УГЛУБЛЕНИЕ СКВАЖИНЫ

И.М. Губкина
6. Углубление скважины
Фрагменты презентации

долота, включающий затраты времени на:
• спуск бурильного инструмента в скважину

• механическое бурение • подъем бурильного инструмента
• подготовительно-заключительные работы (ПЗР) к СПО.

длины ствола скважины в течение одного рейса, м
Средняя механическая скорость

проходки Vм - количество метров горных пород, пробуренных в единицу времени, м/ч:
Vм = hр/tб. (1)

Мгновенная механическая скорость проходки (бурения) Vмг - скорость разрушения породы долотом в любой данный момент времени, м/ч

износа, то есть до выработки ресурса долота tрд. В этом

случае tб = tрд.
Долота современных конструкций, особенно безопорные, имеют большой ресурс и их можно последовательно использовать в нескольких скважинах. В этом случае tрд - суммарная продолжительность механического бурения долотом во всех скважинах.

скорость углубления скважины с учетом затрат на весь рейс, м/ч:
Vр

= hр/tр. (2)
Для повышения эффективности углубления ствола скважины нужно стремиться повышать среднюю механическую и среднюю рейсовую скорости проходки.

составляет 2–15 %, а физический КПД (расход энергии на образование

новой свободной поверхности частиц шлама) около 0,01 %.
Основные потери мощности на забое:
• преодоление сил сопротивления в опорах шарошечного долота
• измельчение выбуренных частиц породы
• рассеивание энергии в виде упругих колебаний в массиве горных пород
• вибрационные процессы в БК и выделение тепловой энергии.

факторов (параметров), определяющих условия и эффективность работы породоразрушающего инструмента на

забое скважины.

Параметры режима бурения:
• первичные (параметры управления)
• вторичные (параметры контроля).

частота вращения
породоразрушающего инструмента
n, мин-1;
• подача циркуляционного агента
(производительность буровых насосов)
Q,

м3/с (л/с)

циркуляционного агента
• давление нагнетания
• частота и амплитуда динамической
составляющей осевой

нагрузки и крутящего
момента
• дифференциальное давление на забое
скважины
• изменение концентрации твердой фазы в ПЖ
при циркуляции по стволу скважины и т.д.

породоразрушающего инструмента
Определяет удельное давление рк на контакте между рабочим элементом

породоразрушаю- щего инструмента и ГП на забое скважины.

6.3.1. Нагрузка на долото

2

Хрупкие или упругопластичные породы

давление ниже предела усталости ГП. Разрушение породы в виде поверхностного

износа вследствие трения. Скорость проходки прямо пропорциональна контактному давлению.
В точке А контактное давление достигает предела усталости.

Предел усталости рА – наименьшее контактное давление, при котором многократное приложение нагрузки вызывает развитие трещин в породе, приводящее к объемному разрушению. Предел усталости ГП в 20–30 раз ниже показателя ее твердости.

давление превышает предел усталости, но остается ниже уровня, соответствующего твердости

ГП в забойных условиях рВ. Появление трещин, сколов после многократного воздействия нагрузки. По мере увеличения контактного давления интенсивность развития трещин и глубина их проникновения растут, а требуемое количество циклов нагружения снижается. Идет местное, локальное разрушение.

Предел выносливости - наибольшее напряжение, при котором материал не разрушается при любом количестве циклов нагружения.

давление превосходит твердость ГП в забойных условиях. Объемное разрушение ГП

происходит при единичном акте нагружения.

На величину оптимальной нагрузки для конкретной пары «долото–ГП» оказывает влияние степень очистки забоя от шлама, конфигурация забоя скважины, высота зуба и т.д. С улучшением очистки забоя от шлама (кривая ВС2) оптимальный уровень нагрузки повышается по сравнению с кривой ВС1.

проходка ствола скважины за один оборот инструмента;
n – частота

вращения, об/мин.

1 - долота
безопорные

2 - опорные

с забоем снижается с ростом частоты вращения.
В хрупких породах деформация

происходит за несколько миллисекунд. При повышении частоты вращения наступает момент, когда продолжительность взаимодействия рабочего органа с породой начинает влиять на проходку за один оборот.
В абразивных породах n=40–50 об/мин, для алмазного бурения - 400 об/мин и выше.

забоя:
• количество ПЖ, поступающей к забою в единицу времени (подача)
•

свойства ПЖ (прежде всего реологические)
• скорость истечения жидкости из каналов в долоте. Гидромониторный эффект достигается при скоростях истечения жидкости из насадок не ниже 80 м/с.

потоков жидкости по отношению к поверхности забоя
• организация и интенсивность

циркуляции в призабойной части скважины.
Удельная (на 1 см2 площади забоя) подача промывочной жидкости:
• 0,035–0,050 л/с при роторном способе и бурении электробуром
• до 0,07 л/с при использовании гидравлического забойного двигателя.

-
1-5 % от затрат на строительство скважины
Ресурс ограничен износом

матрицы и вооружения

- Стандартное долото РDС, 1991-1996 г.г. (14 рейсов)
2 - Долото

РDС противовихревой конструкции, 1993-1995 г.г. (42 рейса)
3 - Долото РDС новой конструкции (оптимизированный профиль и гидравлика Switchblade), 1993-1995 г.г. (20 рейсов, ресурс не выработан)

Месторождение Tunu (Индонезия)

1

1

2

2

3

3

его вооружения или опоры.

– неэффективное использование долота
2 – рациональная отработка долота
3 – катастрофическое

разрушение опор

1

2

3

n

Рд

Рациональный режим при повышенных твердости и абразивности пород

Рациональный режим при пониженных твердости и абразивности пород

зависит от Рд и n
а1 – постоянная, зависящая от

конструкции вооружения и типа долота;
b, c – экспоненты, зависящие от абразивности породы, качества ПЖ и очистки забоя, др. факторов.

Дв = а1/(Рдb x nc)

До = а2/(Рдk x nm)

а2 – постоянная, зависящая от конструкции поры;
k, m – экспоненты, зависящие от качества ПЖ и др. факторов.

Подача инструмента - его вертикальное перемещение на поверхности, которое осуществляется

опусканием ведущей трубы в ротор на некоторую величину в результате ослабления (оттормаживания) тормоза лебедки.

Погружение долота - глубина внедрения долота в породу в результате подачи инструмента.

Индикатор веса (ИВ)

ИВ - гидравлический
или электрический

давления • указывающего манометра • самопишущего манометра с круглой диаграммой,

вращаемой часовым механизмом со скоростью 1 об/сут.

Указывающий манометр с условной шкалой, градуированной на 100 делений, устанавливают на щите у поста бурильщика

корпус
2, 5 - роликовые опоры корпуса и поршня (3)
4 -

поршень
6 - резиновая камера с жидкостью, давление которой передается на указывающий и записывающий манометры

БК на подъемном крюке в течение суток.
Если линия на

диаграмме проходит параллельно одной из окружностей, то в этот отрезок времени вес на крюке не изменился (остановка или процесс бурения при постоянной нагрузке).

Если линия проходит параллельно кривой радиальной линии, то произошло мгновенное изменение веса на подъемном крюке (подъем БК с ротора, затяжка БК и т. д.).

окружающей среды,
• утечек жидкости.

(воспринимает натяжение неподвижного конца талевого каната и отображает это натяжение

пропорциональной ЭДС), измерителя записывающего или указывающею типа.
Основные преимущества:
независимость показаний от диаметра каната, возможность дистанционной передачи, легкость изменения чувствительности прибора, большая точность.

на долото Р и постоянную ско-рость подъема или подачи БК,

задаваемые бурильщи-ком с пульта управления

и передастся па пульт управления 5, где сравнивается с величиной

Ро, задавае-мой бурильщиком. Разность сигналов ΔР поступает на усилители в станции управле-ния 1. Усилители действуют на обмотку возбуждения мотор-генератора 2, вращаемо-го асинхронным электродвигателем, питаю-щимся от системы электроснабжения буровой. Генератор 2 питает электродвигатель 3 на приводе редуктора 4, соединенный через цепную передачу и муфты с подъемным валом лебедки.

при использовании ВСП может изменяться ступенчато в диапазоне 10-235 об/мин. Привод

БУ на постоянном токе допускает ее регулирование в широких пределах. Измеряется тахометром.

При использовании гидравлических забойных двигателей (ГЗД) изменяется в зависимости от крутящего момента на валу в соответствии с рабочей характеристикой ГЗД (турбобур - 300-900 об/мин, ВЗД - 90-250 об/мин).

При использовании электробура частота вращения его вала 400-800 об/мин и во всем рабочем диапазоне нагрузок изменяется незначительно.

площади забоя) подача промывочной жидкости:
• 0,035–0,050 л/с при роторном способе

и бурении электробуром
• до 0,07 л/с при использовании гидравлического забойного двигателя.

Регулируется сменой втулок буровых насосов.
Контроль - индукционный расходомер.

параметров бурения СГТ-микро
Выпускается СКБ «Ореол». Перечень датчиков, наименование контролируемых параметров и диапазон

измерения посмотреть на сайте
(www.skboreol.ru) и законспектировать.