Общие сведения о способах бурения, режимах бурения и методах их проектирования

Министерство образования российской федерации

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по курсу "Технология бурения глубоких скважин" для проектирования режима бурения с забойными двигателями и самостоятельной

работы студентов специальности 090800.

Часть 1

Тюмень, 2003г.

Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского государственного нефтегазового университета

Составитель: к. т. н., доцент кафедры бурения Кулябин Г.А.

Ó Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2003

Общие сведения о способах бурения, режимах бурения и методах их проектирования

1.1. Основные понятия и определения

1.1.1. В процессе углубления скважины можно изменять определенные параметра, которые принято называть параметрами режима бурения: осевая нагрузка на долото (G), чисто условно разделяемая на динамическую (G _д) и статическую (G_c) составляющие; расход промывочной жидкости (Q) и параметры, характеризующие ее свойства; частота (n) вращения долота (или бурильной колонны - для роторного бурения). Без прекращения процесса углубления скважины можно изменять и давление на выкиде бурового насоса (Р_и) или в бурильной колонне, и вращательный момент на долоте (М_д) или на валу (М_в) забойного двигателя (ГЗД). Но P_н, М_в и М_д не принято относить к параметрам режима бурения, хотя P_н, например, является одним ив главных и управляемых параметров, который определяет работу ГЗД и оказывает соответствующее влияние на темп углубления скважины.

Действительно на указанный темп пря бурении с ГЗД оказывают определяющее влияние два стержневых фактора: гидравлическая мощность на выкиде бурового насоса (N _г = P_н × Q) и мощность, переданная забою скважины которая формируется из полезно израсходованной в ГЗД энергии и реализованной части гидроимпульсной мощности (N _р) и частично из мощности, сработанной в "гидромониторной" струе жидкости, выходящей из насадок долот. Следовательно, давление Р_{н max} определяет величину коэффициента передачи мощности на забой скважины (К_м). По количеству технологических связей P_н равнозначно разгрузке инструмента на буровом крюке. И, видимо, Р_н следует отнести к параметрам режима бурения.

1.1.2. Определенное сочетание управляемых с устья скважины параметров режима бурения называют режимом бурения. В настоящее время принято выделять три вида режимов.

Режим бурения, при котором можно получить необходимое качество пробуренной с высокой рейсовой скоростью бурения скважины при данной технической вооруженности буровой, называется оптимальным или рациональным. При возможности замены некоторого оборудования буровой, особенно энергетического, повышают темп углубления скважины и тогда рациональный режим бурения называют скоростным. Другие названия режимов бурения ("силовой", "форсированный", "режим максимальной проходки на долото" и др.) в настоящее время практически не применяет в связи с тем, что режим бурения всегда должен быть рациональным, т.е. экономически выгодным.

1.1.3. Если необходимо в первую очередь получить какие-либо отдельные качественные показатели при проводке скважины, например, отобрать требуемое количество керна, углубить скважину в зонах осложнений или при аварийной ситуации, при интенсивном изменении зенитного и азимутального углов оси скважины (в том числе при исправлении направления оси скважины), а также при некоторых исследовательских работах в скважине режим бурения называют специальным.

1.1.4. Иногда применяют символические названия режимов бурения, например, режим роторного или турбинного бурения, режим бурения с электробуром и др., которые отражают способ бурения.

1.2. Методы проектирования режимов бурения.

1.2.1. В настоящее время применяет три основных метода проектирования режимов бурения:

- статистический (по промысловым данным с применением методов и алгоритмов статистики при ручной обработке или чаще с использованием вычислительной техники);

- аналитический;

- метод пересчета.

1.2.2. Сущность статистического метода состоят в том, что показатели бурения (в первую очередь показатели отработки долот) группирует с yчетом сопоставимости геологических, технических я технологических условия бурения скважин, а затем обрабатывают соответственно интервалам пород геологического разреза скважин с условно одинаковой буримостью. Этот метод позволяет выявить эффективные режимы бурения, модели и типа долот и забойных двигателей, а также эффективный способ бурения без привлечения данных о механических свойствах горнах пород, но имеет и недостатки;

- зависимость результатов обработки промысловых данных от достоверности информации, внесенной в первичную документацию при недостаточном оснащении скважинной аппаратурой;

- трудоемкость метода, особенно при сборе первичной информации;

- зависимость результатов применения метода от объемов бурения, поэтому достоверность метода повышается, когда значительная часть месторождения уже разбурена. При этом привлекаются данные за прошедший период, при котором состояние техники и технологии бурения было на более низком уровне. Следовательно, часто нельзя однозначно утверждать, что применявшийся лучший режим бурения будет наилучшим в перспективе при изменившейся технике и технологии бурения скважин.

В связи с указанными недостатками статистический метод проектирования режима бурения почти не осуществляется в полной объеме, а только выборочно по отдельным интервалам бурения и чаще, например, для сравнения результатов небольшого объема бурения при прежде и вновь применяемых оборудовании или технологии. В производственных условиях обычно применяют грубо упрощенный статистический метод проектирования режимов бурения и анализа, связанного с выявлением эффективных показателей бурения, когда определяют по сути средние величины искомого параметра без привлечения представительной выборки данных и без определения критериев достоверности параметра, хотя существует статистический метод обработки данных при наличии малой выборки.

1.2.3. Аналитический метод проектирования режима бурения скважин применяется в двух вариантах.

1.2.3.1. При первом варианте необходимы данные о физических свойствах горных пород, слагающих геологические разрезы скважин, и об основных характеристиках долот. В связи, с чем необходимо получать данные о физических свойствах пород (желательно на этапе бурения разведочных скважин).

1.2.3.2. Для успешного применения второго варианта проектирования режима бурения должны быть извести исчерпывающие сведения о параметрах эмпирических зависимостей средней механической скорости проходки (V _м) от осевой нагрузки на долото и частоты (n) V _м = f ( G, n ), а также зависимости долговечности долота (в первую очередь его опоры - Т_оп) от G и n. Зависимости V _м = f ( G, n ) и Т_оп = f ( G, n ) должны быть известны для каждого интервала пород, сходных по буримости или механическим свойствам применительно к определенному типоразмеру долот. Этот вариант более эффективен при бурении опорно-технологических скважин (ОТС), когда имеется возможность постоянно корректировать величины коэффициентов, входящих в эмпирические зависимости вида V _м = f ( G, n ) и Т_оп = f ( G, n ), что является одним из существенных недостатков этого варианта в связи с удорожанием буровых работ при бурении ОТС. Так как определение коэффициентов должно осуществляться с применением методов статистики, то, очевидно, что этот вариант проектирования режима бурения фактически является промежуточным между статистическим методом и первым вариантом аналитического метода.

1.2.3.3. Необходимо особо отметить: большая часть алгоритма первого варианта метода проектирования режима бурения основана на достаточно глубоком научном понимании процессов, происходящих в скважине и на ее забое, и дает четкое представление о балансе затрат энергии в скважине. Это дает возможность квалифицированно и эффективно анализировать как ранее, так и на перспективу запроектированные режимы бурения, а также целенаправленно совершенствовать технику и технологию бурения глубоких скважин.

1.2.4. Метод пересчета при проектировании режимов бурения можно применять в том случае, если на месторождении осуществляется переход к бурению скважин долотами другого (или нового) типоразмера при уверенности в том, что ранее применяемый режим был наиболее эффективным на данном месторождении или в конкретном интервале бурения, а также в том случае, когда рейсовая скорость бурения (V _р) в большей степени зависит от величина V _м, чем от проходки на долото (h _д).

1.2.5.Физико-механические свойства горных пород и осложнения в скважине в каждом районе буровых работ имеют свою специфику. Это является одной из основных причин того, что до сих пор не разработаны общие методы проектирования специальных режимов бурения. Поэтому часто применяют статистический метод проектирования специальных режимов бурения или эмпирические зависимости.

1.2.6. Таким образом, используя соответствующий объем промысловой информации и применяя разные методы проектирования, можно запроектировать режим бурения скважин как на узко-ремесленном, так и на инженерно-научном уровнях.

1.2.7. Выявив условия и цели бурения скважины, проанализировав имеющуюся информацию о процессах бурения скважин в данном районе или в районе с сопоставимыми условиями углубления скважин, выбирают метод проектирования режима бурения скважин. Причем можно принять один из методов проектирования режимов за основной, а другой использовать как проверочный. В зависимости от исходной информации и условий углубления скважины можно проектировать режим бурения разними методами в разных интервалах скважины, отдавая предпочтение 1 варианту аналитического метода.