Проверка конструкции скважины по графику совмещённых давлений

После предварительного выбора конструкции скважины (смотри пункт 2.2), её, с помощью графика совмещённых абсолютных давлений и графика эквивалентов давлений, проверяют на дееспособность предупреждать нефтегазопроявления и катастрофические поглощения в процессе бурения и крепления.

Причём, график Р_СКВ определяют для трёх случаев, ‒ при бурении Р_{СКВ.БУР}, при нефте- газо- водо- проявлении Р_НГВП и при цементировании Р_{СКВ.ЦЕМ}. Особое внимание при этом уделяют возможным случаям, когда скважина начнёт фонтанировать, промывочная жидкость заменится на пластовый флюид, и при этом устье скважины перекроют противовыбросовым оборудованием (превентором), а в скважине установится давление Р_НГВП.

Предположим, что в процессе предварительного проектирования получилась трёхколонная конструкция скважины. А по графику абсолютных совмещённых давлений получается, что в условиях закрытого превентора и избыточного устьевого давления Р_У.ИЗБ, линия Р_НГВП пересекает график Р_Г.Р. в открытом стволе на глубине границы гидроразрывов Н_ГР (Рисунок 37). Тогда придётся в конструкцию скважины добавить ещё одну колонну (Рисунок 38).

Рисунок 37. Пример проверки выбранной схемы конструкции скважины с помощью графика совмещённых абсолютных давлений

Рисунок 38. Пример добавления дополнительной колонны в проектную схему конструкции скважины

Для проверки конструкции скважин удобно использовать и график эквивалентов давлений (Рисунок 39). Например, в данном случае, плотность цементного раствора ρ_Ц.Р. = 1,65 г/см³, что больше градиентов давлений гидроразрывов по всей глубине скважины. Поэтому при цементировании каждой обсадной колонны необходимо либо применять цементы с меньшей плотностью, либо применять двухступенчатое цементирование, про что будет сказано в пункте 9.

Рисунок 39. Пример проверки конструкции скважины с помощью графика эквивалентов давлений

Породоразрушающий инструмент

Классификация породоразрушающего инструмента

Породоразрушающий инструмент подразделяется на следующее:

1. Буровые долота

2. Буровые коронки

3. Буровые коронки для геологоразведочного колонкового бурения кольцевым забоем

4. Буровые коронки для бурения сплошным забоем с продувкой воздухом

Буровые долота.

Буровые долота при бурении на нефть и газ предназначены для разрушения горных пород сплошным забоем. В настоящее время они почти всегда используются для вращательного бурения. Буровые долота для вращательного бурения традиционно подразделяют на:

1 Лопастные

2 Алмазные

3 Твёрдосплавные

4 Шарошечные

5 Специального назначения

Лопастные долота (ЛД) отличаются тем, что они в качестве породоразрушающего вооружения имеют лопасти. ЛД предназначены для разрушения мягких горных пород режуще-скалывающим способом при низкооборотной скорости вращения долота от 40 до 120 оборотов в минуту. ЛД способны разрушать мягкую горную породу на несколько сантиметров за один оборот долота.

ЛД (Рисунок 40) состоят из присоединительной резьбы 1, тела 2, промывочных устройств 3, лопастей 4 и вставок из сверхтвёрдого сплава 5.

Присоединительная резьба в буровом долоте, как и у всех других элементов бурильной колонны, есть конусная, с конусностью 1/16.

Рисунок 40. Пример лопастного долота

Конусная резьба по сравнению с цилиндрической, имеет преимущество в том, что, во-первых, она никогда не заедает при свинчивании из-за перекосов осей свинчиваемых частей бурильной колонны, и, во-вторых, ниппель конусной резьбы сразу вставляется в муфту приблизительно на 4/5, что в несколько раз уменьшает время свинчивания (и развинчивания).

Сверхтвёрдые вставки в отечественной промышленности обычно изготовляют из сплава «победит», из которого во времена Великой Отечественной войны изготовляли пули для противотанковых ружей, и из которого в СССР изготовляли лезвия резцов для металлорежущих станков. Победит есть сплав карбида вольфрама с кобальтом. Он обычно обозначается как ВК-10 (WC-10), что означает «сплав карбида вольфрама с кобальтом, в котором вольфрама содержится 10 %». В бурении используется сплав от ВК-8 до ВК-12. При уменьшении содержания вольфрама сплав становится твёрже, но хрупче. При увеличении содержания вольфрама сплав становится мягче, но приобретает большую стойкость к удару.

Алмазные долота (АД) являются модификацией лопастных долот. Они отличаются от лопастных долот укороченными лопастями. А алмазными их назвали из-за того, что вместо победита их выдающиеся части покрывают техническими алмазами.

АД (Рисунок 41) состоят из присоединительной резьбы 1, тела 2, промывочных устройств 3, укороченных лопастей 4 и технических алмазов 5.

Рисунок 41. Пример алмазных долот

Укороченные лопасти могут иметь различное расположение. Например, радиальное, тангенсальное или спиральное. Алмазы обычно удерживаются на матрице с помощью мягкого сплава.

АД предназначены для разрушения мягких и средних горных пород режуще-истирающим способом при высокооборотной скорости вращения долота до 400 и более оборотов в минуту. АД способны разрушать горную породу на величину режущей кромки алмазов, то есть на величину от долей миллиметров до одного – двух миллиметров. Именно поэтому, чтобы конкурировать с лопастными долотами, алмазные долота проектируют высокоскоростными, с большой скоростью вращения. Однако при таком высокооборотном бурении существует опасность перегрева алмазов и соответствующая их графитизация и сгорание.

Твёрдосплавные долота (ТСД) принципиально отличаются от алмазных только заменой алмазов на штыри из твёрдого сплава.

ТСД (Рисунок 42) состоят из присоединительной резьбы 1, тела 2, промывочных устройств 3, укороченных лопастей 4 и штырей из твёрдого сплава 5.

Рисунок 42. Пример твёрдосплавных долот

ТСД предназначены для разрушения мягких, средних и твёрдых горных пород режуще-истирающим способом при высокооборотной скорости вращения долота до 400 и более оборотов в минуту. ТСД тоже способны разрушать горную породу на величину режущей кромки штырей, то есть на величину до одного – двух миллиметров и более.

ТСД более устойчивы к термическому воздействию, чем алмазные, и поэтому способны бурить твёрдые породы.

Материал для твёрдосплавных штырей (зубов) в отечественных долотах выбирают из семейства победита или славутича. Такие долота обозначаются индексом ИСМ (институт сверхтвёрдых материалов).

Однако, с начала 21-го века всё большее распространение получают модификации ТСД по зарубежной лицензии, так называемые долота PCC и РDC со штырями из поликристаллических или полиалмазных компактов, ориентированных наклонно по отношению к забою скважины, что позволяет, методом ковыряния, часть массопереноса разрушаемой горной породы направить на разрушение следующего слоя горной породы на забое (Рисунок 43).

Рисунок 43. Пример долот с PDC

Шарошечные долота (ШД) отличаются тем, что имеют породоразрушающие устройства револьверного типа, ‒ шарошки

ШД (Рисунок 44) состоят из присоединительной резьбы 1, тела 2, промывочных устройств 3, лап 4, цапф лап 5, шарошек 6 и вооружения шарошек 7, либо выфрезерованных из тел шарошек, либо вставных, из твёрдого сплава.

Рисунок 44. Пример шарошечного долота

ШД предназначены для разрушения всего диапазона горных пород дробящее-скалывающим или дробящим способом при скорости вращения долота от 40 до 400 оборотов в минуту. ШД способны разрушать горную породу на величину высоты зуба долота, то есть на величину до пяти и более миллиметров. До недавнего времени ШД были самыми распространёнными (Таблица 7). В настоящее время, в диапазоне мягких и средних пород, ШД начали вытесняться долотами PDC. Возможно, если шарошки вооружить штырями из PDC, то шарошечные долота ещё себя покажут весьма достойно.

Таблица 7 Условия применения шарошечных долот