Структура цикла строительства скважины
Структурой цикла бурения нефтяных и газовых скважин предусматриваются основные операции: строительно-монтажные работы, подготовительные работы к бурению, собственно бурения в т.ч.: С.П.О., вспомогательные работы, крепление, испытание и заканчивание. Кроме этого, в структуре цикла строительства скважины присутствуют непроизводительные затраты времени: ремонтные работы, ликвидация осложнений и аварий, простои по организационным причинам и т.д. (Табл. 1).
Буровые наконечники для бурения нефтяных и газовых скважин
В процессе механического разрушения горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин бурение ведется в основном сплошным забоем. На забой подается ограниченная, недостаточная для быстрого разрушения горной породы энергия. Компенсация недостатка энергии и эффективность процесса разрушения достигается за счет подачи энергии не на всю поверхность забоя одновременно, а периодически (шарошечные долота) и лишь на часть его поверхности – концентрированно через породоразрушающие элементы инструмента (зубья, резцы, штыри). Пример: Nобщ..= 1000 – 1500 кВт, Nна забой = 200 – 500 кВт.
Таблица 1
Баланс времени при бурении скважины глубиной 1300 м
| Элементы баланса времени | Продолжи-тельность, час | Удельный вес элементов, % | |
| цикла | Баланса | ||
| Календарное время строительства скважины | 100.0 | - | |
| 1. Строительно-монтажные работы В том числе: Время работы Время простоев | 17,5 - - | 34,0 66,0 | |
| 2. Подготовительные работы к бурению | 3,8 | ||
| 3. Бурение | 56,2 | ||
| 3.1. Производительное время Работа на проходке В том числе: Механическое бурение Спускоподъемные операции Подготовительно-вспомогательные работы Крепление | - - - - - - | 72,9 41,9 17,4 24,5 20,8 10,2 | |
| 3.2. Ремонтные работы | - | 5,0 | |
| 3.3. Ликвидация осложнений | - | 8,2 | |
| 3.4. Непроизводительное время В том числе: Аварии Простои по организационным причинам | - - - | 14,1 | |
| 4. Испытание скважины В том числе: Время работы Время перерыва | 22,5 - - | 42,6 57,4 |
Вывод: Породоразрушающий инструмент предназначен для концентрированной передачи энергии горной породе для ее разрушения.
Пример:На 1 см диаметра долота передается мощность до 5-10 кВт, статическая осевая нагрузка – 10-15 кН (1-1,5 тс), динамическая нагрузка может превышать статическую в 1,5-2 раза.
Элементы долот, работающих в таких сложных условиях (крутящий момент, динамическая и статическая нагрузка), испытывают все виды напряжений, порой достигающих предела текучести и прочности материала. Реализуемая механическая энергия в узлах трения долот почти полностью переходит в тепловую и приводит к разогреву поверхностных слоев долот (элементов вооружения и опор) до 800-1000 оС. Кроме динамических, статических нагрузок и высоких температур долото при работе на забое постоянно испытывает воздействие абразивной и коррозионной активности среды (разрушаемая горная порода, шлам, буровой раствор с химическими реагентами, минерализованные пластовые воды, новообразования в растворах, появляющиеся под действием температуры, давлений и активации химических процессов), повышенные пластовые давления (до 100 МПа) и температуры (до 250 оС). Все это говорит о том, что долото на забое работает в необыкновенно жестких условиях при полном отсутствии контроля за его состоянием (только опыт бурильщика). Это обусловливает необходимость соблюдения ряда основных принципов их отработки:
- четкое согласование диаметров долот, бурильных труб, забойных двигателей с внутренними диаметрами обсадных колонн и их нормативными отклонениями;
- отклонения по диаметру не должны превышать допустимых пределов (0,5-2 мм) с учетом взаимозаменяемости, допустимых величин износа;
- режимы отработки долота должны соответствовать паспортным требованиям;
- учитывая то, что главный показатель, характеризующий эффективность работы долота – механическая скорость бурения - Vмех = Nд/AFз, (где Nд - реализуемая мощность на забое, Вт; A – удельная энергоемкость разрушения горной породы, Дж/м2; Fз – площадь горизонтальной проекции забоя, м2) следует при отработке иметь гамму долот (для выбора оптимального для данных конкретных условий) различной конструкции;
- для повышения эффективности разрушения горной породы следует подбирать конструкцию долота, обеспечивающую наименьшую удельную энергоемкость разрушения горной породы и наибольшую долговечность работы долота.
Долговечность долота и его элементов зависит от совершенства его конструкции, качества изготовления, условий и режима отработки, свойств материала (усталостной прочности, ударной вязкости, теплостойкости, износостойкости и др.). Долговечность долота обеспечивается совершенством конструкции системы смазки, охлаждения и герметизации опор, совершенством системы промывки, обеспечивающей эффективную очистку забоя скважины (зоны работы долота) от остатков выбуренных пород – шламов.
Таким образом, конструкция долот должна обеспечить: максимальную механическую скорость проходки на долото, формирование ствола скважины цилиндрической формы с сохранением диаметра, исключить заклинивание и поломку при СПО и т.д.