Породоразрушающий инструмент для сплошного бурения скважины.
В качестве породоразрушающих инструментов применяются буровые долота, которые по характеру воздействия на породу подразделяются на режуще-скалывающие (лопастные), дробяще-скалывающие (шарошечные) и истирающе-режущие (алмазные).
Лопастные долота используются чаще при роторном бурении вязких пород, обладающих высокой пластичностью. Они в свою очередь подразделяются на пикообразные, двух-, трех-, шести лопастные и ступенчатые.
Пикообразные долота типа ПЦ и ПР (с центральной и радиальной промывкой) применяются при бурении в мягких породах, представленных мергелями, глинами, глинистыми сланцами без включения каких-либо твердых пропластков и валунно-галечниковых отложений. Они выпускаются различного диаметра.
Двухлопастные долота типа 2Л предназначены для бурения мягких пород с пропластками пород средней твердости при использовании легкого оборудования. Выпускаются диаметром от 76 до 161 мм.
Трехлопастные долота типа 3Л и 3ЛГ используют при бурении в породах средней твердости с пропластками мягких пород. Диметры 118-445 мм.
Шестилопастные долота типов ИР и ИРГ предназначены для бурения в твердых породах с пропластками пород средней твердости и мягких. Выпускаются диаметром от 76 до 269 мм.
Ступенчатые гидромониторные трехлопастные долота типа ДСГ-3ЛР предназначены для бурения скважин в породах средней твердости с пропластками твердых пород.
Шарошечные долота режуще-истирающего действия с алмазными или твердосплавными породоразрушающими насадками. Шарошечные долота применяются при вращательном бурении для бурения пород с разными физико – механическими свойствами, в том числе и при чередовании высокопластичных пород с породами средней твердости. Шарошечные долота изготавливаются из высококачественных сталей с термохимической обработ-кой.
По числу шарошек различают одно-, двух- трех- четырех- и многошарошечные долота. Чаще всего применяются трехшарошечные долота.
Работоспособность шарошечных долот существенно зависит от надежности опор шарошек, которыми могут быть подшипники качения и скольжения в различных сочетаниях. Существенное достижение в совершенствовании опор - создание долот с герметизированными маслонаполненными опорами, что позволило увеличить проходку на долото более чем в 2 раза.
Для бурения с отбором керна используют колонковые шарошечные долота, состоящие из бурильной головки, корпуса и размещенной внутри него колонковой трубы (грунтоноски).
Алмазные долота (Рис.6) применяются для разбуривания твердых пород, при турбинном и роторном бурении рекомендуется применять на глубинах более 3000 м. Выпускаются алмазные долота диаметром 91,4 - 292,9 мм со спиральной , радиальной и ступенчатой формами рабочей поверхности.
Спиральные долота применяются в турбинном бурении для разрушения малоабразивных и среднеабразивных горных пород.
Радиальные долота применяются при роторном и турбинном бурении для разрушения твердых пород и малоабразивных пород средней твердости.
Ступенчатые долота применяются при роторном и турбинном бурении при разбуривании малоабразивных пород и средней твердости горных пород.
Рис. 5. Долото, армированное сверхтвёрдым сплавом ''Славутич''.
Рис. 6. Алмазные долота для сплошного бурения.
1-алмазная несущая головка; 2-корпус; 3-резьба; 4-контактый сектор; 5-канал для направления жидкости.
ЭЛЕМЕНТЫ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ.
Бурильная колонна (Рис.7) соединяет долото (забойный двигатель и долото) с наземным оборудованием (вертлюгом) и состоит из ведущей трубы 4, бурильных труб 8 и утяжеленных бурильных труб (УБТ) 13. Верхняя часть бурильной колонны, представленная ведущей трубой 4, присоединяется к вертлюгу при помощи верхнего переводника 3 ведущей трубы и переводника вертлюга 2. Ведущая труба присоединяется к первой бурильной трубе 8 с помощью нижнего переводника 5 ведущей трубы, предохранительного переводника 6 и муфты бурильного замка 7. Бурильные трубы 8 свинчиваются при помощи бурильных замков, состоящих из двух деталей (муфты бурильного замка 7 и ниппеля бурильного замка 9), или при помощи соединительных муфт 10. УБТ 12 и 13 непосредственно свинчиваются без применения каких-либо соединительных элементов. Верхняя УБТ присоединяется к бурильной трубе с помощью переводника 11, а нижняя УБТ 13 с помощью переводника 14 присоединяется к долоту (при роторном бурении) или забойному двигателю с долотом (при турбинном бурении и при бурении с электробуром).
Бурильная колонна применяются для передачи вращения долоту при роторном бурении, подачи промывочной жидкости к турбобуру при турбинном бурении, создания нагрузки на долото, подачи бурового раствора на забой скважины для охлаждения долота, для подъема на поверхность разрушенной горной породы, подъема и спуска долота, турбобура, электробура, грунтоноски и т.д.
Ведущая труба состоит из квадратной толстостенной штанги с прошитым или просверленным каналом, верхнего переводника ведущей трубы для соединения с вертлюгом и нижнего переводника ведущей трубы. Вращающий момент от ротора передается ведущей бурильной трубе (бурильной колонне) через вкладыши, вставляемые в ротор.
 |
Бурильные трубы выпускаются следующих конструкций: а) с высаженными внутрь концами (рис.7, а); б) с высаженными наружу концами (рис.7, б); в) с приваренными соединительными концами.
а б
Рис. 7. Бурильная колонна:
1-верхний переводник ведущей трубы; 2-переводник вертлюга; 3-переводник; 4-ведущая труба; 5-ниж-ний переводник ведущей трубы; 6-предохранительный переводник; 7-муфта бурильного замка; 8-бурильные трубы; 9-ниппель бурильного замка; 10-соединительные муфты; 11-переводник; 12, 13-утяжеленные бурильные трубы; 14-переводник.
Для соединения бурильных труб применяют различные замки (ЗШ, ЗН, ЗУ). Применение бурильных замков для соединения бурильных труб не только ускоряет спускоподъемные операции, но и предотвращает преждевременный износ бурильных труб: при наличии замкового соединения ключами захватываются не бурильные трубы, а ниппель и муфта замка.
Утяжеленные бурильные трубы устанавливаются над долотом (турбобуром, электробуром) в целях увеличения жесткости нижней части бурильной колонны. Применение УБТ позволяет создавать нагрузку на забой коротким комплектом соединенных между собой толстостенных труб, что улучшает условия работы бурильной колонны.
Изготовляются УБТ двух типов: гладкие по всей длине и с конусной проточкой для лучшего захвата их клиньями во время спуска и подъема бурильной колонны. Комплект утяжеленных труб имеет одну наддолотную трубу, имеющую на обоих концах внутреннюю замковую резьбу, и несколько промежуточных труб, снабженных на верхнем конце внутренней, а на нижнем - наружной замковой резьбой.
Переводники служат для соединения элементов бурильной колонны, имеющих различные типы и размеры резьб.
Увеличение глубин скважин заставило изыскивать пути уменьшения веса бурильной колонны. Стальные бурильные трубы стали заменять бурильными трубами из алюминиевых сплавов.
КОНСТРУКЦИЯ СУВАЖИНЫ.
Скважина–это горная выработка (вертикальная или наклонная) круглого сечения, глубиной от нескольких метров до нескольких километров, различного диаметра, сооружаемая в толще земной коры. Верхняя часть скважины называется устьем, нижняя – забоем, а боковая поверхность – стволом скважины. Расстояние от устья скважины до забоя по оси ствола скважины называется длиной скважины. Проекция длины на вертикальную ось называется глубиной скважины.
Скважины бывают: нефтяные, газовые, газоконденсатные, нагнетательные, наблюдательные, оценочные и т.д. Конструкция скважин должна отвечать следующим требованиям:
1. Обеспечивать механическую устойчивость стенок ствола скважины надежное разобщение всех (нефть, газ, вода) пластов друг от друга, свободный доступ к забою скважин спускаемого оборудования, недопущение обрушения горных пород в стволе скважины.
2. Эффективную и надежную связь забоя скважины с продуктивным пластом.
3. Возможность герметизации устья скважины и обеспечение направления извлекаемой продукции в систему сбора, подготовки и транспорта нефти и газа или нагнетания в пласт агента воздействия.
4. Возможность проведения в скважинах исследовательских работ, а так же различных геолого-технических и ремонтно-профилактических работ.
Устойчивость стенок ствола скважины и разобщение пластов друг от друга достигается за счет бурения и спуска в скважину нескольких труб, называемых обсадными. Вначале скважина бурится на глубину 50-100 метров, в нее спускается стальная труба d = 500 мм и более - направление. Пространство между наружной стенкой трубы и стенкой скважины заполняется специальным тампонажным цементным раствором под давлением с целью недопущения обвала верхних пород и перетоков между верхними пластами.
Затем скважина бурится меньшим диаметром долота на глубину 500-600 м, в нее спускается труба диаметром 249 - 273мм и цементируется, как и направление, до устья. Эта колонна труб называется кондуктором и предназначена для предотвращения размыва верхних пластов, а также для создания канала для бурового глинистого раствора. После этого скважина бурится до проектного забоя. В нее спускается эксплуатационная колонна (стальная труба диаметром 146 -168 мм), а пространство между трубой и породой под давлением заполняется цементным раствором до устья. Объем цементного раствора и давление его закачки определяется расчетом.
После затвердения цементного раствора (обычно 48 часов) в межтрубном пространстве между наружной стенкой трубы и породой образуется цементный камень, который разобщает
пласты между собой.
|
В зависимости от характеристики залежи, ее пластового давления, геологического разреза и др. конструкция скважин может быть одноколонной или многоколонной (двух или трех). Последняя колонна называется эксплуатационной.
После завершения бурения, спуска эксплуатационной колонны, ее цементации в скважине в интервале нефтяного или газового пласта делаются сквозные отверстия через стальную трубу и цементный камень с помощью специальных перфораторов. После этого скважина осваивается и вводится в эксплуатацию.
Скважина может быть с закрытым или открытым забоем. Открытый забой используется, когда продуктивный пласт сложен из плотных пород – карбонатных, известковых или плотных песчаников. При открытом забое скважина бурится до кровли продуктивного пласта, спускается эксплуатационная колонна и цементируется. Затем долотом меньшего диаметра через эксплуатационную колонну вскрывают продуктивный пласт. При этом не требуется перфорация, т.к. продуктивный пласт не перекрывается металлической трубой.
Если продуктивный пласт состоит из неустойчивых и слабосцементированных песчаников или известняков, то забой скважины оборудуется закрытым. При этом скважина бурится до проектной глубины (ниже на 15-20 м подошвы продуктивного пласта создается зумпф), в нее спускается эксплуатационная колонна, которая цементируется, а затем делается перфорация продуктивных участков пласта для сообщения пласта с забоем скважины.
Если пласт представлен слабосцементированными песчаниками или алевролитами, то продуктивный пласт можно вскрывать при открытом забое с последующим спуском фильтра-хвостовика. Фильтр представляется в виде отверстий в эксплуатационной колонне в интервале продуктивного пласта. В зависимости от назначения скважины бывают: опорные, параметрические, поисковые, разведочные, эксплуатационные, нагнетательные, контрольные (наблюдательные) и оценочные.