Бурение скважин

Скважина (well, hole) - горнотехническое сооружение в недрах, осевая протяженность которого значительно превышает поперечные размеры (диаметр), построенное без доступа в него человека.
Скважина может быть вертикальной, наклонно-направленной, с горизонтальным окончанием.
Самая глубокая скважина – 12260 м (Кольская сверхглубокая).
Общие сведения о скважине

Классификация скважин
Все нефтяные и газовые скважины подразделяются на следующие категории:
- опорные,
- параметрические,
- структурные,
- поисково-оценочные,
- разведочные,
- эксплуатационные,
- специальные.

Элементы скважины
ПРЕЗЕНТАЦИИ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
http://prezentacija.biz/prezentacii-po-stroitelstvu/

Конструкция скважины
В скважины спускают несколько обсадных колонн, которые различаются по назначению и глубине спуска
ПРЕЗЕНТАЦИИ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
http://prezentacija.biz/prezentacii-po-stroitelstvu/

Бурение скважины
Бурение - процесс создания и крепления ствола скважины.
Создают ствол скважины путем разрушения горных пород и удаления обломков пород (выбуренной породы) из скважины (углубление).
Пробуренные интервалы ствола скважины закрепляют с целью предотвращения разрушения и разобщения пластов путем спуска и цементирования обсадных колонн (крепление и цементирование).

Углубление скважины
Забуривание скважины начинают ведущей трубой, к нижнему концу которой присоединено долото.
Ведущая труба имеет четырехгранное поперечное сечение для облегчения передачи ей вращающего момента от ротора.
Долото
Ротор
Ведущая труба
Превенторы
Разъемный желоб
Вертлюг
Крюк
Талевый блок

Принципиальная схема
вращательного бурения

Буровая установка (вид сверху)

Буровое оборудование
буровая лебедка

Спуско-подъемный
комплекс БУ
1 - буровая лебедка;
2 - кронблок;
3 - талевый блок;
4 - элеватор;
5 - клиновой захват;
6 - буровой ключ;
7 - свечеприемник;
8 - вертлюг;
9 - вышка;
10 - свеча бурильных труб;
11 - ведущая труба;
12 - шурф

Буровое оборудование
Тип буровой установки (БУ) выбирается с таким расчетом, чтобы вес наиболее тяжелой бурильной колонны в воздухе составлял не более 60% от допустимой нагрузки на крюке:
QБК ≤ 0,6 Qдоп

Морская самоподъёмная установка
Текст

Опоры опущены (рабочее положение)

Буровая платформа компании «ЛУКОЙЛ»

Установки для морского бурения фирмы «Камерон»

Классификация способов вращательного бурения

Роторный способ бурения рекомендуется применять в следующих случаях:
1. Разбуривание мощных толщ пластичных глин, плотных глинистых сланцев и других пород, в которых целесообразно применение энергоемких долот (лопастных, шарошечных с крупными зубьями), там, где возможно более эффективно использовать гидромониторный эффект.
2. При бурении скважин шарошечными, алмазными и твердосплавными долотами диаметром 190,5 мм и менее, особенно в нижних интервалах глубоких скважин (более 3000-3500 м).
3. При бурении скважин в условиях, требующих применение утяжеленных буровых растворов (плотность более 1,7-1,8 г/см3).
4. При бурении в условиях высокой забойной температуры (более 140-150оС).
5. При бурении с очисткой забоя газом, аэрированной жидкостью.
6. При бурении с отбором керна повышенного диаметра в нормальных и осложненных условиях.
7.При бурении шнековыми долотами без промывки под направление.
8. При вырезке окон в обсадных колоннах при зарезке вторых стволов.

Гидравлические забойные двигатели рационально в следующих случаях:
1. При бурении шарошечными, алмазными и твердосплавными долотами (ИСМ и др.) диаметром более 190,5 мм скважин глубиной до 3000-3500 м.
2. При бурении в условиях применения буровых растворов с плотностью ниже 1,7-1,8 г/см3 (содержащих меньше абразивных частиц утяжелителя).
3.При температуре в скважине до 140-150 оС.
3. При проходке участков искривления скважин, а также при забуривании вторых стволов в обсаженных скважинах
4. При вскрытии продуктивных пластов горизонтальными участками ствола скважины.
5. При бурении верхних интервалов глубоких скважин большого диаметра (использование турбинных агрегатов РТБ).
6. При бурении с отбором керна малого диаметра в нормальных условиях (турбодолота).
Винтовые забойные двигатели (ВЗД) хорошо зарекомендовали себя при бурении как в мягких, так и в твердых породах на глубинах свыше 1500 -2000 м

Классификация породоразрушающего инструмента
По назначению:
• Для сплошного бурения (долота)
• Для отбора керна (бурильные головки)
• Для специальных работ (калибраторы, расширители и т.д)
По основному механизму РГП:
• дробящий;
• скалывающий;
• дробяще-скалывающий;
• режущий;
• режуще-скалывающий;
• истирающий.

По способу разрушения породы буровые долота бывают:
режуще-скалывающего действия, разрушающие по­роду лопастями или пластинами. Предназначены они для разбуривания мягких пород.
дробящего действия, разрушающие породу зубьями или штырями, расположенными на шарошках. При вращении долота зубья (штыри) шарошек внедряются в породу и разрушают ее путем дробления. Предназначены они для твердых, крепких и очень крепких пород.
дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями или штырями, расположенными на шарошках. При вращении долота наряду с дробящим действием зубья (штыри) шарошек, проскальзывая по забою скважины, скалывают (срезают) породу, за счет чего повышается эффективность разрушения пород. Предназначены для разбуривания мягких пород, пород средней твердости и твердых.
режуще-истирающего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, располагающимся в торцовой части долота или в кромках лопастей долота. Горная порода разрушается при вращении долота путем микрорезания и истирания.

Конструкция трехлопастного долота
1 - корпус; 2 - лопасти; 3 – гидромониторная насадка; 4 – твердосплавные штыри;
5, 9 – стопорные шайбы; 6 – присоединительная (замковая) резьба;
7 – герметизирующие кольца; 8 - болт; 10 – твердосплавные пластинки.

Классификация шарошечных долот

Конструкция трехшарошечного долота
Система промывки забоя скважины
у шарошечных долот:
а — центральная;
б— гидромониторная.

Шарошечные долота
По материалу вооружения шарошечные долота делятся на два класса:
1 класс – долота с фрезерованным стальным вооружением для бурения малоабразивных пород (М, МС, С, СТ, Т, ТК);
2 класс – долота со вставным твердосплавным вооружением для бурения абразивных пород (МЗ, МСЗ, СЗ, ТЗ, ТКЗ, К, ОК)

Шарошечные долота дробящего действия (для пород типа К и ОК) имеют шарошки, оси которых пересекаются в одной точке, находящейся на оси долота (рис. а).
Долота дробяще-скалывающего действия (для пород от М до Т) имеют смещение осей, что обеспечивает проскальзывание зубьев по забою и эффект скалывания породы между лунками разрушения. Величина смещения (е) уменьшается по мере повышения твердости породы (рис. б).

Опоры шарошек в зависимости от типоразмера долот конструируются из различных сочетаний шариковых и роликовых подшипников качения и подшипников скольжения.
Опоры шарошек изготовляются:
- на подшипниках ка­чения — В (для высокооборотного бурения - более 400 об/мин);
- на одном подшипнике скольжения (остальные - под­шипники качения) – Н (для низкооборотного бурения – 100 - 400 об/мин);
- на одном подшипнике скольжения с гер­метизацией уплотнительными кольцами и резервуарами для смаз­ки — НУ;
- двух подшипниках скольжения и более с герметизацией — АУ (для бурения на пониженных частотах вращения - не более 100 – 150 об/мин).

Схема опор шарошек:
а - опора типа РШС; б – опора типа СШС»
1, 9 – лапа долота; 2 – роликовый подшипник; 3 – цапфа; 4, 12 – замковый шарикоподшипник; 5, 8 – твердосплавные зубцы; 6, 11, 13 – подшипник скольжения; 7 – тело шарошки; 10 – уплотнение опоры.

Схема герметизированной маслонаполненной опоры:
1 – резиновая диафрагма; 2 – камера для смазки; 3 – крвшка с отверстием; 4 – лапа долота; 5 – система каналов для подачи смазки в опору; 6 – шарошка; 7 – замковый шарикоподшипник.

ШИФРЫ УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ДОЛОТ
III 215,9 ТКЗ-ГНУ - трехшарошечное долото диаметром 215,9 мм для бурения твердых абразивных пород с про-пластками крепких; боковая гидромониторная промывка;
опоры шарошек на концевых подшипниках скольжения и двух подшипниках качения, с герметизацией и смазкой

Маркировка шарошечных долот

Алмазные долота

Бицентричное долото:
D1 – диаметр образующегося ствола скважины;
D2 – диаметр пилотной части долота.

Долота с поликристаллическими
алмазными пластинами АТП

Конструкция PDC долота с применением технологии EZSteer™

Выбор типов долот
Диаметры долот определяются при проектировании конструкции скважины
В основу выбора типов долот должны быть положены:
а) механические свойства пород (твердость, пластичность, абразивность и др.);
б) литологический состав пород;
в) интервалы отбора керна
г) результаты отработки долот по данной площади или соседним площадям.
Сначала следует разбить разрез скважины на интервалы бурения с учетом конструкции скважины, интервалов отбора керна.
Затем с учетом механических свойств горных пород каждый интервал разбивается на пачки, в пределах которых можно использовать один типоразмер долота (бурильной головки) и один способ бурения.

Области применения шарошечных долот

Выбор буровых долот
Виды разрушения горной породы на забое:
Поверхностное
Усталостное
Объемное

Бурение с отбором керна
Схема керноотборного снаряда:
1- бурильная головка;
2 – керн;
3 – керноприемная труба;
4 – корпус снаряда;
5 – клапан.
Кернорватели

Шарошечные бурильные головки:
а - шарошечная режуще-дробящего действия типа СЗ;
б – восмишарошечная дробящего действия типа ТКЗ;

Схема кодирования бурильных головок

Алмазные бурильные головки

Параметры режима бурения
К числу важнейших параметров
относятся:
- осевая нагрузка на долото;
- частота вращения долота;
количество (расход)
циркулирующего бурового раствора;
качество циркулирующего бурового
раствора.
Сочетание параметров режима
бурения, при котором достигается
наилучшие техноко-экономические
показатели, называется оптимальным
режимом бурения.

Схема пульта контроля параметров режима бурения ПКБ-2

Управление параметрами режима бурения
Нагрузка на долото
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

Контроль нагрузки на долото
Схема гидравлического индикатора веса ГИВ – 6:
1 – трансформатор давления; 2 – основной манометр-указатель;
3 – веньерный манометр-указатель; 4 – регистрирующий прибор;
5 – пресс-бачок; 6 – вентиль; 7 – щит; 8 – система трубопровода;
9 – тройник; 10 – ниппель; 11 – шланг» 12 – неподвижный конец
талевого каната.

Индикаторная диаграмма ГИВ-6

Рекомендуемые режимы отработки шарошечных долот

Рекомендуемые режимы эксплуатации гидромониторных долот

Рекомендуемая скорость восходящего потока