Зміст
 
1. Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
2. Загальні відомості про гірські породи ... ... ... ... ... ... ... ... .5
3. Вибір технологічних регламентів буріння свердловин ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
3.1. Вимоги до конструкції свердловини ... ... ... ... ... ... .6
3.2. Вибір конструкції свердловини ... ... ... ... ... ... ... ... ... .9
3.3. Вибір профілю свердловини ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... 10
3.4. Вибір типу шарошкового долота ... ... ... ... ... ... ... .. 11
4. Породоразрушающий інструмент. Долота ... ... ... ... ... 52
2. Загальні відомості про гірські породи
Земна кора складена головним чином виверженими і метаморфічними гірськими породами, на яких переривчастим покривом лежать осадові породи. У будові нафтових і газових родовищ беруть участь тільки гірські породи.
Важливими ознаками будови осадових гірських порід, що мають істотне значення при їх руйнуванні, є їх текстура і структура. Під структурою гірської породи розуміються ті її особливості, які обумовлені формою, розмірами і характером поверхні утворюють їх матеріалів. Більшість осадових порід складено пухкими зцементований мінеральними уламками різних розмірів, що мають неправильні обриси. Основна структурна особливість осадових порід, що характеризує їх механічні властивості, - структура цементів, які зв'язують окремі уламки.
Текстура вказує на особливості будови всієї породи в цілому і виявляє взаємне просторове розташування мінеральних частинок. Основні особливості текстури осадових порід - шаруватість, сланцеватость (здатність породи розколюватися по паралельних площинах на тонкі пластинки) і пористість (п. - це відношення обсягу всіх порожнин до об'єму всієї породи, виражене у відсотках).
За природою сил зчеплення між частинками осадові породи діляться на 3 групи: скельні, зв'язкові та сипучі. Сили зчеплення скельних порід
(Пісковиків, вапняків, мергелів та ін) характеризуються молекулярним тяжінням часток один до одного, а також наявністю сил тертя.
Сили зчеплення пластичних порід (глинистих) характеризуються взаємодією колоїдних частинок, адсорбуються на поверхні уламків, а також наявністю сил тертя.
Сипучі породи (пісок) не мають зчепленням ні в сухому стані, ні при повному насиченні водою. Тільки при обмеженому насиченні водою у сипучих порід спостерігаються сили зчеплення, обумовлені тертям.
Всім породам, властиві сили внутрішнього тертя, які залежать від тиску, який притискає частинки один до одного.
3. Вибір технологічних регламентів буріння свердловин
3.1. Вимоги до конструкції свердловини

При проектуванні до конструкції свердловини пред'являється безліч вимог: економічність, мінімальна металомісткість, недопущення геологічних ускладнень, збільшення комерційних швидкостей буріння і т.п. Але головний критерій надійності конструкції свердловин - недопущення гріфонообразованія після герметизації гирла прівознікшем флюідообразованіі або в процесі його ліквідації.

Пластовий флюїд при вступі в стовбур свердловини знижує середньозважену щільність промивної рідини в затрубному просторі. Величина зниження щільності вказується геологічної служби підприємства в технічній частині проекту на будівництво даної свердловини; вона коливається в широкому діапазоні і може досягати на газових родовища 100%. Тому після закриття превенторів у разі флюідопроявленія в стовбурі свердловини виникає внутрішній тиск
(Рис.1).
Py Py 'P B


1 лютому Малюнок 1.Распределеніе внутрішнього тиску
по стовбуру свердловини: 1 - на початку прояви;
2 - при повному заміщенні промивної
H рідини газом і поглинання його на глибині Н.
Lскв
Під час тривалого простою внаслідок виділення з флюїду газу, бульбашки яке спливають, на гирлі свердловини утворюється газова шапка. Але при досягненні на гирлі певного тиску починається поглинання в пласт і може відбутися повне заміщення промивної рідини в стовбурі свердловини пластовим чи попутним газом. Тому при газовому факторі більше 100 м3 / т нафтова свердловина розраховується як газова. У результаті спливання газу і відповідно відтискування рідини в пласт зі стовбура свердловини величина внутрішнього тиску перерозподілена по глибині (рис.1). Тому для запобігання гідророзриву порід у відкритій частині стовбура, а отже, і гріфонообразованія треба щоб внутрішній тиск, що діє на гірські породи, було менше тиску початку поглинання.
Тиск початку поглинання та гідророзриву для гліносодержащіх порід практично мало відрізняється один від одного. А в сильно кавернозних або мають велику відкриту пористість породах тиск початку поглинання трохи перевершує пластовий.
Тиск поглинання можна вирахувати як за відомими формулами за допомогою коефіцієнта Пуассона, так і за більш точному методу визначення тиску початку поглинання порід - нагнітання промивної рідини в стовбур свердловини. Після розбурювання цементного стакана і башмака обсадної колони необхідно бурити стовбур свердловини на 1-2 м і довести всі параметри промивальної рідини до зазначених у геолого-технічному вбранні (ГТН) величин, закрити превентора і закачати промивну рідину через бурильні труби до початку поглинання її в пласт .
Закачування необхідно виробляти порціями по 40-50 л з інтенсивністю 40-60 л / хв, після кожної порції давати витримку часу 1,5-2 хв для стабілізації тиску. Точка А відхилення від прямолінійної залежності вказує на початок поглинання порід (рис. 2).
P, МПа


B Малюнок 2. Графік тиску
pпог при закачуванні в пласт води
рн.п A (крива 1) і промивної
рідини (крива 2)
2
1
V, м3
Продовжувати закачування до отримання 2-3 точок стабілізації тиску (точка В). Але бажано, закачати в пласт менше 0,5 м3.
Тиск початку поглинання буде значно нижче при закачуванні води в пласт (рис. 2). У процесі поглиблення свердловини періодично проводять аналогічні закачування промивної рідини в пласт, встановивши попередньо над забоєм пакер. Тиск знижують плавно зі швидкістю
0,5-1 МПа / хв через штуцер, інакше відбудеться обвал стінок свердловини.
Потім за формулами розраховується градієнт поглинання порід і будується графік по глибині свердловини або за фактичними значеннями поблізлежащім вкв. (Рис.3). На графіку проводять градієнти пластових (порових) тиску і тисків початку поглинання. Паралельно осі глибин знизу вгору проводять еквівалентні тисків промивної рідини для інтервалів максимальної потужності. Граничними критеріями інтервалу застосування промивної рідини однаковій щільності є умова, що сота частка щільності рідини лежить в межах від мінімального градієнта поглинання порід до твору коефіцієнта запасу на максимальний градієнт пластового тиску.
Малюнок 3. Графік суміщених
тисків для вибору конструкції
свердловини:
1,2,3 - градієнти тисків порового,
промивної рідини і
поглинання
У першому наближенні границі зміни еквівалентів тиску промивальної рідини і є глибинами спуску обсадних колон
(Рис. 3). Визначені таким методом глибини спуску обсадних колон H повинні задовольняти умові міцності гірських порід в інтервалі необсаженного стовбура свердловини (тобто До моменту спуску наступного обсадної колони) у разі ліквідації флюідопроявленія: H біль Hсл * k. Де k - коефіцієнт на який впливають проектні градієнти пластового тиску га глибині Hсл (глибина наступної ОК) і почала поглинання порід під черевиком обсадної колони на глибині Н, коефіцієнт безпеки; щільність промивної рідини.
Дотримання цієї залежності обов'язково, тому що відомі випадки гріфонообразованія на глибині спущеною колони понад 1200 м. Перевіривши правильність розрахунку глибини спуску подальшої проміжної колони, уточнюють глибини спуску всіх попередніх колон аж до кондуктора.
Під час експлуатації свердловини, а також відкритого фонтану, відбувається прогрівання ОК, цементного каменю за ними і всього комплексу гірських порід. Тому за наявності в розрізі багаторічномерзлих порід з відкритою льодистістю обсадна колона (кондуктор або перша проміжна) повинна бути спущена на 50-100 м нижче межі нульової ізотерми в щільні породи. В іншому випадку навіть після кількох годин фонтанування свердловини (з неперекритого ОК пласта) відбувається оотаіваніе порід, провал гирла і гріфонообразованіе.
3.2. Вибір конструкції свердловини
Геологічна служба підприємства обумовлює діаметр експлуатаційної колони. Діаметри обсадних колон, глибини спуску яких визначені згідно з рис. 1, розраховують знизу вгору. Співвідношення між-ду діаметрами експлуатаційної колони і долота вибираються за даними показаним на малюнку 4 та формулами.
Малюнок 4
Потім підбирають проміжну колону, виходячи з діаметра долота під експлуатаційну колону. Підбір інших проміжних колон і кондуктора, а також доліт проводять аналогічно.
Для глибоких свердловин після визначення конструкції проводять перевірочний розрахунок обсадних труб на міцність. Визначивши мінімально необхідні товщини стінок труб проміжних колон, задаються величиною абсолютного зносу труб та перевіряють їх на механічний знос у процесі буріння і СПО під наступну колону за спеціальною методикою. А саме, все ОК, які спускалися в викривлені ділянки стовбура свердловини, перевіряються на прохідність в цих ділянках.
Мінімальні діаметри УБТ наддолотного комплексу, що забезпечують успішний спуск обсадних колон у свердловину, наведено на рис. 5.
Жорсткість УБТ, забезпечує успішний спуск ОК повинна бути> 1.
Малюнок 5
3.3. Вибір профілю свердловини
При необхідності проведення похилій свердловини із заданим геологічною службою підприємства відходом від вертикалі А технологічна служба вибирає профіль (мал. 6), грунтуючись на її розрахункової конструкції, технічних можливостей підприємства, кваліфікації та досвіду виконавців, досягнутому технологічному рівні буріння в даному регіоні. При виборі профілю необхідно враховувати природне викривлення свердловин в азімутной площині, що є на даному родовищі. У разі подальшої експлуатації свердловин штанговими насосами градієнт кривизни стовбура в інтервалі під насосом не повинен перевищувати 0,5 градуса на 10 м, щоб уникнути протирання труб і поломки штанг.
Після вибору профілю встановлюють глибину та її характерні точки з інструменту, розраховують траєкторію стовбура, компонування для буріння вертикальних, похилих і кривих ділянок. Траєкторію стовбура визначають практично методом підбору, задаючись градієнтами набору і спаду кривизни, а також максимальним кутом нахилу.
1 2 3 4 5 6








А


Малюнок 6. Типи профілів похилих свердловин з відходом від вертикалі А:
1 - двухінтервальний; 2, 5 - трехінтервальний; 3, 6 - четирехінтервальний;
4 - пятіінтервальний.
3.4. Вибір типу шарошкового долота
Раціональне поєднання типу шарошкового долота і розбурюється породи показано нижче.
Діаметр насадок Dн шарошкових доліт вибирають за номограмме (рис. 7).
Малюнок 7: Номограма визначення діаметра насадок для отримання гідро-
моніторного ефекту
4. Породоразрушающий інструмент. Долота

Породоразрушающий інструмент призначений для передачі енергії гірській породі з метою її руйнування. Ефективність руйнування породи залежить від її механічних властивостей і характеру впливу породораз-що валиться інструменту. Наведемо тут класифікація породоразру-шує інструменту по превалирующему механізму руйнування гірської породи:
- Ріжучого і режуще-сколювальні дії,
- Сколюються і дробяще-сколювальні,
- Дробящего;
- Истирающего дії.
За призначенням:
- Інструмент для суцільного буріння (буріння без відбору керна). Руйнує гірську породу по всьому вибою і призначений для проходки ствола свердловини. Інструмент, що належить до цієї групи, звичайно називають долотом;
- Інструмент для буріння з відбором керна (колонкове буріння). Гірська порода руйнується по кільцевому забою. У осьовій частині забою формується керн - цілина породи у вигляді колонки, який витягають на поверхню. Залежно від конструктивних особливостей розрізняють коронки та бурильні головки;
- Інструмент (долота) спеціального призначення. Застосовують для розбурювання цементних стаканів в обсадних колонах, викривлення свердловин, руйнування потрапили на забій сторонніх металевих предметів, розширення стовбура свердловини і виконання різних допоміжних робіт.
За конструкцією:
- Опорний (шарошечний). Має опору, на якій закріплена шарошка, незалежно обертається під час обертання долота з забою. Опора може бути герметизированной (сучасні конструкції доліт) і негерметізі-рова. Шарошка має породоруйнуючих елементи - зуби (литі, ковані або фрезеровані) або тверді зубки (штирі). Шарошок може бути кілька, як правило, три.
- Безопорний. Має лопаті або матрицю, складові з корпусом одне ціле (лопатевої, істірающе-ріжучий, алмазний інструмент). На лопатях або матриці закріплені породоруйнуючих елементи.
По конструкції системи промивки:
- З центральної промиванням;
- З периферійної промиванням, в тому числі гідромоніторний.

Долота

Долота лопатеві

Лопатеві долото в якості робочого елемента має лопаті, які виготовляють або з корпусом, або приварюють до корпусу. Лопатеві долота відносяться до інструменту ріжучого або режуще-сколювальні дії. Вони призначені для буріння в породах м'яких і почасти середньої твердості. Виробляють двох-і трилопатеві долота:
двухлопастні діаметрами від 76,0 до 165,1 мм і трилопатеві - від 120,6 до 469,9 мм. Найпростішим за конструкцією є дволопатеве долото. Воно складається з корпусу і двох лопатей, в голівці корпусу є приєднувальна різьба, а в нижній частині ближче до лопаті розташовані канали для подачі промивної рідини до вибою. У гідромоніторним доліт в каналах встановлюють насадки для формування високоско-ких струменя промивної рідини. На ефективність роботи долота найбільш істотний вплив роблять профіль лопаті долота і правильний підбір його конструкції за властивостями прохідних гірських порід.
Долота істірающе-ріжучі (ДІР)
Істірающе-ріжучі долота відносяться до лопатевим, але відрізняються наявністю різновисоких лопатей, армованих дрібними твердосплавними різцями. Таке долото формує ступінчастий забій і залежно від властивостей прохідних порід може працювати як ріжуче долото - по всій довжині лопаті знімати шар з забою, або як зношуються - кожен дрібний різець відокремлено взаємодіє з забоєм і сколює дуже дрібні частинки гірської породи.

Долота шарошечні

Шарошечним долотом називається породоразрушающий інструмент, у якого основним робочим органом є шарошка. Найбільш розпо-країни трехшарошечние долота; одно-і двухшарошечние долота виробляють в обмеженій кількості. Кожна шарошка забезпечена безліччю породоруйнуючих елементів, які розташовуються вінцями. Обертання корпусу перетворюється в обертальний рух шарошок навколо їхньої осі. У результаті відбувається ураження забою породоразрушающим елементами, періодично вступають з ним у контакт. Вінці сусідніх шарошок розташовані таким чином, що руйнують породу по всій поверхні вибою. Застосовують два способи оснащення шарошок породоразрушающим елементами:
· Фрезерування зубів з тіла шарошки з подальшою наплавленням твердого сплаву;
· Установка твердосплавних зубків (штирів) в гнізда методом холодного пресування.
Виготовляють шарошечні долота 39 номінальних діаметрів - від 46 до 508 мм.

Долота алмазні

Алмазне долото - це різновид породоруйнуючого інструменту, у якого в якості породоруйнуючих елементів використовуються алмазні зерна. Алмазні долота оснащуються в основному досить крупними діамантами - від 2 до 15 зерен / кар. Розмір зерен підбирають залежно від твердості порід і місця розміщення алмазів на робочій поверхні долота. З підвищенням твердості порід розмір зерен зменшують. Конструктивно складається з корпусу з приєднувальних різьбленням і твердої матриці з алмазними зернами. Матрицю виготовляють із сплаву кобальту, нікелю, вольфраму, карбіду вольфраму, алюмінію, міді. Склад сплаву підбирають таким чином, щоб дотримувалися певна твердість матеріалу, яка забезпечувала б поступовий знос матриці при роботі долота і оголення алмазних зерен для роботи.
Тип алмазного долота визначається формою торцевої частини (спіральна, радіальна, ступінчаста з торовіднимі виступами) і конструкцією промивних каналів. Форма робочої поверхні алмазного долота залежить від умов буріння.
До алмазним долота можуть бути віднесені долота типу ІСМ, створені на базі надтвердого матеріалу "славутич". Представляють собою твердо-сплавних матрицю, насичену дуже дрібними синтетичними алмазами.
Алмазні долота типу АТП оснащені алмазно-твердосплавних пластиною.

Породоразрушающий інструмент для відбору керна

Колонкове буріння має на меті одержання з свердловини зразків гірських порід (керн). Керн формується на вибої свердловини в процесі її поглиблення за допомогою породоруйнуючого інструменту, який руйнує гірську породу лише по кільцевому забою і залишає в центрі незайманий цілик породи (колонку). При цьому повинно забезпечуватися не тільки ефективне руйнування породи на вибої, але і збереження керна при його формуванні та вступу до керноприймальна трубу. Відбір керна можливий при всіх способах буріння. Застосовують коронки та бурильні головки. Бурова коронка представляє собою кільце з приєднувальних різьбленням, у якого різці розташовуються на нижньому торці і бічних повер-рхонь. У глибокому бурінні вони практично не використовуються.
При бурінні свердловин на нафту і газ використовують колонкові набори, що складаються з бурильної головки, корпуси і керноприймальна труби. Бурильна головка, руйнуючи породу по периферії вибою, залишає в забою колонку породи (керн), що надходить в міру поглиблення свердловини в керноприймальна трубу. Корпус колонкового набору служить для з'єднання бурильної головки з бурильної колоною, розміщення керноприймальна труби і захисту її від механічних пошкоджень, а також для пропуску ПЖ між ним і керна