Выбор породоразрушающих  инструментов

    Выбор породоразрушающих инструментов должен производится в соответствии с:

• Механическими свойствами пород;
• Литологическим разрезом, перемешиваемостью пород;
• Интервалами отбора керна и характеристикой отбираемых пород.

    Выбор типа породоразрушающих инструмента  должен производиться на основе данных о возможной стойкости долот и механической скорости, полученной по результатам отработки долот в данном районе с обязательным учетом износа долот. Следует отметить, что в процессе разбуривания месторождения по мере накопления данных, а также вследствие более современных породоразрушающих инструментов выбор долот должен производится с учетом новых данных. Необходимость введения корректив обуславливается также выбором способа бурения, от которого также зависит тип долота.  

    Породоразрушающий инструмент (ПРИ) предназначен для разрушения горной породы на забое при бурении скважины.

    По  принципу разрушения породы ПРИ подразделяется на 3 группы:

• ПРИ режуще-скалывающего действия — применяется для разбуривания вязких, пластичных и малоабразивных пород небольшой твердости;
• ПРИ дробяще-скалывающего действия — применяется для разбуривания неабразивных и абразивных пород средней твердости, твердых, крепких и очень крепких;
• ПРИ истирающе-режущего действия — применяется для бурения в породах средней твердости, а также при чередовании высокопластичных маловязких пород с породами средней твердости и даже твердыми.

 

    По  назначению ПРИ подразделяется:

• Для бурения сплошным забоем (без отбора керна) — буровые долота;
• Для бурения по кольцевому забою (с отбором керна) — бурголовки;
• Для специальных работ в пробуренной скважине (выравнивание и расширение ствола) и в обсадной колонне (разбуривание цементного камня и т.д.).

    По  конструктивному исполнению ПРИ делится на три группы:

• Лопастной
• Шарошечный
• Секторный

    По  материалу породоразрушающих элементов  ПРИ делится на четыре группы:

• Со стальным вооружением;
• С твердосплавным вооружением;
• С алмазным вооружением;
• С алмазно-твердосплавным вооружением.

4.1. Шарошечные долота

 

 Наибольшее распространение  в практике бурения нефтяных и  газовых скважин получили шарошечные долота дробяще-скалывающего действия с твердосплавным или стальным вооружением. Конструкция трехшарошечного долота приведена на рисунке 4.  

Рисунок 4 — Конструкция трехшарошечного  долота  

    Три лапы 3 сваривают между собой. На верхнем конце конструкции нарезана замковая присоединительная резьба. Каждая лапа в нижней части завершается цапфой 5, на которой проточены беговые дорожки под шарики и ролики. На цапфе через систему подшипников 6 устанавливается шарошка 4 с беговыми дорожками. Тело шарошки оснащено фрезерованными стальными зубьями 7, размещенными по венцам. На торце со стороны присоединительной резьбы выбиваются шифр долота, его порядковый номер, год изготовления.

    Шарошечные  долота изготавливают как с центральной, так и с боковой системой промывки (рисунок 5). На лапах долота с боковой гидромониторной системой промывки выполнены специальные утолщения — приливы 2 с промывочными каналами и гнездами для установки гидромониторных насадок (сечение А - А).  

Рисунок 5 — Схема шарошечных долот с  центральной (а) и боковой (гидромониторной) (б) промывкой  

    При центральной промывке забоя лучше  очищаются от шлама центр забоя  и вершины шарошек, шлам беспрепятственно выносится в наддолотную зону. Однако при высокой скорости углубления забоя трудно подвести к долоту необходимую гидравлическую мощность, требуемую для качественной очистки забоя (перепад давления на долотах с центральной промывкой не превышает 0.5 – 1.5 МПа).

    Боковая гидромониторная промывка обеспечивает лучшую очистку наиболее зашламованной периферийной части забоя, позволяет подвести к долоту большую гидравлическую мощность (перепад давления на долотах с гидромониторной промывкой достигает 5 – 15).

    Для бурения скважин в абразивных породах различной твердости  с целью повышения долговечности  вооружения шарошки оснащают вставными  твердосплавными зубками (штырями). Такие долота часто называют штыревыми (рисунок 6). Вставные зубки закрепляются в теле шарошки методом прессования. Для бурения в малоабразивных породах, в теле стальной шарошки фрезеруются призматические зубья, поверхность которых упрочняется термохимической обработкой.   
 

    По  ГОСТу 20692 «Долота шарошечные» предусматривается  выпуск долот диаметром 76 – 508 мм трех разновидностей: одно- двух- и трехшарошечных.  

В процессе бурения скважины  в зависимости от твердости горных пород использовались долота:

1.0-30м  – 393,7-ГВ R175, допускается замена на долото (295,3МСЗ-ГНУ-R37)

2.30-320м  – 295,3ТЗ-ЦГН R15H

3.320-340м  – 215,9 СЗ-ГАУ-R296А

4.340-400 - 215,9 СЗ-ГАУ-R296А

5.400-930 - 215,9 СЗ-ГАУ-R296А

6.930-1040 - 215,9 СЗ-ГАУ-R296А

7.1040-1963 - 215,9 СЗ-ГАУ-R296А

5. Бурильный инструмент

5.1. Бурильная колонна

 

 Бурильная колонна (далее БК) соединяет долото (или  забойный двигатель и долото) с  наземным оборудованием (вертлюгом).

    БК  предназначена для следующих  целей:

• передачи вращения от ротора к долоту;
• восприятия реактивного момента забойного двигателя;
• подвода бурового раствора к ПРИ и забою скважины;
• создания нагрузки на долото;
• подъема и спуска долота;
• проведения вспомогательных работ (проработка, расширение и промывка скважины, испытание пластов, ловильные работы и т.д.).

    БК  состоит (рисунок 11) из свинченных друг с другом ведущей трубы 4, бурильных труб 8 и утяжеленных бурильных труб (УБТ) 12 и 13. Верхняя часть БК, представленная ведущей трубой 4, присоединяется к вертлюгу 1 с помощью верхнего переводника ведущей трубы 3 и переводника вертлюга 2. Ведущая труба присоединяется к первой бурильной трубе 8 с помощью нижнего переводника ведущей трубы 5, предохранительного переводника 6 и муфты бурильного замка 7. Бурильные трубы 8 свинчиваются друг с другом бурильными замками, состоящими из муфты 7 бурильного замка и его ниппеля 9 или соединительными муфтами 10. УБТ 12 и 13 свинчиваются друг с другом непосредственно. Верхняя УБТ присоединяется к бурильной трубе с помощью переводника 11, а нижняя привинчивается через переводник 14 к долоту (при роторном бурении) или к забойному двигателю с долотом.   

Рисунок 11 — Состав бурильной колоны  

    Кроме названных выше элементов в компоновку БК могут включаться калибраторы, центраторы, стабилизаторы, расширители, промежуточные опоры для УБТ, обратные клапаны, фильтры, шламометаллоуловители, амортизаторы, протекторные кольца, средства наклонно-направленного бурения, керноприемные устройства и другое специальное оборудование. 

5.2. Ведущие бурильные трубы

 

 Для передачи вращения БК от ротора или реактивного момента от забойного двигателя к ротору при одновременном осевом перемещении БК и передаче бурового раствора от вертлюга в БК служат ведущие бурильные трубы (ВБТ, рисунок 12).  

Рисунок 12 — Ведущие бурильные трубы  

    При бурении нефтяных и газовых скважин применяют ВБТ сборной конструкции, состоящие из квадратной толстостенной штанги (квадрат) 2 с просверленным каналом, верхнего штангового переводника (ПШВ) 1 с левосторонней резьбой и нижнего штангового переводника (ПШН) 3 с правосторонней резьбой. Квадратные штанги для ВБТ изготавливают длиной до 16.5 м. 

5.3. Стальные бурильные трубы

 

 В настоящее  время в нефтегазовой промышленности широко используются стальные бурильные трубы с приваренными замками (ТБП, Рисунок 13).  

Рисунок 13 — Схема стальной бурильной трубы с приваренными замками  

    Бурильная труба состоит из трубной заготовки  и присоединительных концов (замковой муфты и замкового ниппеля). Последние  соединяются с трубной заготовкой либо посредством трубной резьбы и представляют собой бурильную трубу сборной конструкции, либо посредством сварки. Для свинчивания в свечи на присоединительных концах нарезается замковая резьба (на ниппеле наружная, на муфте внутренняя). Для увеличения прочности соединений концы трубных заготовок «высаживают», т.е. увеличивают толщину стенки.

    Стальные  бурильные трубы с приваренными замками предназначены преимущественно для роторного способа бурения, но также используются и при бурении с забойными гидравлическими двигателями. 

5.4. Легкосплавные бурильные трубы

 

 Легкосплавные бурильные трубы сборной конструкции (ЛБТ, рисунок 14) применяют при бурении с использованием забойных гидравлических двигателей. Низкая плотность материала – 2.78 г/см³. (стали — 7.85 г/см³) позволяет значительно облегчить бурильную колонну без потери необходимой прочности. Для изготовления трубных заготовок ЛБТ используется дюраль Д16 (сплав из системы «Алюминий-Медь-Магний»), для повышения износостойкости упрочняемая термообработкой. Предел текучести составляет 330 МПа.  

    

Рисунок 14 — Легкосплавные бурильные трубы сборной конструкции   

    Кроме пониженной массы у ЛБТ есть еще  ряд достоинств. Во-первых, наличие гладкой внутренней поверхности, что снижает гидравлические сопротивления примерно на 20 % по сравнению со стальными бурильными трубами одинакового сечения. Чистота внутренней поверхности ЛБТ достигается прессованием при изготовлении. Во-вторых, диамагнитность, что позволяет зенитный угол и азимут скважины замерять инклинометрами, спускаемыми в бурильную колонну.

    Однако  ЛБТ имеют и ряд недостатков: нельзя эксплуатировать БК при температурах выше 150 градусов Цельсия, так как прочностные свойства Д16Т начинают снижаться. Недопустимо их эксплуатировать также в агрессивной (кислотной или щелочной среде). 

5.5. Утяжеленные бурильные трубы

 

 Для увеличения веса и жесткости БК в ее нижней части устанавливают УБТ, позволяющие  при относительно небольшой длине  создавать частью их веса необходимую нагрузку на долото.

    В настоящее время наиболее широко используются следующие типы УБТ:

• горячекатаные (УБТ)
• сбалансированные (УБТС),

    УБТ этих типов имеют аналогичную  беззамковую (отсутствуют отдельные  присоединительные концы) толстостенную  конструкцию Горячекатаные УБТ выполняются гладкими по всей длине. На верхнем конце УБТС выполняется конусная проточка для лучшего захвата клиньями при спускоподъемных работах.

    Горячекатаные УБТ используются преимущественно при бурении с забойными гидравлическими двигателями.

    Основные  параметры УБТ, наиболее распространенные в Западной Сибири:

• номинальные наружные диаметры труб 146, 178, 203 мм;
• номинальный диаметр промывочного канала 74, 90, 100 мм;
• длина труб, соответственно 8.0, 12.0, 12.0 м.