Материал: Анализ эффективности методов отбора кернового материала при бурении поисковых и разведочных скважин

При бурении в твердых и абразивных породах иногда приходится прекращать бурение скважин и приступать к подъему инструмента из-за значительного снижения скорости бурения вследствие затупления резцов коронки.

При бурении в трещиноватых породах часто производят подъем инструмента вследствие самозакаливания керна в колонковом снаряде и снижения скорости бурения.

Перед началом подъема керн должен быть крепко заклинен в нижней части колонкового снаряда и сорван. Если скважина пересекает неустойчивые породы, которые обваливаются или выпучиваются даже при применении специальных промывочных растворов, в нее опускают колонну обсадных труб, перекрывая неустойчивые породы, после чего продолжают бурение скважин породоразрушающим инструментом меньшего размера. Через 50-100 м углубления измеряют угол наклона и направление (азимут) скважины. После того как скважина пересечет полезное ископаемое и врежется в пустые породы лежачего бока, бурение прекращают, инструмент поднимают и разбирают. В скважине производят геофизические исследования, измеряют кривизну скважины, температуру, проверяют глубину скважины, после чего производят ликвидационное тампонирование скважины. Возможности прямого определения показателей абразив-ности весьма ограничены, так как сплошной отбор керна в скважинах, как правило, не проводится.2) для бурения кольцевым забоем с отбором керна (образцов горной породы, проходимой скважиной) -- бурильные головки;1) предусматривается отбор керна; из всех перспективных горизонтов должен быть отобран достаточно представительный керн или эти горизонты проводятся со сплошным отбором керна.

В опорных скважинах проводится сплошной отбор керна во всех интервалах, поскольку результаты изучения всего разреза нового, еще неосвоенного района представляют интерес нетолько для нефтяников, газовиков, но и для других отраслей народного хозяйства.

Введем основные показатели, характеризующие совершенство колонковых долот с точки зрения отбора керна. Чем выше коэффициент, тем лучше колонковое долото удовлетворяет требованию отбора керна максимально возможного диаметра, которое предназначено для отбора керна при высокооборотном бурении и создано на базе турбобура с полным валом, через который проходит съемная колонковая труба (грунтоноска).В скважину турбодолото спускают без грунтоноски, которую сбрасывают в бурильные трубы после промывки перед началом отбора керна.

Видно, что бурильные головки ИСМ предназначены для отбора керна в горных породах, твердость которых не превышает шестой категории, но бурильными головками типа Т можно отбирать керн в высокоабразивных горных породах.Они предназначены для отбора керна в тех условиях, где нельзя применить нешарошечные бурильные головки.После отбора керна диаметр скважины увеличивают (скважину расширяют) до диаметра 244,5 мм с помощью расширителя.

При нагружении долота осевой нагрузкой,создается необходимое для разрушения горной породы напряженное состояние и осуществляется отбор энергии от вращающегося инструмента для обеспечения последовательного разрушения породы по всему забоюю

Расчетно-техническая часть

Критерий оценки эффективности применяемых режимов бурения

Таким критерием может служить рейсовая скорость или стоимость 1 м проходки, так называемая экономическая скорость. Спущенное в скважину долото стремятся отработать при таких значениях параметров режима бурения и бурить им столько времени, чтобы обеспечить либо максимальную скорость проходки, либо минимальную стоимость 1 м проходки. Влияние количества и качества бурового раствора. Промысловыми наблюдениями и лабораторными исследованиями установлено, что наилучшие результаты работы долот имеют место, когда выбуренная порода своевременно удаляется с забоя, в противном случае она оказывает дополнительное сопротивление долоту.

Чистота забоя скважины, а следовательно, и собственно процесс бурения зависят от следующих факторов.

Качество бурового раствора. Очистка скважины от мелкого шлама лучше обеспечивается при глинистых растворах с малой вязкостью и малой прочностью структуры. Крупные куски шлама лучше удаляются при густых и вязких растворах. Увеличение плотности повышает подъемную способность глинистых растворов.

В то же время установлено, что механическая скорость проходки зависит от величины дифференциального давления, представляющего собой разность между давлением столба бурового раствора в скважине и пластовым (поровым) давлением. Давление столба бурового раствора (гидростатическое давление) прямо пропорционально его плотности. Если дифференциальное давление больше 3,5 МПа, то механическая скорость проходки остается примерно постоянной. С увеличением плотности бурового раствора увеличивается давление на забой скважины, сопротивляемость пород разрушению возрастает, вследствие чего показатели бурения уменьшаются. В случаях когда геологические условия позволяют, следует использовать в качестве промывочной жидкости воду, газ или воздух с обязательной компенсацией их недостаточной подъемной способности высокой скоростью движения в затрубном пространстве.

Количество бурового раствора, подаваемого на единицу площади забоя скважины. На основании обобщения экспериментальных исследований установлено (исследования проводились при бурении роторным способом и электробуром), что технологически необходимое количество промывочного раствора,л/с,

где 0,07 -- переводной коэффициент; П₃ -- площадь забоя скважины, см².

Превышение производительности буровых насосов над вычисленной по данному соотношению величиной не приводит к существенному изменению механической скорости проходки.

Скорость истечения потока жидкости из отверстий долота и расположения этих отверстий по отношению к шарошкам и забою скважин. С увеличением скорости истечения бурового раствора из долотных насадок улучшается очистка забоя скважины, а следовательно, возрастает механическая скорость бурения. Наблюдения показывают, что значительный рост механической скорости проходки достигается в том случае, когда скорость струй, вытекающих из насадок гидромониторного долота, превышает 60... 75 м/с.

Рис. 7.1 Кривая зависимости механической скорости проходки от осевой нагрузки

Большое влияние на условия очистки забоя оказывает высота зубьев шарошек. Чем больше просвет между шарошками и забоем, тем совершеннее его очистка и выше значения Н/п. Наименьшие значения Н/п наблюдаются в тех случаях, когда применяются алмазные долота, в которых зубья (алмазы) выступают за матрицу на незначительную высоту, и штыревые с твердосплавными вставками, почти уплотненными в теле шарошки.

Влияние частоты вращения долота. Установлено, что при увеличении частоты вращения долота механическая скорость проходки растет, достигая максимальной величины, а потом снижается. Каждому классу пород (пластичных, пластично-хрупких и хрупких) соответствуют свои критические частоты вращения долота, превышение которых вызывает снижение механической скорости проходки. Следует иметь в виду, что повышение частоты вращения шарошечных долот снижает долговечность их работы из-за интенсивного износа опор и сокращает проходку за рейс долота.

Влияние осевой нагрузки. По многочисленным отечественным и зарубежным исследованиям влияние осевой нагрузки на механическую скорость может быть охарактеризовано графиком, отражающим качественную сторону процесса (рис. 7.1). На кривой ^ум~/(Рц) выделяются три области. Область I характеризуется тем, что скорость V_м увеличивается пропорционально увеличению Р_и.

В этой области удельная нагрузка значительно меньше прочности разрушаемой породы, поэтому процесс разрушения носит поверхностный характер. Область I называется областью поверхностного разрушения.

Во II области V_м также увеличивается с ростом Р_Л9 но в данном случае механическая скорость растет быстрее, чем увеличивается создаваемая на долото нагрузка. В этой области породы разрушаются при удельной нагрузке, меньшей твердости разрушаемой породы, но уже близкой к ней.

Эта область условно называется областью усталостного разрушения. На границе II и III областей удельная нагрузка будет соответствовать твердости разрушаемой породы.

В III области процесс разрушения носит объемный характер. Область III называется областью нормального или объемного разрушения. Разделение режимов разрушения породы является условным, так как при работе долота разной степени наблюдаются все три вида разрушения.