Понятия о режиме бурения, его параметрах

ЛЕКЦИЯ 7

Основные технико-технологические понятия

Понятия о буровом инструменте. Инструмент, предназначенный для бурения скважин, называется буровым. Буровой инструмент по назначению подразделяется на технологический, вспомогательный, аварийный и специальный.

Технологический инструмент применяют непосредственно при бурении скважин: породоразрушающий инструмент (бурголовки, долота, расширители), колонковые трубы и переходники, бурильные трубы и соединения, УБТ, ударные штанги, желонки, шнеки, ведущие бурильные трубы. Набор технологического инструмента, соединенного в определенной последовательности, называется бурильной колонной.

Вспомогательный инструмент предназначен для закрепления стенок скважин и обслуживания технологического инструмента. К вспомогательному инструменту относятся обсадные трубы и соединения, хомуты, ключи, элеваторы, подкладные вилки и т. д.

Аварийный инструмент предназначен для ликвидации аварий в скважинах. К аварийному инструменту относятся различные ловильные инструменты (метчики, колокола и т. д.), режущие инструменты (труборезы, фрезы и т. д.), силовые инструменты и др.

Специальный инструмент служит для выполнения специальных работ в скважинах, связанных с исправлением искривлений, бурением в заданном направлении и т. д.

Технологические понятия. Параметр режима бурения — это фактор, влияющий на показатели бурения, задаваемый, изменяемый и поддерживаемый бурильщиком или автоматом в процессе углубления скважины.

Совокупность параметров режима бурения, характеризующих работу породоразрушающего инструмента (скорость бурения), называется технологическим режимом бурения. Технологический режим бурения выбирается в зависимости от физико-механических свойств горных пород, глубины скважины, вида породоразрушающего инструмента и технических возможностей бурового оборудования.

Различают следующие виды технологических режимов бурения.

o Оптимальный режим бурения обеспечивает получение наилучших технико-экономических показателей бурения.

o Рациональный режим бурения устанавливается с учетом технических возможностей бурового оборудования и инструмента.

o Специальный режим бурения применяется для получения заданных качественных показателей бурения или решения специальных задач. Значения параметров при этом режиме отличаются от значений параметров оптимального режима. Иногда выделяют так называемый форсированный режим бурения.

При выборе оптимальных режимных параметров роторного способа бурения необходимо учитывать физико-механические свойства пород, условия их залегания, технические возможности буровой установки, опыт передовых бригад, а также влияние каждого режимного параметра на показатели бурения.

К основным параметрам при вращательном бурении относятся:

o осевая нагрузка на долото (породоразрушающий инструмент), G, кН;

o частота вращения долота (породоразрушающего инструмента), n_д, об/ мин;

o расход промывочного агента, Q, м³/с;

o 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 (при составлении гидравлической программы промывки скважины).

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

, (7.1)

где g_{уд i} – удельная осевая нагрузка (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.

По частоте вращения различают три режима работы:

1) низкооборотное (роторное) бурение — n_д ≤ 90 об/мин;

2) при средних частотах вращения, в пределах которых выделяют два диапазона —

90 < n_д ≤ 250 об/ мин; 250 < n_д £ 450 об/мин; реализуются при вращении долот объемными забойными двигателями и редукторными турбобурами и электробурами;

3) 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. Расход промывочного агента предварительно подбирается из этих условий

Из условия очистки забоя определяется расход Q₁:

, (7.2)

при этом , (7.3)

где q_уд - удельный расход бурового раствора, м³/(с×м²); F_з – площадь забоя скважины, м²; D – диаметр долота, м.

Величину q_уд рекомендуется брать в пределах 0,57 – 0,65 м³/(с×м²).

Из условия подъема шлама в кольцевом зазоре между бурильными трубами и стенкой скважины определяется расход Q₂:

, (7.4)

при этом , (7.5)

где u – необходимая скорость восходящего потока жидкости, м/с; F_к – площадь кольцевого зазора, м²; d – наружный диаметр бурильных труб, м.

Рекомендуемые значения u приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Скорости движения жидкости в кольцевом зазоре

Бурение под колонну	Способ бурения	U, м/с
Вода	Буровой раствор
Кондуктор	Роторный Забойным двигателем	- -	0,2 – 0,3 0,3 – 0,4
Технические и эксплуатационные колонны	Роторный Забойным двигателем	0,5 – 0,6 0,6 – 0,7	0,4 – 0,5 0,5 – 0,6

Из условия обеспечения работы гидравлического забойного двигателя определяется расход Q₃:

, (7.6)

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

Из трех полученных расходов принимается наибольший.

Дата добавления: 2014-01-03