Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

1- ■ • *

Из уравнения (11) и рис. 3 видно, что при данных условиях. бурения величина рейсовой скорости зависит от продолжитель­ности работы долота, и зависимость vp=vp(t&) имеет максимум. Этот максимум соответствует времени Переопределяемому по фор­муле (13).

Аналогичное положение отмечается для экономической ско — ! рости проходки v0 [формула (25)], а следовательно, и для рейсо­вой стоимости 1 м проходки Cpi, определяемой по формуле (138), но ср1 имеет минимум.

Таким образом, показатели проходки скважины в большой ‘ степени определяются правильным выбором момента смены до­лота, т. е. продолжительностью его использования. Недодержка долЬта приводит к перерасходу долот, увеличению числа спуско­подъемных операций и ко всем связанным с этим отрицательным последствиям, а передержка долота увеличивает время механи­ческого бурения, может приводить к значительным проработкам призабойной зоны после спуска нового долота, оставлению эле­ментов качения опор шарошек, резко снижающих эффективность работы последующего долота, и даже к аварии с данным доло­том.

В зависимости от соотношения между скоростями изнашива­ния опор и вооружения долот устанавливается тот или иной критерий (или несколько критериев) для определения момента прекращения работы данным долотом.

Как видно из формулы (13), время ^бр зависит от закономер­ности изменения текущей механической скорости в процессе ра­боты долота и от времени tp. о. От указанных факторов, а также от стоимости 1 ч работы буровой установки сч и стоимости долота

сд зависит время, соответствующее максимуму иэ (или минимуму

Cpi). .

Если зависимость vt = vt(tf>) описывается уравнением (18), то формула (13) принимает следующий вид:

l+01(f*P + ^o) = eV*P. (196)

Уравнение (196) не решается относительно t s в явном виде, поэтому определение 4р по этому уравнению приходится вести методом подбора; для ускорения расчета целесообразно решать его на ЭВМ или графически.

Приближенное решение уравнения (196) относительно t &р имеет вид [94]:

‘ *5р^)/^ро- (19?)

Очевидно,

eV *р = —«»— =^L=kv, (198)

’ ^р max vk

где vK — конечная текущая механическая скорость, соответствую­щая времени /gp — Поэтому критерием для определения момента подъема долота может служить эта скорость, а также отношение начальной и конечной механических скоростей kv или обратная этому отношению величина.

Зная tip, можно найти kvtbp [формула (19)], kht6p (одна из

формул (21)] и ht6p [одна из формул (20)]. Следовательно, кри­

терием для определения момента подъема долота может служить его проходка.

Рассмотренные критерии для определения момента подъбма долота (^бр> ^к, kv или обратная Jtv величина, а также проходка на долото) требуют знания для конкретных условий бурения вида функции vt = Vt(tв) и значения величин, входящих в эту функцию. Как вид указанной функции, так и значения входящих в нее ве­личин должны устанавливаться на основе опыта бурения в данных или аналогичных условиях; на основе этого опыта можно непо­средственно устанавливать значения рассмотренных выше крите­риев.

Как следует из равенства (12), независимо от вида функции vt = vt(ta) максимум рейсовой скорости наступает тогда, когда уменьшающаяся по мере износа долота мгновенная механическая скорость становится равной повышающейся “во время работы долота рейсовой скорости, т. е. максимум рейсовой скорости на­ступает тогда, когда имеет место равенство vt = vv, откуда

"E“i=l. ‘ (199)

, vt

Определение мгновенной механической скорости представляет значительные трудности, и поэтому пользуются средним значе­нием механической скорости vAt за некоторый малый промежуток времени At.

Кривая Ур=Ур(^б) имеет асимметричный вид (см. рис. 3): у восходящей части кривой темп возрастания vv более высокий, чем темп падения у нисходящей части кривой. Поэтому при оп­ределении £бр допускать ошибку можно только в сторону пере­держки долота, так как небольшая передержка мало отразится на величине рейсовой скорости и по сравнению с недодержкой даст большую проходку. Кроме того, следует учитывать и то обстоятельство, что продолжительность работы долота, соответ­ствующая минимуму сР1 (или максимуму v3), больше продолжи­тельности работы долота, соответствующей vp max-

Рассмотренные выше положения в основном относятся к слу­чаю, когда падение текущей механической скорости во времени монотонно и обусловлено только изнашиванием долота в процессе его работы при прочих неизменных условиях. Однако фактически условия работы долота на забое не являются неизменными. Даже при поддержании постоянных значений параметров режима буре­ния в процессе проходки определенных отложений горных пород механическая скорость варьирует в результате действия многих факторов, имеющих случайный характер (неоднородность горных пород, неравномерность подачи долота, различная степень зави­сания бурильной колонны на стенках скважины и т. д.).

Таким образом, условию (199), при выполнении которого целе­сообразно поднять используемое долото, нужно придать следую­щий вид:

— >CV, (200)

vt

где Сг>> 1—величина, устанавливаемая для конкретных условий на основе опыта (с целью предотвращения возможности прежде­временного подъема долота из-за влияния на vt случайных фак­торов) .

Так как осевая нагрузка на долото (а в определенных случаях и скорость вращения долота) не остается постоянной в процессе его работы, то необходимо ввести дополнительные условия при определении момента смены долота, М. А. Фингерит [35, 100] такие условия для G формулирует следующим образом:

1) осевая нагрузка в конце работы долота должна отвечать возможно более высокому значению vAt и

2) осевая нагрузка на долото в период времени измерения vAt должна поддерживаться постоянной (отклонения не должны превышать некоторого заданного значения AG).

Выполнение первого условия будет свидетельствовать о том, что нет возможности повысить механическую скорость и умень­шить тем самым отношение vv/vAt до величины, меньшей С„,

путем изменения G. Выполнение же второго условия покажет, что падение механической скорости, вызвавшее удовлетворение усло­вия (200), не является следствием неравномерной подачи буриль­ной колонны в период времени At.

Наблюдения за отработкой долот, показывают, что в большин­стве случаев приходится поднимать шарошечные долота до до­стижения максимума рейсовой скорости. Это происходит потому, что в таких случаях долговечность опор шарошечных долот Tf меньше делговечности их рабочей поверхности Тг, а продолжи­тельность спуско-подъемных операций и вспомогательных работ имеет большую величину. Так, при проходке верхне — и ниЖнеме­ловых отложений на площадях объединения Ставропольнефтегаз почти у 85% долот износ опор значительно опережает износ их вооружения. Полная отработка долота по опоре производится весьма приближенно, и точность оценки состояния опор в про­цессе рейса долота всецело зависит от квалификации буриль­щика. В результате этого долота очень часто существенно не дорабатываются. Степень недоработки долот по опоре возрастает с глубиной вследствие действия психологического фактора: бу­рильщик, не имея достаточно объективных сведений о состоянии подшипников шарошек, предпочитает недоработать долото, чем ‘• совершить аварию на большой глубине. Недоработка долот по опоре вызывает потерю проходки по тресту Ставррпольбурнефть более 20%. Аналогичная картина наблюдается и на других буро­вых предприятиях страны.

Если в данных условиях какие-либо типомодели долот приме­няются достаточно длительное время, то на основании статисти­ческих промысловых данных для них устанавливают время Tf, по истечении которого наступает расстройство опор. Это время и принимается за продолжительность эффективной работы долота в данных условиях. После того как долото проработало в течение указанного времени, принимают решение о подъеме его, если даже механическая скорость еще сравнительно высокая. В турбинном бурении и при бурении электробурами при этом ориентируются на приемистость забойного двигателя к осевой нагрузке на доло­то, т. е. на величину осевой нагрузки GM [16, 22].

Статистические промысловые данные о долговечности опор долот указывают наиболее вероятные средние значения продол­жительности работы долот при многочисленности рейсов в ана­логичных условиях. Знание этих значений необходимо при норми­ровании буровых работ и при решении других важных вопросов бурения скважин. Однако эти данные не могут быть использованы для прогнозирования долговечности долота по опоре в каждом конкретном случае, т. е. они не дают возможности определять момент, когда данное долото полностью отработано по опоре и должно быть заменено новым. Эта задача еще более усложняется большой нестабильностью долговечности опор, очень широкой вариацией этого показателя. Поэтому для того, чтобы полностью

отработать долота по опоре, не допуская при этом выпадения тел качения большой роликовой опоры и оставления шарошек на забое, бурильщики должны иметь в своем распоряжении средства, позволяющие судить о состоянии опор долота и четко указываю­щие момент времени, когда работа данным долотом должна быть прекращена во избежание аварии.

Исследования показывают, что в большинстве случаев износ беговых дорожек на цапфах на глубину цементированного слоя сопровождается разворотом роликов и резким возрастанием вра­щающего момента, необходимого для привода долота при тех же условиях бурения. Это указывает на возможность использования моментомеров, фиксирующих крутящий момент на бурильной ко­лонне (в том числе при бурении забойными двигателями), для установления предаварийного. состояния шарошечного долота, когда дальнейшее его использование недопустимо. Имея средне­статистические данные о долговечности опор долот в конкретных условиях и используя указанные моментомеры, буровики смогут значительно улучшить использование долот и резко снизить ава­рийность с долотами.

Моментомеры весьма необходимы и для решения других важ­ных вопросов технологии бурения глубоких скважин. В турбинном бурении для этих целей используются турботахометры.

Некоторые вопросы использования указанных моментомеров и турботахометров для определения момента подъема долота рас­смотрены в работах [35,-100].

При бурении электробурами определение момента смены до­лота можно вести по изменениям силы тока или потребляемой мощности на привод электробура.

Правильная отработка долот имеет большое значение в до­стижении высоких показателей их работы, а следовательно, в ускорении строительства скважин и в снижении стоимости буре­ния. Огромную роль при этом играет знание особенностей раз­личных типов и моделей долот, закономерностей работы долота на забое, влияния главнейших факторов на показатели работы долот и правильное применение этих знаний к конкретным усло­виям бурения. ‘

При проектировании технологии бурения скважин для кон­кретных горно-геологических условий следует:

1) тщательно изучить механические и абразивные свойства горных пород, слагающих геологический разрез данной площади, и условия залегания этих пород;

2) расчленить геологический разрез площади на отдельные интервалы (пачки) по буримости горных пород;

3) выяснить, возможно ли искривление скважин, на каких глубинах, в каких породах, в каких пределах;

4) составить проект ствола скважины;

5) установить давление в пластах и температуру на забое для отдельных интервалов; •*

6) выявить горизонты, в которых возможны обвалы стенок скважины, поглощения и выбросы промывочной жидкости, посад­ки, затяжки и прихваты бурильной колонны и другие осложнения;

7) выбрать вид бурового флюида и подобрать его параметры для различных свит, горизонтов, пластов (с учетом конструкции скважины);

8) выбрать способ бурения для отдельных интервалов;

9) выбрать диаметр (согласно конструкции скважины), тип и модель долота для отдельных пачек горных пород (свит, гори­зонтов, пластов);

10) применительно к выбранным долотам и в соответствии с механическими и абразивными свойствами пород, горно-геологи­ческими условиями бурения и проектом ствола скважины задать гармоничное сочетание G, п и Q, обеспечивающее максимальное значение рейсовой скорости или минимальное значение стоимости 1 м проходки при требуемом качестве работ;

11) для осуществления запроектированного режима бурения выбрать соответствующую бурильную колонну и буровое оборудо­вание;

12) составить инструктивные указания по выполнению работ, относящихся к технологии бурения скважин.

Обычно разработку режима бурения начинают с выбора осевой нагрузки на долото, которая берется наиболее оптимальной для данных условий (механические свойства породы, тип и размер долота и другие факторы). При разработке режимов турбинного бурения выбор параметров режима в ряде случаев может начи­наться с выбора подачи промывочной жидкости и турбобура.

При турбинном бурении особое внимание уделяют выбору типоразмера турбобура, бурильных труб, насосной установки и ее обвязки; при роторном бурении — выбору ротора, вертлюга, бу­рильных труб, утяжеленного низа, насосной установки; при буре­нии электробурами — технической ц тепловой характеристикам двигателей электробуров. В условиях, способствующих чрезмер­ному искривлению скважин, особое внимание следует уделять компоновке низа бурильной колонны.

Оборудование и бурильную колонну подбирают по их важней­шим параметрам. Так, бурильную колонну выбирают, исходя из требуемой прочности и пропускной способности; вертлюги и ро­торы — по грузоподъемности и допустимой скорости вращения; насосы — по требуемой подаче промывочной жидкости и необхо­димому давлению нагнетания; двигатели — по мощности и т. д. При выборе оборудования и инструмента руководствуются завод­скими техническими характеристиками (паспортными данными), а при использовании оборудования, бурильных труб, УБТ и ве­дущих труб, бывших в употреблении, учитывают также данные об их предыдущей работе и ремонте.

Часто выбор параметров режима бурения и типомодели долота приходится осуществлять в соответствии с заданной технической оснащенностью буровой. В таких случаях последовательность приведенных выше пунктов будет несколько иной. ,

Техническое решение различных вопросов проектирования тех­нологии бурения должно быть обосновано экономически. Нередко некоторые из пунктов 8—11 приходится рассматривать одновре­менно.

При выборе рациональных типомоделей долот, бурильной ко­лонны и бурового оборудования, при проектировании режимов бурения, расчете технико-экономических показателей и при оценке экономической эффективности принятых решений необходимо использовать электронную и другую вычислительную технику. Этим целям вполне удовлетворяют универсальные вычислительные машины.

Для достижения высоких технико-экономических показателей бурения скважин необходим постоянный контроль за технологиче­ским процессом и оперативное управление работой долота. Ука­занный контроль и оперативное управление должны осуществ­ляться бурильщиком с его поста и инженером с диспетчерского пункта.

При рациональном размещении приборов на приборном щите бурильщик со средним стажем работы и образованием не менее 7—8 классов может регулировать 10—15 параметров.

Весьма необходимыми для бурильщика являются следующие показатели:

нагрузка на крюке в тоннах; осевая нагрузка на долото в тоннах;

мгновенная (или средняя за выбранный промежуток времени или на выбранном интервале проходки) механическая скорость; вращающий момент на долоте (или на роторе); скорость вращения долота (особенно в турбинном бурении); подача (расход) промывочной жидкости; уровень промывочной жидксти в приемных емкостях; давление нагнетания промывочной жидкости (давление на бу­ровых насосах или на стояке);

удельный вес промывочной жидкости;

глубина спуска долота (длина бурильной колонны).

В зависимости от конкретных условий бурильщик может изме­нять те или иные показатели. Так как свойства разбуриваемых пород, и состояние долота непрерывно изменяются, то возникает задача оптимизации режима бурения в период работы долота применительно к складывающимся на забое условиям. В то же время, ведение непрерывного поиска режима бурения нерацио­нально, поэтому необходимо установить, как часто и когда осу­ществлять этот поиск. Кроме того, каждый раз бурильщику при­ходится решать вопрос, когда наиболее рационально сменить работающее долото. Для успешного решения всех этих вопросов ‘ необходимо иметь на буровой специальные устройства (оптимиза­торы, приборы-советчики и др.).

В тех случаях, когда технико-экономически более целесооб­разно придерживаться постоянного режима бурения в процессе проходки однородной породы, необходимо применять соответст­вующие стабилизаторы параметров режима бурения.

Типомодель очередного спускаемого долота должна выбираться с учетом показателей работы и состояния предыдущего долота; одновременно должен уточняться режим бурения. Если у долота,, поднятого по достижении vp max или ср 1 mm, вооружение и опорьг сильно изношены, то можно считать, что типомодель долота и режим бурения были выбраны правильно. Если же зубья и под­шипники шарошек изношены незначительно, то возможно, что осе­вая нагрузка на долото или скорость вращения долота (или и G,. и я) были заниженными. В таком случае следует увеличить осе­вую нагрузку на долото и проверить, соответствует ли п типомо­дели применяемого долота и разбуриваемой породе. Нужно также проверить качество промывки забоя и долота, чтобы убедиться, что промывка достаточно совершенна; в противном случае следует принять меры к улучшению качества промывки забоя и долота. Возможно, следует попробовать другой тип долота.

Необходимо отрабатывать долота таким образом, чтобы пол­ностью использовать потенциальные возможности их опор и во­оружения, а потому при выборе типомодели долота и режима бурения, при управлении режимом бурения в процессе работы долота и при установлении продолжительности его работы следует стремиться к тому, чтобы иметь Tz7aTf при некотором превыше­нии Tf над Tz во избежание выпадения тел качения большой роликовой опоры и оставления шарошек. При конструировании и изготовлении долот нужно также стремиться к тому, чтобы указанное соотношение наблюдалось между стойкостью опоры и стойкостью вооружения дол’ота. .

Если опора поднятого долота очень сильно изношена при не­значительной сработке вооружения, то надо проанализировать факторы, влияющие на долговечность опор. Возможно, что в промывочной жидкости содержится чрезмерное количество абра­зивных частиц и корродирующих веществ и эта жидкость обла­дает незначительными смазывающими свойствами. Для полной отработки и опоры, и вооружения следует попробовать бурить с увеличенной осевой нагрузкой на долото в сочетании с понижен­ной скоростью его вращения, а также провести бурение долотами другого типа (предназначенными для более мягких пород).

Чрезмерный износ опор и их заклинивание мйгут быть след­ствием большой осевой нагрузки на долото или высокой скорости вращения, или следствием и того и другого. Если при этом зубья долота сработаны, то может быть необходимо перейти на долота, предназначенные для более твердых пород.

При оперативном выборе типомодели долота и корректировке режима бурения можно руководствоваться рекомендациями X. Г. Бентсона [115] (см. приложение).

Технологический процесс бурения скважин требует постоянного контроля и квалифицированного круглосуточного руководства. На диспетчерский пункт инженеру-диспетчеру, обслуживающему от 8 до 16 буровых, следует передавать с каждой буровой не бо­лее 3—4 параметров с постоянной записью и не более 5—6 пара­метров по его вызову. Вопрос о том, сколько параметров, какие и каким образом должны передаваться на диспетчерский пункт, необходимо решать применительно к конкретным условиям. Одна­ко во всех случаях обязательно должны передаваться с постоян­ной записью на диаграммной ленте нагрузка на крюке в тоннах <н сведения о работе насосрой установки (например, давление про­мывочной жидкости). <

Для контроля процесса механического бурения весьма жела­тельно передавать на диспетчерский пункт значения механической скорости проходки.

При бурении в сложных горно-геологических условиях весьма важными показателями являются также удельный вес промывоч­ной жидкости, глубина спуски долота и уровень промывочной жидкости в приемных емкостях. ‘

Совершенно необходимым условием успешного диспетчерского телеконтроля за работой буровой является надежная переговор­ная связь инженера-диспетчера с бурильщиком. При этом бу­рильщику должна быть обеспечена возможность вести разговор с рабочего места.

Введение телеконтроля и диспетчерской службы в буровых организациях приносит большую пользу. Так, например, по сви­детельству А. Волжина и М. Толмачева, после введения дис­петчерской службы в б. Старогрозненской конторе глубокого раз­ведочного бурения объединения Грознефть (с октября 1967 г.) удалось предотвратить большое количество аварий, улучшить ряд технико-экономических показателей. Уменьшение количества ава­рий объясняется не только оперативной связью между бурильщи­ком и диспетчером, но и четко налаженной системой профилак­тики, непосредственным вмешательством диспетчерской службы в технологический процесс. ■

Диспетчерская служба этой конторы бурения осуществляет круглосуточный контроль за технологией проводки скважин и оперативное руководство буровыми работами. При осложнениях или нарушении технологии бурения дежурный диспетчер связы­вается с бурильщиком, а при необходимости — с буровым масте­ром или с начальником буровой и дает конкретные указания. Диспетчерская служба занимается приемом сводок, сбором и ре­гистрацией различной информации о ходе буровых работ; обраба­тывает индикаторные диаграммы, поступающие с буровых, и сопоставляет их с диаграммами телеконтроля. Кроме того, на диспетчерскую службу возложен ряд других обязанностей.

Для правильного выбора долот и режимов бурения, успешного управления работой долота и контролирования технологического процесса бурения скважин буровые организации должны иметь на своем вооружении комплекс необходимых средств, удобных и на­дежных в эксплуатации.

Согласно формуле (10) для повышения рейсовой скорости нужно стремиться к увеличению проходки на долото и сокраще­нию продолжительности рейса долота, а значит, к уменьшению объема и ускорению всех работ, входящих в рейс долота, в том числе к сокращению продолжительности механического бурения. Поэтому совершенствование процесса механического бурения дол­жно идти по пути интенсификации разрушения горных пород с одновременным получением как можно большей проходки на до­лото. Необходимо усилить научно-исследовательские работы в
области проектирования режимов бурения, считая одной из основ­ных задач установление зависимостей между показателями рабо­ты долот и факторами, существенно влияющими на эти показа­тели. Особое внимание требуется уделить таким факторам, как динамическая составляющая осевой нагрузки на долото, диффе­ренциальное давление на забое скважины, гидравлические факто­ры промывки забоя, вид и параметры бурового флюида.

Крайне необходимо создать методику разбивки геологического разреза площади на интервалы одинаковой буримости по пока­зателям работы долот и методику определения механических и абразивных свойств горных пород по указанным показателям.

[1] Для данной цели следует использовать коэффициент пластичности, опреде­ляемый по методике Т. Г. Фараджева и М. Д. Фаталиева (Горные породы Азер­байджана. Баку, Азернешр, 1965), так как при определении по методике Л. А. Шрейнера для многих случаев Кп—

Комментарии запрещены.