной породе, степень ее нарушенности, ус­тойчивость горной породы против вибраций и эрозионного действия промывочной жидкости, растворимость горной по­роды. Отнесение горной породы к той или иной категории позволяет   правильно   выбрать  способ   получения керна, тип колонкового инструмента и наиболее подходящий технологи­ческий режим.

Разнообразие геологических условий, в которых прихо­дится отбирать керн, обусловило большое количество разно­видностей колонкового инструмента. По схеме и способу со­здания циркуляции промывочного агента все их можно под­разделить на два класса и в каждом классе выделить несколь­ко разновидностей по принципиальной конструктивной схе­ме и способу подъема керна на поверхность.Чем труднее удержать, сохранить керновый материал при его вы­буривании и подъеме на поверхность, тем тщательнее нужно разрабатывать технологию бурения и сложнее конструкции применяемого колонкового инструмента. Если из монолит­ных устойчивых пород высокий процент выноса керна полу­чают с использованием одинарного колонкового снаряда, то трещиноватые, дробленые породы-коллекторы и рыхлые по­роды требуют использования двойных колонковых снарядов с вращающейся или невращающейся керноприемной трубой.

По ГОСТ 21949 — 76 "Устройства керноприемные" предус­мотрен выпуск керноириемных устройств двух типов в зави­симости от способа бурения: для роторного бурения — тип Р, для бурения с забойным двигателем — тип Т.

В роторном бурении уже в течение длительного времени используют колонковый снаряд "Недра" конструкции ВНИ-ИБТ, известный под шифром КД11 М-164/80 [ранее обозна­чался КД11М-190/80). Он имеет внутреннюю керноириемную трубу на жесткой подвеске изолирующую керн от потока промывочной жидкости. На базе этого снаряда разработаны модификации СКУ1-122/52, СКУ-138/67, СКУ1-203/100, при­чем они могут иметь как жесткую, так и подвижную подвес­ку внутренней керноириемной трубы. Для бурения в разрезе, представленном слабосвязанными, пластичными и пучащими породами, во ВНИИБТ разработана серия керноприемных устройств под названием "Силур" с уменьшенным наружным диаметром корпуса. Эта серия включает типоразмеры СКУ-146/80, СКУ-122/67 и СКУ-114/52. Во ВНИИБТ длительное время ведутся работы по увеличению диаметра отбираемого керна при сохранении наружного габарита корпуса. В ре­зультате этих работ положено начало новой серии колонко­вых устройств под названием "Кембрий". Из этой серии в ограниченном количестве производится керноприемное уст­ройство под шифром СКУ1-172/100, имеющее керноприемную трубу на свободной подвеске. Основные данные по уст­ройствам серий "Недра", "Силур" и "Кембрий" приведены табл. в 6.4.

В очень рыхлых, рассыпающихся сильнотрещиноватых породах можно применять двойной колонковый снаряд с эластичной оболочкой. Ее изготавливают из стойкой резины или иного эластичного материала. В первоначальном состоя­нии эластичная оболочка в один или несколько слоев натяну­та на керноприемную трубу. По мере выбуривания керна че­рез нижний торец керноприемной трубы оболочка втягива­ется внутрь и охватывает керн. Подача эластичной оболочки внутрь происходит в результате периодического расхаживания бурильной колонны и гидравлического давления промы­вочной жидкости. Колонковые устройства этого типа входят в серию под названием "Плутоний".

Во всех случаях, когда обстоятельства вынуждают сокра­щать проходку за рейс, чтобы не допустить потери керна, большое преимущество в глубоком бурении имеют устройст­ва со съемной грунтоноской, которую можно поднимать из скважины без выполнения спускоподъемных операций. В на­шей стране способ отбора керна с помощью съемных грун-тоносок нашел практическое применение в турбинном буре­нии. Применяются колонковые турбодолота двух серий — КТДЗ и  КТД-4. Турбодолота серии КТД4 позволяют отбирать керн большего ди­аметра, чем КТДЗ.

В глубоких скважинах, где особое значение имеет сохра­нение керна при подъеме инструмента из скважины, хоро­шие результаты дают колонковые снаряды с обратной про­мывкой и магазинированием керна типа МАГ. Они были применены в сверхглубокой скважине СГ-3 Кольская и пока­зали высокую эффективность.

Несмотря на имеющуюся номенклатуру колонкового инст­румента проблемы повышения качества кернового материала актуальны и для конструкторов — создателей новой техники, и для технологов на производстве. Усложнение условий полу­чения керна связано с ростом глубин поисково-разведочных скважин и увеличением объемов наклонно направленного бу­рения. Возрастают и требования к качеству кернового матери­ала. Все это заставляет непрерывно совершенствовать техни­ческие средства для отбора керна и технологию его получения.

Чтобы повысить достоверность определения газонефтенасыщения по керну, разработаны и применяются специальные колонковые снаряды, позволяющие герметизировать керн на забое скважины и сохранять забойное давление в течение всего времени подъема инструмента на поверхность. Создан колонковый снаряд в котором внутренняя поверхность керноприемной трубы имеет олеофильное полиуретановое покрытие. Оно улавливает нефть, выделившуюся из керна. В ла­боратории содержание нефти в породе-коллекторе определя­ют по результатам исследования керна и олеофильного материала.

В некоторых конструкциях колонковых снарядов вместо стальной применяют стекло волокнистую керноприемную тру­бу, которую сплетают из стеклянных волокон с последующей пропиткой твердеющим полимерным материалам. В стеклян­ной трубе создается идеально гладкая внутренняя поверх­ность с очень низким коэффициентом трения, что является эффективным средством против подклиниваний керна. На поверхности стекловолокнистую трубу с керном извлекают из снаряда и разрезают по длине на части, которые закрыва­ют крышками и в таком виде направляют для изучения и ла­бораторного исследования.

В области развития технологии бурения проводятся рабо­ты по созданию новых рецептур промывочных жидкостей, которые отличались бы незначительной фильтрацией в керн. Внутрь колонкового снаряда помещают консистентную смаз­ку, которая обволакивает керн изолирующей пленкой.

Развиваются скважинные технические средства для обна­ружения признаков нефти непосредственно у забоя. Измери­тельный инструмент включает люминесцентный анализатор.

2. Снаряды для колонкового бурения.

Колонковое бурение проводят с целью полу­чения из скважины образцов горных пород (кернов). Керн формируется на забое скважины в процессе ее углубления с помощью породоразрушающего инструмента, который раз­рушает горную породу лишь по кольцевому забою и оставля­ет в центре нетронутый целик породы (колонку). Отсюда специфическая  особенность конструкции породоразрушающего инструмента для колонкового бурения состоит в том, что его вооружение располагается кольцеобразно вокруг сво­бодного прохода для поступления керна.

Рис. 2.7. Одинарный колонковый снаряд

Задача получения достаточно полноценных образцов из скважины определяет дополнительные требования к породоразрушающему инстру­менту, который в этом случае должен обеспечивать не толь­ко эффективное разрушение породы на забое, но и хоро­шую сохранность керна при его формировании и поступле­нии в керноприемную трубу или грунтоноску.

Одна из наиболее важных характеристик колонкового породоразрушающего инструмента — коэффициент керноотбора κ_отб, равный отношению диаметра керна d_k, к наружному диаметру инструмента D_н:

κ_отб = d_k / D_н:  (2.3)

Керны отбирают специальными колонковыми наборами {колонковыми снарядами) и грунтоносками различных типов. Простейший колонковый снаряд показан на рис. 2.7. Он состоит из коронки 4, кернорвателя 3, колонковой трубы 2 и переходника 1.

БУРОВЫЕ КОРОНКИ

Буровая коронка представляет собой кольцо с присоединительной резьбой, у которого резцы располагают­ся на нижнем торце и боковых поверхностях.

Для бурения в породах используют буровые коронки твердосплавные (ребристые, мелкорезцовые и самозатачива­ющиеся) и алмазные (мелкоалмазные и импрегнированные).

Твердосплавные коронки армируются резцами из вольф-рамокобальтовых сплавов (ВК) и предназначены для бурения пород от весьма мягких до твердых и абразивных VIII—IX категорий по буримости.

Сплав ВК получают спеканием порошкообразного карби­да вольфрама и кобальта. В шифр названия сплава входит содержание кобальта (например, в сплаве ВК8 содержание кобальта составляет 8%). С повышением его содержания плотность твердого сплава и его твердость понижаются.

Отечественные заводы изготовляют коронки для мягких пород и пород средней твердости.

Заготовкой для коронок является короночное кольцо, ма­териалом для которого служит сталь марок 30, 35, 40 или Ст. 4 и Ст. 5. Наружный диаметр кольца D равен 74, 90, 109, 129 и 149 мм.

Для облегчения циркуляции промывочной жидкости в короночном кольце делают торцовые вырезы-холодильники и боковые промывочные каналы. В пазы торцовой поверхнос­ти впаивают резцы твердых сплавов.

Для бурения в мягких разбухающих и липких породах предназначены ребристые коронки. Они позволяют увели­чить диаметр скважины и таким образом расширить зазор для прохода промывочной жидкости между колонковым сна­рядом и стенками скважины. Для увеличения диаметра ко­ронки на ее корпус снаружи наваривают стальные пластины-ребра Число ребер — от трех до шести в зависимости от диаметра и конструкции коронки. В ребра с торцовой сто­роны впаивают крупные пластинчатые резцы из твердого сплава.

Ребристые коронки нередко имеют ребра, смещенные вверх относительно торца коронки. Такая коронка создает ступенчатый забой, что приводит к интенсификации процес­са разрушения пород и облегчает циркуляцию промывочной жидкости.

В породах средней твердости VI—VIII категории по бури-мости и малой абразивности хорошие результаты получены с использованием мелкорезцовых коронок. Их заправляют призматическими резцами квадратного или восьмигранного сечения. В некоторых конструкциях резцы располагаются на разной высоте, что приводит к формированию ступенчатого забоя.

В породах твердых VIII—IX категорий по буримости и средней абразивности хорошо работают самозатачивающие­ся коронки. Они отличаются тем, что благодаря специальной конструкции резцов эффективность работы коронки прак­тически не изменяется по мере ее срабатывания. Резцы са­мозатачивающихся коронок состоят из стального штабика и вставки из твердого сплава. Применяются штабики двух ви­дов: цилиндрические с включением игольчатых твердых спла­вов диаметром 1,5 — 2,0 мм; призматические с пластиной из твердого сплава толщиной 0,7 мм.

При работе штабика на поверхности забоя его матрица изнашивается быстрее твердого сплава и форма резца при­мерно сохраняется по мере уменьшения его высоты.

БУРИЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ

В нефтяной и газовой промышленности ко­лонковые снаряды принято называть колонковыми наборами или колонковыми долотами (рис. 2.8), а породоразрушающий инструмент в этом случае — бурильной головкой.

Применяются бурильные головки трех типов: лопастные, шарошечные и алмазные.

По ГОСТ 21210 — 75 предусмотрен выпуск лопастных бу­рильных головок типа М для бурения в мягких, рыхлых по­родах. Они имеют три лопасти и более.

На практике лопастные головки применяются и для буре­ния в породах средней твердости. Корпус такой головки от­ковывают вместе с лопастями. Лопасти затем армируют твер­досплавными резцами, которые закрепляют чугунным или ла­тунным припоем. Промежутки между зубками и передние грани лопастей покрывают зерненым твердым сплавом.

Рис. 2.8. Колонковое долото

1— бурильная головка: 2 — керн; 3 — кеноприемная труба; 4 — кор­пус колонкового долота; 5 — шаровой клапан

Иногда лопасти делают разновысокими, и в этом случае короткие наружные лопасти предназначены для калиброва­ния ствола скважины.

Для обработки керна нередко внутреннюю поверхность также армируют твердосплавными резцами. В корпусе созда­ют каналы, по которым промывочная жидкость отводится от керна и направляется к забою.

В слабосвязных мягких породах лопастные головки рабо­тают достаточно стабильно, без толчков и ударов и этим со­здают благоприятные условия для сохранения керна в период его выбуривания.

Шарошечные бурильные головки можно применять для бурения в породах с различными физико-механическими свойствами. В соответствии с ГОСТ 21210 — 75 предусмотрены следующие типы шарошечных долот: МСЗ — для мягких по­роде ироиластками пород средней твердости; СЗ — для по­род средней твердости; СТ — для пород средней твердости с пропластками твердых пород; ТЗ — для твердых пород; ТКЗ — для твердых абразивных пород с пропластками крепких.

Шарошечная бурильная головка имеет сварной корпус с резьбовой головкой.

В породах средней твердости шарошечные головки, как правило, имеют неоспоримые преимущества по скоростям углубления, однако при их работе на забое возникают значи­тельные вибрационные нагрузки, которые могут неблагопри­ятно сказываться на сохранении керна.

Алмазные бурильные головки рекомендуется применять при бурении с отбором керна на больших глубинах в поро­дах средней твердости и твердых. Нежелательно их исполь­зование в трещиноватых породах.

Алмазная бурильная головка состоит из стального корпуса с резьбой и матрицы, оснащенной алмазами. Для предохра­нения керна от размывающего действия потока промывоч­ной жидкости корпус имеет внутренние каналы, по которым жидкость направляется к забою. Для удаления шлама с забоя и охлаждения торцовая часть матрицы разделена на секторы, между которыми остаются проходы для промывочной жид­кости. По форме каналов различают бурильные головки ра­диальные и спиральные.

Алмазные бурильные головки обеспечивают большие про­ходки за рейс. При правильном использовании они работают спокойно, вибрации, если и возникают, то имеют ограничен­ную амплитуду и поэтому не оказывают отрицательного вли­яния на сохранность керна.

Стандартом предусматривается также производство бу­рильных головок, оснащенных резцами из материала славутич.

3. Буровые долота специального назначения.

Для бурения геологоразведочных скважин в особых геолого-технических условиях, а также при использовании специального бурового оборудования и для выполнения специальных задач при проходке скважин разработаны буровые долота специального назначения:

шарошечные долота для пневмо- и гидроударного бурения

шарошечные долота для бурения с продувкой

шпуровые шарошечные долота

шарошечные долота для направленного бурения

для бурения с гидротранспортом шлама

колонковые шарошечные долота и другие.

Шарошечные долота для гидро- и пневмоударного бурения

Шарошечные долота для гидро- и пневмоударного бурения наиболее перспективны для бурения в твердых и весьма твердых породах поскольку наложение ударных нагрузок на шарошечное долото позволяет интенсифицировать процесс разрушения породы и повысить скорость бурения.

Кроме того, использование долот совместно с ударными машинами позволяет бурить с пониженными осевыми нагрузками, что приводит к снижению интенсивности искривления скважин в процессе бурения.

Вместе с тем ударное воздействие предъявляет повышенные требования к прочности конструктивных элементов долота. С этой целью в конструкции заложены усиленные опоры скольжения к вооружение шарошек, гарантирующие эффективное применение долот в комплексе с гидро- и пневмоударниками.

Шарошечные долота для бурения с продувкой

Шарошечные долота для бурения с продувкой предназначены для проходки сухих обезвоженных скважин в основном небольшой глубины, а также для бурения скважин в подземных условиях и взрывных скважин на открытых карьерах. Отличительной особенностью этих долот является наличие специальных каналов, направляющих потоки воздуха (или газовых смесей) через внутреннюю полость лап во внутреннюю полость шарошки.

Шпуровые шарошечные долота

Шпуровые шарошечные долота используют для бурения шпуров глубиной до 15 м в твердых породах. В этих условиях наиболее важное значение приобретает механическая скорость бурения с одноразовым использованием долота. Поэтому на основных конусах твердосплавные зубки располагаются в шахматном порядке, угол наклона осей шарошек к оси долота увеличивается, а насыщенность калибрующего вооружения на затылочном конусе снижается.

Шарошечные долота для направленного бурения

Шарошечные долота для направленного бурения предназначены для искусственного искривления скважин.

Конструкции таких долот имеют специальное калибрующее вооружение на затылочном конусе шарошек и на периферийных венцах. Это вооружение должно обеспечивать боковое врезание в стенку скважины при проходке через отклонители различных типов, поэтому оно выполнено в виде твердосплавных зубков, максимально уменьшенных диаметров для обеспечения наибольшей насыщенности врезающейся части калибрующих конусов.

Шарошечное долото диаметром 76 мм для направленного бурения имеет большие габариты шарошек за счет увеличения угла наклона осей шарошек к оси долота и насыщенное вооружение на периферийных венцах из твердосплавных зубков размером 4 х 6 мм и термообработанных дисковых перемычек, расположенных между зубками.

Шарошечные долота для бурения с гидротранспортом шлама

Шарошечные долота для бурения с гидротранспортом шлама разработаны в нескольких конструктивных исполнениях. Они способны обеспечить получение крупных частиц породы при разрушении забоя, что очень важно для оценки содержания в породе полезных ископаемых.

Разработка конструкций таких долот ведется в двух направлениях:

при ударном воздействии вооружения на забой

при ударно-скалывающем воздействии.

В первом случае создаются шарошечные долота, у которых шарошки оснащены высокими твердосплавными зубками с клиновидной рабочей поверхностью, а во втором случае создаются комбинированные шарошечно-дисковые долота, у которых конструкция состоит из одной вертикальной шарошки, обрабатывающей периферийный участок забоя и наружный диаметр скважины, и другой, дисковой фрезерующей шарошки, расположенной с противоположной стороны и разрушающей поверхность забоя со сколом крупных частиц породы.

Колонковые шарошечные долота

Колонковые шарошечные долота диаметром 93-151 мм относятся к числу перспективных направлений совершенствования технических средств для отбора керна.

Долота имеют относительно невысокую стоимость и в составе с современными керноприемными снарядами обеспечивают необходимый выход керна, позволяющий получать надежные и достоверные данные при разведке место рождений, изучении геологических условии, подсчете запасов полезных ископаемых и др.

Съемные раздвижные долота ДРС

Съемные раздвижные долота ДРС диаметрами 132/190 и 190,5/244 мм разработаны ВИТРом совместно с Сургутским отделением ЗапСибБУРНИПИ (изготовитель опытных образцов завод «Уралбурмаш»). Долота предназначены для бурения и одновременно расширения стволов гидрогеологических и инженерных скважин в горных породах средней твердости.

Долота типа ДРС имеют цельный корпус с центральным каналом, присоединительную резьбу для бурильных труб, три продольных паза с отверстиями для трех осей, на каждой из которых размещается лапа. На цапфе лапы монтируется опора с шарошкой. Опора шарошки имеет три подшипника: два радиально-упорных шариковых (один из которых является замком) и один роликовый. Промывочная жидкость подводится к забою через центральный канал круглого сечения.

Конструкция долота является разборной, то есть позволяет отделять лапы с шарошками от корпуса путем извлечения из него трех осей. Изношенные шарошки могут заменяться новыми без замены корпуса.

При постановке долота на забой скважины оно, за счет осевой нагрузки и центробежной силы инерции, из транспортного положения переходит в рабочее состояние. Бурение ведется одновременно с расширением ствола скважины.

После окончания рейса при подъеме долото принимает транспортное положение: шарошки под действием собственного веса и силы трения о стенки скважины уменьшают диаметр долота.

При бурении долотом ДРС на забое образуется керн горной породы, который при использовании двойной колонны и обратной промывки может непрерывно выноситься на поверхность. При бурении сплошным забоем в центральной части долота ДРС устанавливается керноразрушитель в виде вставки, армированной резцами из твердого сплава.

Шарошки долот оснащены крупными фрезерованными зубьями, армированными твердым сплавом. Тыльные конусы шарошек, образующие диаметр долота, также наплавлены твердым сплавом, что способствует сохранению диаметра долота при бурении.

Конструкция долота ДРС позволяет усовершенствовать технологию вскрытия продуктивного пласта и повысить качество и скорость сооружения скважин за счет: формирования в интервале установки фильтра каверны заданного диаметра с незакольматированными стенками с целью образования гравийного фильтра, что в 2-3 раза повышает дебит скважины; исключения материальных затрат (до 20% от стоимости строительства скважины) на приготовление, применение и экологическую очистку глинистых или полимерных растворов при замене их технической водой; снижения числа аварий и осложнений, связанных с нарушением устойчивости стенок скважины при бурении через каверны, трещиноватые зоны, плывуны путем непрерывного перекрытия их подвижной колонной обсадных труб; уменьшения травматизма вследствие сокращения числа спуско-подъемных операций с обсадной колонной, при которых на буровых работах происходит наибольшее число тяжелых несчастных случаев.

Кроме создания каверн для образования в них гравийных фильтров специальными работами, которые могут выполняться с применением долот типа ДРС, являются:

разбуривание и замена запесоченных старых фильтров новыми, не извлекая обсадных труб из скважины

бурение под сваи, которые должны выдерживать нагрузки как на сжатие, так и на растяжение

укрепление строительных фундаментов, в которых требуется проходить через кладку скважины возможно меньшего диаметра, а затем расширять диаметр до максимального.

Контрольные вопросы:

1.Что представляет из себя долото для отбора керна?

2.Конструкция колонкового снаряда.

3.Для чего нужны бурильные головки?

4. Расскажите конструкцию колонкового долота

Литература

1. Аскеров М.М., Сулейманов А.Б. Ремонт скважин: Справ, пособие. — : Недра, 1993.

2. Ангелопуло O.K., Подгорнов В.М., Аваков Б.Э. Буровые растворы для осложненных условий. — М.: Недра, 1988.

3. Броун СИ. Нефть, газ и эргономика. — М: Недра, 1988.

4. Броун СИ. Охрана труда в бурении. — М: Недра, 1981.

5. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению: В 3 т.: 2-е изд., перераб. и доп. - М: Недра, 1993-1995. - Т. 1-3.

6.Булатов А.И. Формирование и работа цементного камня в скважи­на, Недра, 1990.

7.Варламов П.С Испытатели пластов многоциклового действия. — М: Недра, 1982.

8.Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложне­ний в бурении. 2-е изд., перераб. и доп. — М: Недра, 1984.

9. Геолого-технологические исследования скважин / Л.М. Чекалин, А.С. Моисеенко, А.Ф. Шакиров и др. — М: Недра, 1993.

10.Геолого-технологические исследования в процессе бурения. РД 39-0147716-102-87. ВНИИпромгеофизика, 1987.

studizba.com

Отбор керна: размер имеет значение

31.08.2018

Образец породы, извлечённый из скважины, даёт информацию, которая представляется для добывающих компаний едва ли не истиной в последней инстанции — некоторые характеристики пласта иными методами получить просто невозможно. Причём чем большего размера — тем лучше.

Крупные образцы дают геологам и инженерам больше возможностей для более точного определения геологического строения, геомеханических и петрофизических характеристик пород. Всё чаще для поиска новых месторождений применяют технологию разработки нетрадиционных залежей. Поэтому отбор репрезентативных образцов пород, не связанный с большими затратами и неэффективностью традиционных методов керноотбора, стал насущной задачей.

Методы отбора керна

В нефтегазовой отрасли их два: вырезание цельных кернов при помощи буровой компоновки и отбор бокового керна. Традиционный метод чаще всего позволяет получить качественные образцы керна, но в отличие от обычных операций бурения он является дорогостоящим и длительным процессом.

Экономической альтернативой служит боковой отбор керна — дополнительный способ получения данных там, где это невозможно при помощи традиционных способов. За один рейс можно извлечь до 90 образцов на выбранных глубинах, что позволяет охватить сразу несколько целевых интервалов.

«У геологов и инженеров появилась возможность использовать большие керны для исследования нетрадиционных залежей и определения механических свойств горных пород. При большом количестве доступного для анализа кернового материала нефтегазодобывающие компании имеют намного больше шансов успешной разработки нетрадиционных залежей», — указали в статье «Rotary Sidewall Coring—Size Matters» для компании «Schlumberger Limited» Abhishek Agarwal, Robert Laronga и Larissa Walker.

Речь идёт о методах ударного или вращательного бокового отбора керна.

«Хотя ударный метод является экономичным и быстрым, его применение может вызвать некоторые осложнения. В результате удара бойков о породу может произойти повреждение керна. И твёрдые, и мягкие породы разрушаются под действием удара бойка, и это приводит к изменениям свойств образца. Слабоцементированные породы при ударе бойка подвергаются сжатию, а глинистая корка с внутренней стенки скважины может вдавливаться в скелет породы керна, изменяя тем самым его характеристики. Добывающие и сервисные компании знают об ограничениях ударного метода и мирятся с этими ограничениями на протяжении почти пятидесяти лет. Это положение изменилось в 80-х годах прошлого века, когда появились первые вращательные керноотборники», — сообщают авторы статьи.

По словам специалистов, преимущество этого метода в том, что он позволяет сохранить поровую структуру породы и исключить механические повреждения керна.

Детали

Основные требования к процессу заключаются в обеспечении стопроцентного выноса, скорости бурения и максимальном количестве метров за рейс.

«Наше оборудование позволяет собрать сколько угодно секций, в зависимости от тех требований, которые предъявляет геолог. Например, он предполагает, что на глубине от 1000 до 1020 м может быть нефть. Эти самые 20 метров можно пройти одной секцией, или двумя секциями за один рейс. А два рейса — это лишние средства. Максимально за рейс мы отбирали 56 метров.

Сейчас заказчики предъявляют новое требование — отбор на глубине 18 метров. Для этих целей был разработан КСК с 6-метровой секцией. Отбирая по три секции, можно получить эти 18 метров. Геологи увеличивают интервал отбора, одна из тенденций — отбирать за рейс 27, 36 метров. Причём разработки новых конструкций касаются не только длины, но и совершенствования внутренних частей», — поделился руководитель направления «Керн» ООО «ВНИИБТ-БИ» Степан Макаров.

Во время проходки нагрузку на долото устанавливают на поверхности, перед спуском в скважину. При низкой нагрузке отбор происходит излишне долго. А при слишком высокой может произойти прихват долота с преждевременным прекращением работ.

«Существует два основных требования. Первое связано с минимизацией рисков — допустим, использование специальных соединений, которые позволяют в случае прихвата бурильной колонны извлечь содержимое с керном, даже если сам снаряд остаётся в скважине. Второе требование касается технико-экономических показателей и имеет целью удешевление оказываемых услуг. К нему относится увеличение длины секции керноотборного снаряда — для того, чтобы за один рейс можно было отобрать наибольшее количество метров», — объяснил руководитель сектора по отбору керна АО «НПП «Бурсервис» Эдуард Зарипов.

В «изолятор»

Чтобы минимизировать повреждения керна и добиться более точного анализа, инженер по отбору должен использовать технологию изолированного герметизированного керна.

«При бурении и заборе керна необходимо добиться его полной изоляции от фильтрата бурового раствора, чтобы он обладал естественной насыщенностью флюидов и не содержал сторонние примеси. Мы используем клапан изолирующего состава. К тому моменту, как керноотборный снаряд приходит в призабойную зону, изолирующая жидкость, которая по своему составу, в зависимости от требований — на основе масла, или на водяной основе со всевозможными ПАА, полностью «замещает» зону от бурового раствора. После чего в процессе бурения по мере того, как образуется столбик керна, горная порода выбуривается. Сам керн обволакивается изолирующим агентом — таким образом обеспечивается его сохранность и первозданность», — заметил Эдуард Раисович.

Неоднородные проблемы

Неоднородность пропластков предполагает сминание и расслоение породы, что приводит к заклинке, поэтому всё чаще заказчики обращают внимание на наличие гидравлического индикатора заклинки керна. При выходе на поверхность керн должен «не растерять» все флюиды нефти и газа. Для этого применяются специальные клапаны подачи изолирующего агента.

«По мере того, как керн поднимается наверх, за счёт того, что внизу избыточное давление достаточно большое, газ начинает отделяться от керна. Для того, чтобы не возникало декомпрессии и выделяющийся газ своевременно стравливался с керна, мы применяем клапан сброса давления», — прокомментировал представитель «Бурсервиса».

«Мы работаем с такими компаниями, как ПАО «НК «Роснефть» и ООО «РН-Юганскнефтегаз». По их требованию был изготовлен снаряд с антизаклиночной системой в габарите 135, там будет отбор керна диаметром 80 мм. Скважина диаметром от 139 до 155 мм», — добавил Степан Юрьевич.

Хранение и транспортировка

Для дополнительной защиты используют технологию укладки керна не просто в одноразовую трубу, но ещё и в гель, который создаёт своеобразный вакуум и обеспечивает более высокую информативность для исследования в лаборатории.

«Мы предоставляем тёплый контейнер, чтобы предотвращать разрушение керна, так как он содержит флюиды, в том числе, воду, которая при минусе превращается в лёд. Также для безопасной транспортировки используются виброгасящие прокладки на ящике, либо специальная пена. Керн укладывается в ящики, затем специальным образом запенивается, чтобы в процессе транспортировки не подвергаться вибрационным нагрузкам», — рассказал Эдуард Зарипов.

Текст: Надежда Гесс

dprom.online

Отбор керна при бурении скважин из асфальтобетонного покрытия в Москве

Почему выгодно заказать отбор монолитов из скважин в нашей компании?

Наша специализированная компания «ГеоГИС» продолжительный срок работает на рынке предоставления геологических услуг в Москве. Практика показывает, что на сегодня довольно востребована такая услуга, как отбор монолитов из скважин разной глубины. Цилиндрический монолит – это керн, получаемый в процессе бурения и являющийся фактическим материалом, позволяющий получить геологам нашей фирмы достоверную информацию о грунтах. Мероприятия по его отбору проводятся нами при геологоразведке полезных ископаемых. Слаженные, профессиональные действия экспертов нашей фирмы, позволяют тщательно изучить геологическое строение разреза скважины и получить информацию о свойствах осадочных отложений.

При выполнении работ мы используем передовые методы и инновационное оборудование, применяя самые современные технологии. Это позволяет нашим дипломированным специалистам добиться непрерывного выхода керна в ходе бурения. Таким образом, отбор монолитов из скважин равняется 100%. Этот параметр указывает на высокое качество производимых работ и гарантированную достоверность полученных данных.

Как осуществляется отбор керна геологами нашей компании?

Чтобы качественно выполнить геологические услуги и осуществить отбор керна из скважины, эксперты нашей компании тщательно планируют мероприятия и выполняют работы согласно утвержденному проекту, и в полном соответствии с установленными нормами.

Команда наших профессионалов готова выполнить бурение, в процессе которого будет произведен согласно рд отбор керна в Москве. Мы используем нижеперечисленные методы проходки скважин:

• колонковое – вид работ, при которых порода дробиться не по всему периметру отверстия, а исключительно по внешнему кольцу. Этот метод позволяет геологам сохранить внутреннюю часть, получив монолитные «столбики» породы. Зачастую используется при разведке различных месторождений. Способ имеет единичный, но существенный недостаток – маленький диаметр отверстия.

• шнековое – подходит для разработки неглубоких скважин в песчаных, глинистых и иных мягких грунтах. Винтовый метод бурения применяется геологами компании ООО «ГеоГИС» при инженерных изысканиях - образцы почвы поднимаются на поверхность по лопастям шнека. После того, как отбор керна произведен, его аккуратно упаковывают в деревянные ящики или пластиковые контейнеры, и отправляют на лабораторное исследование с целью установки физико-механических характеристик грунта на земучастке.

Также, чтобы выполнить отбор керна при бурении скважин мы используем и другие технологии – роторный и ударно-вращательный.

Внимание! Отбор керна регламентируется РД 39-0147716-505-85

в зависимости от уровня изученности местности глубинным бурением, а также назначением скважин.

Отбор керна при бурении скважин: какими правилами выбора проходки мы руководствуемся?

Чтобы грамотно выполнить отбор керна при бурении скважин, профессиональные геологи нашей компании, при выборе оптимального способа, учитывают нижеперечисленные условия:

• геоусловия участка;

• необходимую глубину скважины;

• размер отверстия (диаметр).

geotop.msk.ru

Комплексный подход к процессу отбора керна

Керном называется образец горной породы, который извлекают из скважины с целью его дальнейшего изучения. Данный образец имеет вид цилиндрической колонки горной породы, которая отличается своей прочностью с целью сохранения монолитности. Отбор керна осуществляется с помощью специального вида бурения, который именуется колонковым.

Бурение с отбором керна имеет свою специфику, которая заключается, прежде всего, в использовании специальных инструментов и установок. Таким образом, отбор керна в скважинах осуществляется с помощью специального породоразрушающего инструмента – бурильных головок и керноприемных устройств. Как правило, для этого используется колонковая труба, внутрь которой помещен керноприемник (пробоотборник). В конструкцию пробоотборника входят следующие элементы:

• головка;
• керноприемная труба;
• кернорватель.

В настоящее время существуют разнообразные виды керноприемников. Это обусловлено различностью горных пород, а также условий, при которых приходится осуществлять отбор керна и бурение скважин.

Порода во время отбора керна разбуривается по кольцевому принципу, в результате чего керноприемник, можно сказать, наползается на столбик той породы, которая формируется внутри кольца. Далее образцы горной породы забираются в трубу. При этом, они остаются практически неповрежденными. Остальной шлам, образованный во время данного процесса и не попавший в керноприемник, посредством промывочной жидкости или сжатого воздуха, которые нагнетаются в скважину с помощью насоса или компрессора, выносится на дневную поверхность.

После этого осуществляется заклинивание керна, отделение его от забоя, а также дальнейшая его транспортировка на дневную поверхность. После того, как образец породы доставлен на поверхность, его вынимают из трубы и расскладывают в специальные керновые ящики, соблюдая при этом строгую последовательность нахождения керна в его геологическом разрезе скважины. Весь керн, который был изъят из скважины, детально изучается, описывается, а также транспортируется в специальное керноранилище для его дальнейшего хранения. После этого проводятся различные его исследования. В частности, осуществляется химический, спектральный, петрографический анализ керна, а также другие его изучения. Эти процессы происходят в специальных лабораториях с применением разных методов при помощи различной техники, в зависимости от того, какие данные о керне необходимо получить. Как правило, во время проведения анализа, берется только некоторая часть из всего образца. На хранение керна отводится четкий промежуток времени, после окончания которого, та часть керна, которая не представляет собой никакого важного значения, ликвидируется в соответствии со специальными руководящими документами.

В последние несколько лет, установка для отбора керна была несколько усовершенствована. Таким образом, при заборе образца, порода попадает сразу в пластиковые или алюминиевые контейнеры. Это обеспечивает гораздо лучшую сохранность керна, а также делает дальнейшую работу с ним более удобной. После того, как из бурового инструмента достаются контейнеры с керном, они режутся на метровые отрезки. Для проведения последующих более подробных анализов осуществляют продольное разрезание данных отрезков вместе с керном.

Полученное количество керна определяется в процентном соотношении к пробуренному метражу. Для более точного изучения горной породы, а также для определения запасов полезных ископаемых, необходимо наличие 100%-ого выхода керна.

news-mining.ru

1. Долото для бурения сплошным забоем и с отбором керна

Для отбора керна в процессе строительства геологоразведочных, раз­ведочных, поисковых и параметрических скважин используются керноотборные инструменты, состоящие из керноотборных устройств в сочетании с бурильными головками различного типа: режущего действия (бесшарошечные), шарошечные и алмазные.

За 49 лет своего существования специалистами ОАО НПО «Буровая техника» разработаны и переданы в серийное производство комплексы керноотборного инструмента, включающие керноприемные устройства и бурильные головки, предназначенные дли бурении нефтяных и газовых скважин различного назначении с отбором керна различными способами в интервалах залегании различных по физико-механическим свойствам гор­ных пород и условий бурении. Опытные образцы и партии указанных из­делий в основном изготавливаются на опытном и экспериментальных заво­дах ОАО НПО «Буровая техника». Испытания к ер но отборного инструмен­та проводились во всех нефтегазовых регионах бывшего СССР при буре­нии в осадочных породах, а также в отложениях коренных пород при бу­рении самой глубокой скважины на земле — СГ-3 Кольская.

Кроме того, в создании и освоении производства керноотборных уст­ройств и бурильных шловок к ним различных конструкций принимали участие и ряд других организаций и предприятий.

Рис. 2.1. Общий вид керноотборного устройства серии К:

1 — регулировочная головка; 2 — узел подшипника; 3 — корпус;4 — керно-приемная труба с кернорвателем

Породоразрушающий инструмент для отбора керна

По характеру разрушения горных пород на забое различа­ют сплошное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонко­вое бурение предусматривает разрушение пород только но кольцу с целью извлечения керна - цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.

Колонковое бурение имеет целью получение из скважины образцов горных пород (керн). Керн формируется на забое скважины в процессе ее углубления с помощью породоразрушающего инструмента, который разрушает горную породу лишь по кольцевому забою и оставляет в центре нетронутый целик породы (колонку). При этом должно обеспечиваться не только эффективное разрушение породы на забое, но и сохранность керна при его формировании и поступлении в керноприемную трубу. Отбор керна возможен при всех способах бурения. Применяют коронки и бурильные головки. Буровая коронка представляет собой кольцо с присоединительной резьбой, у которого резцы располагаются на нижнем торце и боковых повер-хностях. В глубоком бурении они практически не используются.

При бурении скважин на нефть и газ используют колонковые наборы, состоящие из бурильной головки, корпуса и керноприемной трубы. Бурильная головка, разрушая породу по периферии забоя, оставляет в забоя колонку породы (керн), поступающую по мере углубления скважины в керноприемную трубу. Корпус колонкового набора служит для соединения бурильной головки с бурильной колонной, размещения керноприемной трубы и защиты ее от механических повреждений, а также для пропуска ПЖ между ним и керноприемной трубой. Керноприемная труба предназначена для приема керна, сохранения его во время бурения и при подъеме на поверхность. Для выполнения этих функций в нижней части керноприемной трубы размещены кернорватели и кернодержатели, а вверху - шаровой клапан для пропуска вытесняемой из керноприемной трубы жидкости по мере заполнения ее керном. Керноприемная труба в корпусе колонкового набора может быть вращающейся и невращающейся, со съемной и несъем-ной.

Главная задача при разработке технологии бурения с от­бором керна — обеспечение высокого качества кернового материала, извлекаемого из скважины. Высококачественный керн должен давать полное представление о горных породах,

слагающих опробуемый интервал, доставлять достоверную информацию о строении породы-коллектора, его насыщении и составе пластового флюида.

Поскольку технология бурения с отбором керна подробно рассматривается в курсе колонкового бурения, здесь остано­вимся в основном на рассмотрении инструментов, применяе­мых д\я получения керна при бурении нефтяных и газовых скважин.

По классификациям (С.А Волков, С.С. Сулакшин, И.И. Ба-рабашкин и др.), изучаемым в курсе колонкового бурения, все горные породы по трудности получения керна подразделены на несколько категорий. В основу деления горных пород по­ложены такие признаки, как прочность и стабильность внут­ренних связей в горной породе, степень ее нарушенности, ус­тойчивость горной породы против вибраций и эрозионного действия промывочной жидкости, растворимость горной по­роды. Отнесение горной породы к той или иной категории позволяет правильно выбрать способ получения керна, тип колонкового инструмента и наиболее подходящий технологи­ческий режим.

Разнообразие геологических условий, в которых прихо­дится отбирать керн, обусловило большое количество разно­видностей колонкового инструмента. По схеме и способу со­здания циркуляции промывочного агента все их можно под­разделить на два класса и в каждом классе выделить несколь­ко разновидностей по принципиальной конструктивной схе­ме и способу подъема керна на поверхность.Чем труднее удержать, сохранить керновый материал при его вы­буривании и подъеме на поверхность, тем тщательнее нужно разрабатывать технологию бурения и сложнее конструкции применяемого колонкового инструмента. Если из монолит­ных устойчивых пород высокий процент выноса керна полу­чают с использованием одинарного колонкового снаряда, то трещиноватые, дробленые породы-коллекторы и рыхлые по­роды требуют использования двойных колонковых снарядов с вращающейся или невращающейся керноприемной трубой.

По ГОСТ 21949 — 76 "Устройства керноприемные" предус­мотрен выпуск керноириемных устройств двух типов в зави­симости от способа бурения: для роторного бурения — тип Р, для бурения с забойным двигателем — тип Т.

В роторном бурении уже в течение длительного времени используют колонковый снаряд "Недра" конструкции ВНИ-ИБТ, известный под шифром КД11 М-164/80 [ранее обозна­чался КД11М-190/80). Он имеет внутреннюю керноириемную трубу на жесткой подвеске изолирующую керн от потока промывочной жидкости. На базе этого снаряда разработаны модификации СКУ1-122/52, СКУ-138/67, СКУ1-203/100, при­чем они могут иметь как жесткую, так и подвижную подвес­ку внутренней керноириемной трубы. Для бурения в разрезе, представленном слабосвязанными, пластичными и пучащими породами, во ВНИИБТ разработана серия керноприемных устройств под названием "Силур" с уменьшенным наружным диаметром корпуса. Эта серия включает типоразмеры СКУ-146/80, СКУ-122/67 и СКУ-114/52. Во ВНИИБТ длительное время ведутся работы по увеличению диаметра отбираемого керна при сохранении наружного габарита корпуса. В ре­зультате этих работ положено начало новой серии колонко­вых устройств под названием "Кембрий". Из этой серии в ограниченном количестве производится керноприемное уст­ройство под шифром СКУ1-172/100, имеющее керноприемную трубу на свободной подвеске. Основные данные по уст­ройствам серий "Недра", "Силур" и "Кембрий" приведены табл. в 6.4.

В очень рыхлых, рассыпающихся сильнотрещиноватых породах можно применять двойной колонковый снаряд с эластичной оболочкой. Ее изготавливают из стойкой резины или иного эластичного материала. В первоначальном состоя­нии эластичная оболочка в один или несколько слоев натяну­та на керноприемную трубу. По мере выбуривания керна че­рез нижний торец керноприемной трубы оболочка втягива­ется внутрь и охватывает керн. Подача эластичной оболочки внутрь происходит в результате периодического расхаживания бурильной колонны и гидравлического давления промы­вочной жидкости. Колонковые устройства этого типа входят в серию под названием "Плутоний".

Во всех случаях, когда обстоятельства вынуждают сокра­щать проходку за рейс, чтобы не допустить потери керна, большое преимущество в глубоком бурении имеют устройст­ва со съемной грунтоноской, которую можно поднимать из скважины без выполнения спускоподъемных операций. В на­шей стране способ отбора керна с помощью съемных грун-тоносок нашел практическое применение в турбинном буре­нии. Применяются колонковые турбодолота двух серий — КТДЗ и КТД-4. Турбодолота серии КТД4 позволяют отбирать керн большего ди­аметра, чем КТДЗ.

В глубоких скважинах, где особое значение имеет сохра­нение керна при подъеме инструмента из скважины, хоро­шие результаты дают колонковые снаряды с обратной про­мывкой и магазинированием керна типа МАГ. Они были применены в сверхглубокой скважине СГ-3 Кольская и пока­зали высокую эффективность.

Несмотря на имеющуюся номенклатуру колонкового инст­румента проблемы повышения качества кернового материала актуальны и для конструкторов — создателей новой техники, и для технологов на производстве. Усложнение условий полу­чения керна связано с ростом глубин поисково-разведочных скважин и увеличением объемов наклонно направленного бу­рения. Возрастают и требования к качеству кернового матери­ала. Все это заставляет непрерывно совершенствовать техни­ческие средства для отбора керна и технологию его получения.

Чтобы повысить достоверность определения газонефтенасыщения по керну, разработаны и применяются специальные колонковые снаряды, позволяющие герметизировать керн на забое скважины и сохранять забойное давление в течение всего времени подъема инструмента на поверхность. Создан колонковый снаряд в котором внутренняя поверхность керноприемной трубы имеет олеофильное полиуретановое покрытие. Оно улавливает нефть, выделившуюся из керна. В ла­боратории содержание нефти в породе-коллекторе определя­ют по результатам исследования керна и олеофильного материала.

В некоторых конструкциях колонковых снарядов вместо стальной применяют стекло волокнистую керноприемную тру­бу, которую сплетают из стеклянных волокон с последующей пропиткой твердеющим полимерным материалам. В стеклян­ной трубе создается идеально гладкая внутренняя поверх­ность с очень низким коэффициентом трения, что является эффективным средством против подклиниваний керна. На поверхности стекловолокнистую трубу с керном извлекают из снаряда и разрезают по длине на части, которые закрыва­ют крышками и в таком виде направляют для изучения и ла­бораторного исследования.

В области развития технологии бурения проводятся рабо­ты по созданию новых рецептур промывочных жидкостей, которые отличались бы незначительной фильтрацией в керн. Внутрь колонкового снаряда помещают консистентную смаз­ку, которая обволакивает керн изолирующей пленкой.

Развиваются скважинные технические средства для обна­ружения признаков нефти непосредственно у забоя. Измери­тельный инструмент включает люминесцентный анализатор.

studfile.net

Разведочное бурение (стр. 1 из 8)

Политехнический Университет

Институт Геологии и Нефтегазового Дела

Геологоразведочный факультет

Кафедра техники

разведки

Расчётно-пояснительная записка

к курсовому проекту по разведочному бурению

Выполнил:

Студент группы

Принял:

Преподаватель

Содержание

Введение

1.Геолого-технические условия бурения

1.1.Геологический разрез и краткая характеристика пород

1.2.Геолого-технические условия отбора керна

2.Способ бурения и конструкция скважины

2.1.Обоснование и выбор способа бурения

2.2.Выбор и обоснование конструкции скважины

3.Разработка режимов бурения скважины

3.1.Выбор и обоснование породоразрушающего инструмента

3.2.Расчёт и обоснование принятых осевых нагрузок на породоразрушающий инструмент

3.3.Расчёт и обоснование принятых частот вращения породоразрушающего

инструмента

3.4.Выбор и обоснование параметров промывочной жидкости

3.5.Расчёт и обоснование принятых значений расхода промывочной жидкости по интервалам

4.Повышение качества отбора керна

4.1.Отбор керновых проб по вмещающим породам

4.2.Отбор керна по полезному ископаемому

4.2.1.Анализ факторов, снижающих выбор керна

4.2.2.Выбор, обоснование и описание снарядов для отбора керна полезного ископаемого

4.2.3.Разработка специального режима бурения при проходке по полезному ископаемому

5.Искривление скважин и инклинометрия

5.1.Предупреждение и борьба с искривлением скважин

5.2.Инклинометрия скважин

6.Буровое оборудование и инструмент

6.1.Выбор и описание буровой установки

6.2.Описание процесса монтажа и демонтажа буровой установки

6.3.Выбор и описание бурильных труб вспомогательного и аварийного

инструментов

7.Производственные процессы при сооружении скважин

7.1.Процесс забуривания скважины

7.2.Спуско-подъёмные операции

7.3.Крепление скважины обсадными трубами

7.4.Тампонажные работы

7.5.Предупреждение и ликвидация аварий

8.Организация водоснабжения, энергоснабжения, приготовления промывочной жидкости

9.Охрана природы

10.Специальный вопрос: Бурение снарядами ССК.

11.Расчёт потребного количества буровых установок

1.Геолого-технические условия бурения

1.1.Геологический разрез и краткая характеристика пород

Геологический разрез проектируемой скважины представлен следующими породами:

· Суглинки относятся ко II категории пород по буримости, породы малой твёрдости и абразивности.

· Туфы и туффиты относятся к VII категории пород по буримости, породы средней твёрдости и абразивности. Плотная вулканическая горная порода, образовавшаяся в результате цементации вулканического пепла, шлака, лапиллей и других выбросов вулкана в процессе его извержения. Состоят из обломков вулканического стекла, пемзы.

· Сланцы эпидот - гранатовые относятся к VII категории пород по буримости, породы средней твёрдости и абразивности. Это горные породы, подвергнутые метаморфизму в условиях так называемой зеленосланцевой фации на относительно малых глубинах; в их составе, кроме слюды, много зелено-цветных минералов (хлорита, эпидота и различных амфиболов). Образуются из осадочных и вулканических пород.

· Магнетитовая руда относится к VI категории пород по буримости, порода умеренной твёрдости и абразивности.

· Порфириты относятся к IX категории пород по буримости, породы твёрдые и абразивные.

· Кварц - эпидотовые сланцы относятся к VII категории по буримости, породы средней твердости и абразивности. Это горные породы, подвергнутые метаморфизму в условиях зеленосланцевой фации на относительно малых глубинах.

[Н.И.Любимов,,Принципы классификации и эффективного разрушения горных пород при разведочном бурении”]

1.2. Геолого-технические условия отбора керна

При поисках и разведке полезных ископаемых буровыми скважинами одной из главных задач является получение керна – основного фактического материала для выявления, изучения и оценки промышленного потенциала месторождения. При этом достоверность оценки месторождения тем выше, чем больше получено керна и чем полнее он отражает основные свойства и вещественный состав пробуренных пород и руд. Керн позволяет наиболее точно составить геологический разрез, определить условия залегания и запасы полезного ископаемого.

Отсюда видно, какую ценность для геологов и буровиков представляет керновый материал и геолого-технические условия его отбора.

Выход керна определяется в процентах к пробуренному метражу. 100%-ный выход керна позволяет с полной достоверностью изучать горные породы, пересечённые буровой скважиной, и определять запасы полезного ископаемого.

В нашем случае отбор керна будем осуществлять, начиная с глубины 7 метров. По всем интервалам бурения, кроме как по полезному ископаемому в интервале бурения 410-445 метров, плановый выход керна соответствует фактически возможному. В интервале бурения 410-445 метров по полезному ископаемому фактически возможный выход керна составляет 70%, что на 10% ниже планового. В связи с этим будем использовать оборудование для увеличения выхода керна – специальный снаряд со съёмным керноприёмником ССК.

2.Способ бурения и конструкция скважины

2.1.Выбор и обоснование способа бурения

Работы в области разведочного бурения направлены в основном на обеспечение сохранности керна, извлекаемого с большой глубины, а основным средством поисков и разведки полезных ископаемых и инженерно-геологических изысканий, дающим возможность извлекать из земных недр образцы горных пород в виде кернов, является колонковое бурение.

Колонковое бурение - вращательное бурение, при котором разрушение породы осуществляется не по всей площади забоя, а по кольцу с сохранением внутренней части породы в виде керна.

Проектом предусматривается бурение скважины с отбором керна, начиная с глубины 7 метров. В соответствии с заданием и геологическими условиями в нашем случае будет применено колонково - вращательное бурение шарошечным долотом и алмазными коронками.

В нашем случае выбор колонково - вращательного бурения имеет место потому, что при этом способе бурения:

· извлекают из скважины керны, по которым составляют геологический разрез и опробуют полезное ископаемое;

· бурят скважины под различными углами к горизонту (в нашем случае под углом 70^О к горизонту), различными породоразрушающими инструментами в породах любой твёрдости и абразивности;

· бурят скважины малых диаметров на большие глубины, применяя относительно лёгкое оборудование;

2.2.Выбор и обоснование конструкции скважины

Выбор и обоснование конструкции скважины является важнейшим исходным моментом при проектировании и играет решающую роль в успешном проведении скважины до проектной глубины с лучшими технико-экономическими показателями, в обеспечении оптимальных условий бурения и опробования.

Под конструкцией скважины понимают характеристику буровой скважины, определяющую изменение её диаметра с глубиной, также диаметры и длинны обсадных колонн. Исходными данными для построения конструкции скважины колонкового бурения являются физико-механические свойств горных пород, наличие пористых и неустойчивых интервалов, и, главное, конечный диаметр бурения. Конструкция скважины влияет на все виды работ, составляющие процесс бурения, и определяет их стоимость и качественное выполнение геологического задания.

При бурении на различные виды полезных ископаемых применяются разные конструкции скважин в зависимости от допустимого диаметра керна. Конечный диаметр скважины определяется минимально допустимым диаметром керна конкретного полезного ископаемого (в нашем случае магнетитовой руды).

Исходя из общего представления о типе месторождения, определяем допустимый минимальный диаметр керна по полезному ископаемому и конечный диаметр скважины.

Минимально допустимый диаметр керна для месторождений магнетитовых руд, обеспечивающий представительность опробования - 32 мм.

При бурении обычным колонковым снарядом диаметр скважины при пересечении магнетитовых руд должен быть 46 мм

Построение конструкции скважины по проектному геологическому разрезу ведут снизу вверх. Бурение в интервале 0 - 7 м предполагается вести с применением шарошечного долота, в интервале 7-515 м алмазными коронками. Конечный диаметр бурения для обеспечения представительности керн ( бурение по магнетитовым рудам) рекомендуется 59 мм. Принимаем этот диаметр.

Интервал скважины 0 - 7 м представлен суглинками – неустойчивыми породами, и поэтому его необходимо перекрывать обсадными трубами. Глубина бурения под эту обсадную колонну должен превышать 7 метров с таким расчетом, чтобы обсадные трубы были посажены в твердые монолитные породы. Принимаем ее равной 8 м. Низ обсадной трубы должен быть затампонирован. Диаметр выбранных обсадных колонн определяем снизу вверх. Для прохождения коронки диаметром 59 мм минимальный наружный диаметр обсадной трубы – 73 мм. Принимаем трубы этого размера.

Для гарантированного спуска этих труб в осыпающихся породах проектируем бурение породоразрушающим инструментом диаметром 93 мм. Эта обсадная колонна будет являться и направляющей трубой.[5, стр.8]

3.Разработка режимов бурения скважины

mirznanii.com

Буровой инструмент для бурения с отбором керна при инженерных изысканиях “слабых” и разрушенных пород и грунтов, "БИНУР-ТЕХНО"

Двойной колонковый набор типа T6S с разъёмной керноприёмной трубой-гильзой

Двойной колонковый набор типа T6 S предназначен для геологоразведочных и инженерно-изыскательских буровых работ с отбором керна в сильно разрушенных породах и грунтах. Его конструкция, а именно применение разъёмной алюминиевой керноприёмной трубы-гильзы, особенно в сочетании с буровыми коронками с торцевой промывкой, обеспечивает отличный выход керна даже в очень плохих породах и грунтах.

Он может эксплуатировать как с промывкой водой, так и глинистыми растворами.

Двойной колонковый набор типа Т6 S похож по своей конструкции колонковый набор типа T6. T6S предлагается двух типоразмеров — D116 мм. и D131 мм.:

Примечание:
относительно выпускаемых в настоящее время типоразмеров следует консультироваться с заводом-изготовителем / дилером.

Двойной колонковый набор типа T6 "Triplex" с третьей (одноразовой) керноприёмной трубой-вкладышем

Известно, что основной проблемой при бурении- разведке сильно разрушенных пород и грунтов является извлечение выбуренного керна из керноприёмной трубы. Многие применяемые методы извлечения керна в таких породах (а именно: гидротранспорт керна, ударное забивание керноприёмной трубы в грунт и т.д.) как правило оказывают разрушительное влияние на керн.

Для решение этой проблемы “TECSO S.A.” разработали конструкцию набора:
двойной колонковая труба с одноразовым вкладышем из пластика. Конструкция позволяет в минимальные сроки и с минимальными затратами трансформировать двойной колонковый набор типа Т6 в тройной типа Т6 “Triplex” и обратно в зависимости от качества буримых пород и грунтов и требованиям к выходу керна на конкретных участках.

Конструкция двойного колонкового набора с третьей керноприёмной трубой-вкладышем обеспечивает следующие преимущества:

• позволяет получать керн даже в очень “плохих” породах и грунтах;
• значительно (почти в 3 раза) уменьшает износ внутренней трубы и соответственно увеличивает срок её службы;
• снижает риск аварийных ситуаций при бурении;
• обеспечивается лучшее хранение керна на месте и его транспортировка в лабораторию;
• значительно увеличивает производительность буровых работ: извлечение вкладыша Triplex с керном и установка нового занимает не более двух минут;
• в общем времени затраты на извлечение керна снижаются на 70%.

Заменяемые комплектующие: буровая коронка, кернорвательный корпус, кернорвательное кольцо и удлинительный патрубок.

Примечание:
относительно выпускаемых в настоящее время типоразмеров следует консультироваться с заводом-изготовителем / дилером.

Комплекс ССК (WIRE-LINE) типа 146S GEO-LINE с тросовым подъёмом керноприёмной трубы

Конструкция комплекса GEO-LINE 146S со съёмным керноприёмником (ССК) позволяет осуществлять бурение с отбором керна в “слабых” породах и грунтах с отбором керна без подъёма бурового става после каждого рейса.

Керноприёмная труба поднимается с забоя на тросе лебёдкой сквозь гладкоствольную буровую колонну, а буровая коронка, навинченная на наружную трубу колонкового набора остаётся на забое.

Примечание:
относительно выпускаемых в настоящее время типоразмеров следует консультироваться с заводом-изготовителем / дилером.

Овершот и устройство для “сухой” скважины 146S GEO-LINE

Овершот предназначен для захвата и подъёма керноприёмной трубы из скважины.
Принцип работы овершота очень прост: сквозь колонну бурильных труб овершот опускается на лебёдке на головку керноприёмной трубы, захватывает её и на лебёдке поднимает эту керноприёмную трубу, заполненную керном, на поверхность. Керноприёмная трубы без керна также опускается вниз на лебёдке то её позиционирования на скважине. Запорный механизм позволяет правильно захватывать овершотом керноприёмную трубу и правильно позиционировать её на забое до начала бурения.

Часто бывает так, что скважина необводнена и является “сухой”. В этом случае для олускания на керноприёмную трубу овершота и опускания / позиционирования на забое колонковой трубы уже без керна, применяется устройство для “сухой” скважины.

Некоторые типы буровых коронок, применяемых при бурения для инженерных изысканий “слабых” и разрушенных пород и грунтов колонковыми наборами типа T6 S, T6 Triplex и GEO-LINE 146S

binur-tekhno.ru

ОТБОР КЕРНА

ОТБОР КЕРНА

Компания «ВНИИБТ-Буровой инструмент» оказывает услуги по отбору керна в процессе строительства скважин.

Отбор керна — это извлечение из скважины образца породы, необходимого для изучения геологического строения пласта. Лабораторные исследования образцов керна позволяют получить ценные данные для построения геологических и геофизических моделей месторождения, оценить коллекторские свойства пласта.

Операция по отбору керна является технологически сложной. Керны должны извлекаться максимально неповреждёнными, чтобы сохранить природные физические и механические свойства породы.

Наша компания является разработчиком и производителем керноприёмных устройств типа «Недра», «Силур», «Кембрий», «Тенгиз», обладает необходимой научно-производственной базой и коллективом высококвалифицированных специалистов, что позволяет выполнять отбор керна с высокой степенью выноса.

Услуга по отбору керна включает в себя:

• разработку технологии бурения и отбора изолированного и неизолированного керна на площадке заказчика с учётом геологической обстановки;
• подбор, изготовление и поставку необходимого оборудования для отбора керна в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, при необходимости - доработку существующего оборудования с учётом данных заказчика;
• технологическое сопровождение процесса отбора керна непосредственно на скважинах, как собственным оборудованием, так и оборудованием клиента.

Также мы готовы оказать консультационные услуги по технологическому сопровождению процесса отбора керна на площадке заказчика с выдачей необходимых рекомендаций, провести обучение специалистов. Для удобства клиентов возможна передача керноприёмных устройств в долгосрочную аренду.

В настоящее время компания осуществляет отбор керна для ООО «Смит Продакшн Технолоджи». Выполнялись работы для ЗАО «ПНБК», ЗАО «Оренбургбурнефть», ЗАО «Удмуртнефть-Бурение», ООО «Буровые системы», ТОО «Буровая Технологическая Сервисная Компания» (Казахстан), ООО «Интегра-Бурение».

Оставить заявку на услугу вы можете по телефону, электронной почте или факсу, указанным в разделе «Контакты».

Возврат к списку

www.vniibt-bi.ru

Смотрите также

• 
  Призабойная зона скважины это
• 
  Почему в скважине мало воды
• 
  Реагент для очистки скважин
• 
  Каротаж скважины что такое
• 
  Бурение скважин без заезда на участок
• 
  Контрольно измерительные приборы в бурении
• 
  Как происходит бурение скважин на воду
• 
  Бурение скважин в егорьевске
• 
  Мостовые пробки для изоляции зон в скважине
• 
  Зумпф в скважине
• 
  Расчет коммерческой скорости бурения