Режим бурения это

Режимы бурения скважин – что это?

Режим бурения – сочетание нескольких важных параметров, которые влияют на качество проведения бурильных работ. К ним относится:

Осевая нагрузка. Это удельное давление, которое оказывается на инструмент при разработке скважины.
Частота вращения долота. Этим параметром является окружная скорость инструмента, использующегося для прохождения породы.
Качество и количество применяемого бурового раствора.
Время, в течение которого бурильный инструмент находится в забое.

Основные режимы

В зависимости от сочетания параметров выделяют три режима: рациональный, специальный, оптимальный. У каждого из них свои отличительные особенности. Рациональный режим предусматривает учёт технических возможностей используемых в процессе работы бурильных установок. При оптимальном обеспечиваются лучшие технико-экономические показатели бурения скважины. Специальный режим предусматривает выполнение спецзадач при выполнении бурильных работ. Например, к таким задачам относится забуривание дополнительного ствола.

Как выбрать режим бурения?

Чтобы выбрать правильный режим бурения скважины, требуется:

провести геологические исследования местности, в которой будут вестись работы;
выяснить физико-механические свойства породы, через которую будет проходить бур;
выяснить, не может ли произойти в создаваемой скважине искривление ствола.

После проведения необходимых геологических исследований выбирается рабочий раствор и бурильная установка. При подборе рабочей жидкости требуется учитывать её главные показатели: вязкость, плотность. Её количества должно быть достаточно, чтобы обеспечить очистку забоя и выброс на поверхность шлама. Установки для бурения скважин выбираются с таким учётом, чтобы их функциональные возможности были во время проведения работ задействованы по максимуму. Это важный параметр. Бурильное оборудование должно быть эффективным. Только в этом случае получится обеспечить быстрое и качественное выполнение работ по созданию скважин.

Контроль и изменение параметров бурения

Для повышения эффективности бурения может потребоваться изменить некоторые параметры выбранного режима. Но при принятии такого решения важно учитывать несколько моментов:

прочность используемого для бурения инструмента;
особенности выбранного метода бурения скважины;
технические характеристики бурильной установки.

Изменять параметры выбранного режима можно только после проведения тщательного анализа и расчётов. Требуется понять, будет ли бурение при режимах с новыми параметрами более эффективным, экономичным. Изменения каких параметров инженеры делают чаще всего:

регулировка расхода бурового раствора;
изменение гидравлической мощности оборудования.

Правильный выбор режима и его параметров позволит выполнить работы по бурению оперативно. Получится за короткое время провести разрушение породы на требуемой для создания скважины глубине.

Читайте также:

Все статьи

trubavoz.ru

Вопрос №22 "Что понимается под режимом бурения и какова методика его оптимизации?"

Ответ на вопрос: «Что понимается под режимом бурения и какова методика его оптимизации?»

Режим бурения – это сочетание факторов, определяющих скорость и стоимость проходки конкретного интервала горных пород, выделенного как режимная пачка.

Режимная пачка – это непрерывный интервал бурения, в котором геолого-технологические условия принимаются постоянными, независящими от глубины залегания горных пород в пределах пачки. Такие интервалы имеют и другое название – пачки одинаковой буримости горных пород.

Режим бурения это сочетание таких параметров, которые влияют на показатели работы долота и которые бурильщик может оперативно изменять с поста управления.

тип и класс породоразрушающего инструмента;
режим работы породоразрушающего инструмента;
способ вращения породоразрушающего инструмента.

Режим бурения, обеспечивающий получение наилучших технико-экономических показателей при данных условиях бурения, называется оптимальным. Иногда в процессе бурения приходится решать специальные задачи: проводку скважины через поглощающие пласты, обеспечение минимального искривления скважины, максимального выхода керна, качественного вскрытия продуктивных пластов. Режимы бурения, при которых решаются такие задачи, называются специальными.

Каждый параметр режима бурения по-своему влияет на эффективность разрушения горных пород, причем влияние одного параметра может зависеть от уровня другого, т.е. может наблюдаться их взаимное влияние.

осевой нагрузкой на долото, кН;
частотой вращения долота, об/мин;
количеством промывочной жидкости или воздуха, подаваемых на забой для выноса разрушенной горной породы и охлаждения инструмента, м³/с.

На взаимодействие долота с горными породами оказывают существенное влияние состав и параметры буровых растворов, которые проектируются, главным образом, в соответствии с геологическими условиями проводки скважин, а поэтому будут рассмотрены при проектировании их промывки.

При нагружении долота осевой нагрузкой G создается необходимое для разрушения горной породы напряженное состояние и осуществляется отбор энергии от вращающегося инструмента для обеспечения последовательного разрушения породы по всему забою. Осевая нагрузка G = g_iD,
где g_i – интенсивность осевой нагрузки, кН на 1 мм диаметра D долота.

Предельные значения g_i составляют 0,5–1,5 кН/мм, причем меньшим диаметрам долота соответствует нижний предел, а большим – верхний предел.

низкооборотное (роторное) бурение – n_д ≤ 90 об/мин;
при средних частотах вращения, в пределах которых выделяют два диапазона – 90 < n_д ≤ 250 об/мин; 250 < n_д < 450 об/мин; эти диапазоны реализуются при вращении долот объемными забойными двигателями и редукторными турбобурами и электробурами;
высокооборотное бурение – n_д ≥ 450 об/мин; реализуется при бурении с безредукторными турбобурами и электробурами.

Промывка или продувка скважины должны обеспечивать полное и своевременное удаление шлама с забоя и из скважины, а также обеспечивать работу гидравлических забойных двигателей.

из условия очистки забоя определяется расход Q₁ = q_уд · F_з,
где q_уд – удельный расход бурового раствора, м³/(с⋅м²) или м/c; F_з – площадь забоя скважины.
из условия подъема шлама в кольцевом зазоре между бурильными трубами и стенкой скважины определяется расход Q₂ = u · F_к,
где u – необходимая скорость восходящего потока жидкости, м/с; F_к – площадь кольцевого зазора.
из условия обеспечения работы гидравлического забойного двигателя определяется расход

где M_д – крутящий момент, необходимый для вращения долота; k_з – параметр забойного двигателя.

Стойкость или долговечность долота, характеризующаяся временем механического бурения долотом до его полного износа, обозначается буквой T и измеряется в числах.
Показатели H и T первичные, по ним определяют другие, более сложные показатели. Отношение H / T = v_м получило название механической скорости проходки (бурения), измеряется в м/ч и характеризует среднюю скорость разрушения горной породы.

Для характеристики общего темпа углубления скважины используется показатель, называемый рейсовой скоростью v_р:

где T_сп — время на спуск и подъем инструмента для смены долота; T_в — время на вспомогательные работы, отнесенные к рейсу.

Наиболее общий интегральный показатель работы долота — себестоимость 1 м проходки. Однако из-за сложности расчета этот показатель пока не нашел широкого применения. Взамен используется показатель стоимости 1 м проходки по затратам, зависящим от времени. Этот показатель рассчитывается по формуле
стоимость эксплуатации буровой установки в течение — стоимость долота с учетом снабженческих наценок.

Критерии оптимизации имеют вид v_р → max и c → min. c → min.

В настоящее время сопоставление новых и применяемых (базовых) вариантов долот и режимов их работы регламентируется типовой методикой ВНИИБТ, которой предусматриваются параллельные испытания вариантов и их сравнение по критерию c → min. Для принятия решения проводится оценка статистической значимости различия вариантов одним из методов статистики.

Вопросы для подготовки к госэкзамену по специальности «Бурение нефтяных и газовых скважин»

Поделитесь с друзьями:

www.megapetroleum.ru

Параметры режима бурения

Понятие режима бурения скважины подразумевает под собой совокупность факторов, неизбежно оказывающих влияние на показатели работы. Данные факторы не только задаются перед началом буровых работ, но также поддерживаются и регулируются в процессе углубления скважины в зависимости от широкого перечня условий. Процесс контроля и корректировки параметров режима бурения может реализовываться как специалистами вручную, так и при помощи специальных автоматических устройств.

Режим бурения выбирается на основе условий геолого-технического характера, проектных параметров будущей скважины, а также с точки зрения обеспечения приемлемых или желательных экономических показателей.

При этом оптимальным режимом называется такой, который обеспечивает наиболее эффективное использование оборудования и инструмента, а также наименьшую стоимость одного метра проходки. Специальный же режим применяется для работы в специфических условиях и для достижения особых целей: в случаях, если произошел обвал, при высоком показателе пластового давления, в зонах поглощения, при забуривании второго ствола и других операциях. Также нередко выделяют так называемый рациональный режим бурения, когда параметры выбираются исходя из технических возможностей бурового инструмента.

В числе параметров режима бурения традиционно выделяются следующие:

вес инструмента,
осевая нагрузка на долото,
частота вращения бурового долота,
крутящий момент на роторе установки,
расход бурового раствора/промывочной жидкости,
качественные характеристики и особенности промывочной жидкости/бурового раствора,
период времени пребывания долота в забое.

Часто выделяют и другие параметры режима бурения, такие как давление бурового раствора на выкиде насоса, уровень раствора в емкостях и другие. Для лучшей оценки работы буровой техники также учитываются параметры режима свинчивания и развинчивания бурильных труб и обсадных труб, а именно – показатель крутящего момента на механическом ключе.

В зависимости от применяемого способа бурения наблюдается различная степень взаимозависимости параметров режима бурения друг на друга. Так, при использовании роторного способа бурения существует большая свобода выбора комбинаций параметров, поскольку их прослеживаемая взаимосвязь гораздо слабее. В случае же применения турбобуров каждая переменная оказывает существенное влияние на остальные. Например, при увеличении подачи промывочного раствора с сохранением текущей нагрузки на долото – частота вращения будет увеличиваться в прямом соотношении. Если же увеличить нагрузку на долото, сохраняя показатель расхода, количество оборотов вала за единицу времени также будет сокращаться.

rosprombur.ru

Режим бурения — Добыча нефти и газа

При проектировании технологического процесса проводки скважины для отдельных интервалов бурения устанавливают соответствующий режим.

Под режимом бурения понимается совокупность основных факторов, определяющих скоростные и качественные показатели, оказывающие непосредственное влияние на эффективность разрушения породы. К таким факторам относятся тип долота, осевая нагрузка на долото, скорость вращения ротора, количество и качество подаваемой в скважину промывочной жидкости. Правильное сочетание элементов режима бурения определяется в зависимости от крепости проходимых пород, профиля зубьев и характера их расположения у шарошечных долот, диаметра долота и бурильного инструмента, глубины скважины, а также типа, качества и состояния бурового оборудования.

Для отдельных интервалов бурения при определении оптимальных режимов следует руководствоваться геолото-гидрогеологическими условиями района бурения скважины, а также физико-механическими свойствами пород. Так, бурение в направлении, перпендикулярном напластованию пород, идет значительно медленнее, чем бурение по падению пласта. Породы, представленные крупнокристаллической структурой, обладают лучшей буримостью, чем породы с мелко- и скрытокристаллической структурой.

Под оптимальным или рациональным режимом бурения понимается совокупность параметров, обеспечивающих наилучшие технико-экономические показатели как качественные, так и количественные. К качественным показателям следует относить величину отклонения ствола пробуренной скважины от вертикали, степень глинизации водосодержащего коллектора; к количественным — скорость проходки, величину долбления долота и др. Нельзя бурить на форсированном режиме, если этот процесс связан с чрезмерными перегрузками бурового оборудования, бурильного инструмента. Наиболее ответственным этапом при проходке скважины является вскрытие водоносного горизонта. При вскрытии таких горизонтов, намечаемых для дальнейшей постоянной эксплуатации, необходимо точно подобрать режим бурения, учитывающий возможность получения максимального дебита воды. Практика бурения скважин показала, что параметры режима бурения взаимосвязаны и изменение одного из них для получения наибольшего эффекта приводит к необходимости соответствующего изменения и других параметров режима бурения.

Как правило, установками УРБ-ЗАМ и УРБ-4ПМ бурят скважины, диаметр которых превышает 273 мм, в таких случаях бурят с применением бурильных труб диаметром 73 и 89 мм. В результате применения бурильного инструмента, диаметр которого значительно отличается от диаметра скважины, нельзя создать требуемую нагрузку на долото; это является одним из препятствий при разработке рациональных режимов бурения скважин на воду. Существующие в настоящее время режимы бурения для скважины большого диаметра установлены практически; поинтервально для каждого горизонта пород режимы бурения указываются в геологотехническом наряде.

rengm.ru

этапы и критерии выбора, способы получения информации и ее обработки для установления оптимальных режимов, ограничения величины параметров"

Ответ на вопрос: «Выбор типа долота и режима бурения: этапы и критерии выбора, способы получения информации и ее обработки для установления оптимальных режимов, ограничения величины параметров».

Режим бурения — это сочетание факторов, определяющих скорость и стоимость проходки конкретного интервала горных пород, выделенного как режимная пачка.

Режимная пачка — это непрерывный интервал бурения, в котором геолого-технологические условия принимаются постоянными, независящими от глубины залегания горных пород в пределах пачки. Такие интервалы имеют и другое название — пачки одинаковой буримости горных пород.

тип и класс породоразрушающего инструмента;
режим работы породоразрушающего инструмента;
способ вращения породоразрушающего инструмента.

Режим работы долота

осевой нагрузкой на долото, кН;
частотой вращения долота, об/мин;
количеством промывочной жидкости или воздуха, подаваемых на забой для выноса разрушенной горной породы и охлаждения инструмента, м³/с.

При нагружении долота осевой нагрузкой G создается необходимое для разрушения горной породы напряженное состояние и осуществляется отбор энергии от вращающегося инструмента для обеспечения последовательного разрушения породы по всему забою. Осевая нагрузка G = g_i · D,
где g_i — интенсивность осевой нагрузки, кН на 1 мм диаметра D долота. Предельные значения g_i составляют 0,5-1,5 кН/мм, причем меньшим диаметрам долота соответствует нижний предел, а большим — верхний предел.

Следует отметить, что породоразрушающие инструменты, оснащенные алмазно-твердосплавными пластинками и резцами, эксплуатируются при нагрузках на порядок меньших, чем шарошечные долота.

низкооборотное (роторное) бурение — n_д < 90 об/мин;
при средних частотах вращения, в пределах которых выделяют два диапазона — 90 < n_д < 250 об/мин; 250 < n_д < 450 об/мин; эти диапазоны реализуются при вращении долот объемными забойными двигателями и редукторными турбобурами и электробурами;
высокооборотное бурение — n_д > 450 об/мин; реализуется при бурении с безредукторными турбобурами и электробурами.

Показатели работы долота

Производительность долота принято характеризовать длиной ствола скважины, пробуренного долотом до его полного износа. Этот показатель называется проходка на долото, обозначается H и измеряется в метрах.

Стойкость или долговечность долота, характеризующаяся временем механического бурения долотом до его полного износа, обозначается буквой T и измеряется в числах.

Показатели H и T первичные, по ним определяют другие, более сложные показатели.

Отношение H / T = v_м получило название механической скорости проходки (бурения), измеряется в м/ч и характеризует среднюю скорость разрушения горной породы.

Для характеристики общего темпа углубления скважины используется показатель, называемый рейсовой скоростью v_р:

v_р = H / (T + T_сп + T_в),

где T_сп — время на спуск и подъем инструмента для смены долота;
T_в — время на вспомогательные работы, отнесенные к рейсу.

C = (c_у · (T + T_сп + T_в) + c_д) / H

Критерии оптимизации имеют вид v_р → max и C → min. C → min.

В настоящее время сопоставление новых и применяемых (базовых) вариантов долот и режимов их работы регламентируется типовой методикой ВНИИБТ, которой предусматриваются параллельные испытания вариантов и их сравнение по критерию C → min. Для принятия решения проводится оценка статистической значимости различия вариантов одним из методов статистики.

Разделение разреза месторождения на пачки примерно одинаковой буримости. Буримость горных пород и методы ее оценки

Способ «реперных» долот разработан во ВНИИБТ и предполагает выделение пачек по величинам проходки на долото.

В качестве «реперного» принимают тип долота, которым преимущественно разбуриваются сравниваемые интервалы пород при одном и том же режиме его работы. Это дает основание считать, что проходка на «реперное» долото зависит только от буримости горной породы рассматриваемых интервалов. В установленном порядке составляются вариационные ряды показателей работы «реперного» долота для сравниваемых интервалов и одним из статистических методов оценивается значимость различия характеристик вариационных рядов. Если различие статистически незначимо, то сравниваемые интервалы объединяются в одну режимную пачку.

В соответствии с конструкцией скважины выделяются границы пачек на глубинах спуска обсадных колонн.
По виду применяемой промывочной жидкости.
Полученные интервалы бурения делятся на режимные пачки одним из названных выше способов.

Интервал бурения под кондуктор на пачки не делят, так как он проходится, как правило, одним долотом. При бурении наклонных и горизонтальных скважин желательно выделять интервалы бурения с отклоняющими приспособлениями в отдельную пачку.

Основные закономерности разрушения горных пород шарошечными долотами

Зависимости начальных характеристик разрушения горных пород от осевой нагрузки на долото

Рис. Зависимости интенсивности (1), энергоемкости (2) и коэффициента динамичности (3) разрушения мрамора от безразмерной нагрузки при бурении на стенде долотом 215,9С-ГВ

В реальных условиях бурения повышение нагрузки на долото должно быть не непрерывным, а дискретным, соответствующим минимумам энергоемкости разрушения. Эти нагрузки на долото являются оптимальными в пределах каждой области разрушения.

Влияние частоты вращения долота на начальную механическую скорость проходки

Рис. Влияние частоты вращения долота на интенсивность разрушения горных пород

Отсюда следует, что с ростом пластичности горных пород отрицательное влияние частоты вращения долота на интенсивность разрушения горных пород увеличивается.

Влияние колебаний бурильного инструмента проходки на механическую скорость

Поэтому задачи снижения вредного влияния и полезного использования энергии колебаний инструмента весьма актуальны. С этой целью разрабатываются амортизаторы, калибраторы и резонаторы. Первые два устройства предназначены для снижения отрицательного влияния колебаний, а последнее для ее полезного использования.

Калибраторы уменьшают амплитуду поперечных колебаний нижней части бурильного инструмента и повышают устойчивость работы долот, а именно обеспечивают вращение долота вокруг их геометрической оси и расчетное взаимодействие вооружения с горной породой.

Амортизаторы включаются в компоновку нижней части бурильного инструмента и поглощают значительную часть энергии колебаний, распространяющихся вверх по бурильному инструменту, снижая его износ и проявление усталостных эффектов. Изменение режима работы бурильного инструмента приводит и к повышению равномерности нагружения породоразрушающих инструментов, что, в конечном счете, обеспечивает улучшение показателей их работы.

Влияние промывочной жидкости на механическую скорость бурения

Промывочные жидкости предназначены для очистки забоя от выбуренной горной породы (шлама), выноса шлама из скважины, охлаждения, очистки и смазывания скважинных инструментов, регулирования напряжений в стенках скважины, создания противодавления пластовым флюидам, а также для обеспечения работы гидравлических забойных двигателей.

Одновременно промывка является третьим важнейшим фактором, определяющим режим работы породоразрушающих инструментов и их показатели. От количества жидкости, ее свойств и организации потоков на забое зависят полнота и своевременность очистки забоя, эффективность гидродинамического воздействия и степень проявления дифференциального давления.

удельный расход промывочной жидкости (бурового раствора), который часто называют объемной скоростью, так как измеряется в м/с;
скорость истечения бурового раствора из промывочных отверстий или насадок долота;
форма и расположение промывочных отверстий;
организация и режим течения раствора относительно забоя;
показатели свойств бурового раствора.

Этапы и метод проектирования режима бурения

Геологические факторы характеризуются показателями прочностных, упругих, пластических и абразивных свойств горных пород, наличием твердых включений, сплошностью, пластовым давлением, глубиной и характером залегания и температурой.

Технологические факторы — параметрами режима работы долота, компоновкой бурильного инструмента и свойствами бурового раствора, к основным из которых относятся плотность, вязкость, фильтрационные свойства, содержание твердой фазы и смазочно-охлаждающая способность.

Субъективные факторы — квалификацией бурильщиков и членов буровой бригады, наличием опыта работы на рассматриваемом месторождении, состоянием технологической дисциплины.

Каждая характеристика должна быть описана численными показателями, так как только в этом случае можно ставить вопрос о создании математического описания процесса бурения.

Аналитические модели представляют собой математическое описание зависимостей параметров режима работы долота и его показателей от геометрических характеристик долота и показателей механических свойств горных пород. Возможности аналитических моделей весьма ограничены, так как остаются неучтенными очень большое число факторов.

При оптимизации технологии бурения в целом на месторождении применяют эмпирические модели, параметры которых определяются по данным промысловых экспериментов.

Наилучшие результаты получаются, если в начале разработки месторождения предусматривается бурение опорно-технологических скважин с постановкой активного эксперимента.

Эмпирическая модель называется интегральной, если она описывает зависимости итоговых результатов работы долота (проходки на долото, его стойкости, механической и рейсовой скоростей бурения и т.д.) от основных факторов.

Эмпирическая модель называется дифференциальной, если она описывает результаты работы долота и его изнашивание во времени.

На первом этапе в основе проектирования лежит литолого-петрографическое описание разреза, по которому подбирают аналогичные месторождения, разбуренные или находящиеся в стадии эксплуатационного бурения. Режим бурения ближайшего аналога принимается в качестве предварительного проектного.

На втором этапе в основу совершенствования режима принимаются результаты изучения разреза месторождения в процессе бурения первых скважин. На этом этапе весьма важно выбрать необходимый комплекс характеристик горных пород и разреза в целом и обеспечить получение представительных данных для последующих расчетов по уточнению перспективных типов долот и режимов их работы и отсеиванию неперспективных.

На третьем этапе проводится дальнейшее уточнение характеристик разреза и выбор перспективных вариантов, а по мере накопления статистической информации об их применении решается задача по выбору оптимальных вариантов по критериям, принятым на разбуриваемом месторождении.

Выбор типа долота по статистическим характеристикам твердости и абразивности горных пород

соответствовать твердости горных пород;
обеспечивать наиболее высокую область разрушения пород по сравнению с альтернативными долотами;
вооружение шарошечного долота первого класса должно обеспечивать использование ресурса опоры, т.е. стойкость его вооружения при абразивном изнашивании должна быть не менее стойкости опоры.

При абразивном изнашивании эта оценка проводится только для долот первого класса. Долговечность вооружения долот второго класса много больше долговечности опор, так как износостойкость твердого сплава при трении об осадочные горные породы в 60—100 раз выше, чем закаленной стали.

Вопросы для подготовки к госэкзамену по специальности «Бурение нефтяных и газовых скважин»

Поделитесь с друзьями:

www.megapetroleum.ru

Технологический режим бурения - это... Что такое Технологический режим бурения?

Технологический режим бурения

► operation drilling practices (technique)

Сочетание в процессе бурения ряда основных условий работы долота и процессов, определяющих эффективность разрушения забоя скважины:

■ нагрузки на долото (осевое давление)

■ числа оборотов вращения долота

■ количества и качества глинистого раствора

■ подачи инструмента на забой и т. д.

В комплексе факторов, составляющих режим бурения, выявляется наиболее эффективное использование долота за счет рационального сочетания условий работы долота и процесса бурения, что обеспечивает наиболее высокие показатели проходки при бурении скважин (оптимальный технологический режим бурения).

Краткий электронный справочник по основным нефтегазовым терминам с системой перекрестных ссылок. — М.: Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина. М.А. Мохов, Л.В. Игревский, Е.С. Новик. 2004.

Технологическая схема разработки нефтяного пласта
Технологический режим эксплуатации скважин

Смотреть что такое "Технологический режим бурения" в других словарях:

Соединённые Штаты Америки — (США) (United States of America, USA). I. Общие сведения США государство в Северной Америке. Площадь 9,4 млн. км2. Население 216 млн. чел. (1976, оценка). Столица г. Вашингтон. В административном отношении территория США … Большая советская энциклопедия
СССР. Естественные науки — Математика Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. Эйлер, Д. Бернулли и другие западноевропейские учёные. По замыслу Петра I академики иностранцы… … Большая советская энциклопедия
Список изобретений, сделанных в Китае — Колесница с зонтом в упряжке из четырёх лошадей из терракотовой армии … Википедия
оборудование — 3.1 оборудование (machine): Соединенные вместе друг с другом детали или устройства, одно из которых, по крайней мере, является подвижным, в том числе с приводными устройствами, элементами управления и питания и т.д., которые предназначены для… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

neft.academic.ru

Понятие о режиме бурения.

Режим бурения – это совокупность регулируемых параметров, влияющих на качество бурения. К числу этих параметров относятся: осевая нагрузка на долото P_д; частота вращения долота n; расход Q и параметры (плотность ρ, вязкость μ и статическое напряжение сдвига τ_о ) прокачиваемого бурового раствора. Режим бурения называется оптимальным, если сочетание названных параметров обеспечивает высокие качественные и количественные показатели бурения.

В настоящее время наиболее широко используются три способа бурения: роторное, бурение гидравлическими забойными двигателями и бурение электробурами. Выбор способа бурения определяется геолого-техническими условиями и традициями. В США, например, основные объемы бурения на нефть и газ осуществляются роторным способом или с помощью винтовых забойных двигателей. В России основные объемы бурения осуществляются турбобурами, на роторное бурение приходится около 10%.

В качестве критериев оценки при сравнении различных способов бурения используют рейсовую и коммерческую скорости проходки, а также эффективные затраты на один метр проходки.

Наилучшие результаты работы долота достигаются при своевременном удалении с забоя выбуренной породы, когда долото работает в условиях чистого забоя. Чистота забоя во многом зависит от качества раствора.

Очистка скважины от мелкого шлама хорошо обеспечивается глинистыми растворами с малой вязкостью. Крупные куски шлама лучше удаляются высоковязкими растворами. Увеличение плотности увеличивает транспортирующую способность глинистых растворов, но показатели бурения при этом уменьшаются. По этой причине в любом удобном случае следует использовать в качестве промывочной жидкости воду или воздух с обязательной компенсацией их малой «подъемной способности» высокой скоростью движения в затрубном пространстве.

При средних значениях механической скорости бурения примерный расход промывочной жидкости может быть определен из следующей экспериментальной зависимости

Q = 0,07 S, л/с, (23.1)

где S – площадь забоя скважины, см².

В большинстве случаев минимальная скорость восходящего потока бурового раствора в кольцевом пространстве принимается в пределах от 0,4 до 0, 6 м/с. Назначать производительность насосов (расход промывочной жидкости) выше некоторого оптимального значения не следует, так как это лишь увеличит энергозатраты, но не увеличит механическую скорость проходки.

Значительный рост скорости проходки достигается при скорости струй, вытекающих из насадок гидромониторного долота, превышающей 60 м/с. Большое влияние на условия очистки забоя оказывает высота зубьев шарошек. Чем больше просвет между шарошками и забоем, тем совершеннее его очистка и выше проходка за один оборот долота. При бурении алмазными долотами, в которых алмазы выступают за матрицу на незначительную высоту, условия для очистки забоя менее удобные.

При выборе диаметра УБТ необходимо соблюдать рациональное соотношение диаметров долота, УБТ и бурильных труб, обеспечивающее минимум гидравлических сопротивлений при промывке скважины. Например, диаметру долота 295 мм соответствуют рациональные диаметры УБТ 203 мм и бурильных труб 168 мм.

С увеличением осевой нагрузки на долото до некоторого значения механическая скорость проходки увеличивается. При бурении осевая нагрузка на долото создается частью веса УБТ. Важно использовать УБТ такой длины, чтобы при передаче достаточного усилия на долото нейтральное сечение находилось в интервале их установки.

При малых удельных нагрузках разрушение пород носит поверхностный характер. При удельных нагрузках, соизмеримых и превосходящих значение твердости породы, процесс разрушения носит объемный характер. С учетом твердости пород по штампу p_ш минимальная осевая нагрузка на шарошечное долото, обеспечивающая объемное разрушение, примерно может быть определена по формуле

P_д = 0,6 p_ш S_к, (23.2)

где S_к – площадь контакта зубьев долота с забоем.

Для каждого типа долота и режима бурения существует верхний уровень осевых нагрузок, превышать которые не следует. Этот уровень нагрузок лимитируется прочностью вооружения долота и подшипников. Для шарошечных долот диаметром более 190 мм удельная нагрузка может изменяться от 0,2 кН/мм для мягких пород до 1,5 кН/мм для крепких пород.

Рекомендуемая удельная нагрузка на лопастное долото 0,1–0,4 кН на миллиметр диаметра скважины. Для алмазных долот сплошного бурения оптимальной считается такая нагрузка, при которой алмазы внедряются в породу на величину их обнажения. Удельная нагрузка на алмазное долото может изменяться от минимальной 0,12 кН/мм до максимальной 0,68 кН/мм диаметра скважины.

При увеличении частоты вращения долота до некоторого критического значения механическая скорость проходки растет. Превышение критической частоты вращения вызывает снижение скорости проходки. Каждому классу пород соответствуют свои оптимальные значения частоты вращения долота. Чрезмерная частота вращения снижает долговечность долота из-за интенсивного износа его элементов и тем самым сокращает проходку за рейс. Увеличенная частота вращения оправдывает себя в случае надежной стабилизации бурильной колонны с помощью стабилизаторов и поглощения вибраций наддолотными амортизаторами.

С ростом глубины скважины повышается давление всестороннего сжатия и в большей степени проявляются пластические свойства пород. В таком случае горным породам требуется сообщить большие деформации до их разрушения и, соответственно, большая длительность контакта зубьев долота с забоем. Это обстоятельство обусловливает необходимость снижения частоты вращения с ростом глубины скважины. Другая причина необходимости снижения частоты вращения долота заключается в том, что с увеличением глубины быстро увеличиваются потери на трение бурильной колонны о стенки скважины.

При роторном бурении параметры режима не зависят друг от друга, поэтому их можно устанавливать произвольно в любых комбинациях. При бурении гидравлическими забойными двигателями число оборотов долота зависит от расхода прокачиваемой жидкости и величины осевой нагрузки на долото. При турбинном бурении практически можно управлять только осевой нагрузкой на долото, которая определяется так же, как и при роторном бурении.

studfile.net

Понятие о режиме бурения.

Режим бурения – сочетание факторов, определяющих скорость и стоимость проходки конкретной пачки г.п.

Пачка – это непрерывный интервал бурения, в котором геолого-технические условия бурения принимаются постоянными и не зависящими от глубины. Их называют пачки одинаковой буримости.

Основные факторы режима бурения:

тип и класс породоразрушающего инструмента;
режим работы породоразрушающего инструмента;
способ вращения.

Режим работы долота.

Основные параметры:

осевая нагрузка на долото, кН;
частота вращения долота, об/мин;
количество промывочной жидкости или воздуха, подаваемого на забой для выноса шлама, м³/с.

1 - Осевая нагрузка – G=q_i·D, q_i – интенсивность осевой нагрузки, кН/мм, D – диаметр долота.

Предельное значение q_i 0,5-1,5 кН/мм (0,5 – для маленьких долот, 1,5 – для больших долот).

2 – Частота вращения n, об/мин.

а) низкооборотное бурение n<90 об/мин

б) среднеоборотное бурение 90<n<250 об/мин

в) высокочастотное бурение n>250 об/мин

Промывка или продувка скважины должна своевременно обеспечивать удаление шлама, смазывать трущиеся поверхности, отводить температуру и обеспечивать нормальную работу забойных двигателей.

Расход бурового раствора определяется:

1) условия очистки забоя

Q₁=q_уд·F_з – площадь забоя.

F_з=πD²/4=0,785D²

q_уд – удельный расход бурового раствора, q_уд = 0,75-0,65 м/с.

2) условия подъема шлама

Q₂=U·F_к

F_к – площадь кольцевого пространства, F_к=0,785(D²-d²)

U – скорость вращения

Бурение под колонну	Способ бурения	U, м/с
Бурение под колонну	Способ бурения	вода	глин. раствор
кондуктор	ротор двигатель	-- --	0,2-0,3 0,3-0,4
технич. и эксплуатац. колоны	ротор двигатель	0,5-0,6 0,6-0,7	0,4-0,5 0,5-0,6

3) из условия обеспечения работы гидравлического двигателя

, M_D – момент, который необходимо сообщить двигателю, K_D – параметр забойного двигателя, определяется по таблицам.

Анализируются все три условия, выбирается наибольший.

Выбор типа долота

Долото для режимной пачки должно удовлетворять следующим требованиям:

соответствовать твердости разбуриваемых горных пород
обеспечивать высокую скорость разрушения
вооружение должно обеспечивать высокую стойкость опоры

Решается в 2 этапа:

отбираются статистические данные по соседним площадям и различным скважинам данной площади
выполняются гистограммы – обычные графики зависимости твердости от типа долота. На следующем этапе производится оптимальный подбор типоразмера долота и определение его потребного количества.

Основные показатели работы долота

1) H – проходка на долото, м.

Определяется производительностью долота, т.е. длиной ствола скважины, пробуренного данным долотом до износа.

2) T – стойкость – время в часах, которое проработало долото.

3) V_м=H/T – механическая скорость проходки, м/ч.

4) Интенсивность разрушения горной породы (проходка за один оборот долота) H₀=V_м/n_g

5) Рейсовая скорость , Т – собственно время бурения, Т_сп – время спускоподъемных операций, Т_в – вспомогательное время.

Функциональная система и классификация породоразрушающего инструмента

Требования к долотам:

высокая разрушающая способность
высокая износостойкость
низкая энергоемкость к разрушению горных пород

Функциональная система:

инденторы или резцы
система очистки и промывки забоя и вооружения
корпус и присоединительная резьба
в случае шарошечных инструментов опоры шарошек и система смазки их подшипников.

Вооружение непосредственно действует на разбуриваемую породу и является основной и самой дорогостоящей частью долота. Используются материалы:

Твердые металло-керамические сплавы. Твердые сплавы состоят из компонентов: карбид вольфрама + метал. кобальт, титан, тантал. WC – твердый, очень хрупкий, выдерживает большие температуры, высокие скорости, но легко ломается от ударов. Кобальт служит связкой для удерживания WC, Ti, Ta.
Литые наплавочные твердые сплавы (релит З).
Алмазное вооружение – технические алмазы – фиониты. Искусственные алмазы имеют однотипную кристаллическую решетку – плотноупакованный октаэдр. Имеют высокую твердость, жесткость, высокую теплопроводность, высокую хрупкость. Используются: фианит; борт – серые, коричневые неограненные, неправильной формы; баллос – серые, шаровидные, карбонадо – черные, серо-черные, плотные, мелкие; славутич – сверхтвердый композиционный материал, состоит из WC и равномерно внедренных в него синтетических алмазов.

Классификация породоразрушающего инструмента по вооружению

I. По общему назначению:

Сплошным забоем
С отбором керна
Специального назначения

II. По воздействию на забой:

а) режуще-скалывающего действия – вооружение в виде лопастей, которое постоянно находится в контакте с забоем (РС).

б) истирающе-режущего действия – вооружение размещено на лопастях сектора шарошек и находится в регулярном контакте (ИТ).

в) дробяще-скалывающего действия (шарошки) – вооружение в виде зубчиков инденторов. В контакте всегда 3 зуба, контакт кратковременный, периодичный.

г) дробящего действия – ударное бурение.

studfile.net