Бурение

      4) Термомеханическое – производится путем ослабления прочности пород местным нагревом с последующим разрушением их обычным инструментом вращательного бурения.

      5) Электротермическое бурение применяют  в условиях Антарктиды для  расплавления льда электронагревателями.

      6) Взрывное бурение осуществляется путем разрушения пород под действием направленного взрыва. Разработал А.П. Островский.

      7) Электрофизический способ бурения  скважин объединяет группу методов,  использующих электрический ток  для прямого разрушения горных  пород. 

                               2.1 Вращательное бурение. 

        Бурение - процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы - скважины, шпура или шахтного ствола - путём разрушения горных пород на забое. Разрушение пород забоя скважины производится по всей его площади (бурение сплошным забоем) или по кольцевому пространству с извлечением керна (колонковое бурение).

      Удаление  продуктов разрушения бывает периодическое  с помощью желонки и непрерывное  шнеками, витыми штангами или путём  подачи на забой газа, жидкости или раствора (Глинистый раствор).

      В ряде случаев процесс бурения  включает крепление стенок скважин (как правило, глубоких) обсадными  трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами  и стенками скважин.

      Способы бурения классифицируются по характеру воздействия на горные породы: механическое, термическое, Физико-химическое, электроискровое и другие.

      Механические  способы бурения подразделяют на вращательные и ударные, а также  вращательно-ударные и ударно-вращательные.

        При вращательном бурении порода разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. Передача энергии на породу забоя может осуществляться через породоразрушающий инструмент или напрямую, формируя при этом ствол скважины.

        В зависимости от прочности  породы при вращательном бурении применяют:

      1) буровой породоразрушающий инструмент  режущего типа (Долото буровое  и Коронка буровая);

      2) алмазный буровой инструмент;

      3) дробовые коронки, разрушающие  породу при помощи дроби (Дробовое  бурение).

      Механический  метод разрушения породоразрушающими инструментами имеет много разновидностей в зависимости от условий бурения и поставленных целей при сооружении скважины. В мягких и рыхлых горных породах производительность вращательного и ударно-вращательного бурения в значительной степени определяется интенсивностью удаления продуктов разрушения горной породы. 

       

      Вращательное  бурение разделяется  на:

1. роторное, когда долото, находящееся на забое, приводится во вращение при помощи колонны бурильных труб;
2. турбинное, когда двигатель перенесен к забою скважины и поток циркулирующего глинистого раствора используется в турбоаппарате как источник энергии (примеры показаны на фото 1);
3. электрическое, когда электромотор находится над долотом;
4. комбинированное, при котором на буровой устанавливаются две установки: для вращательного и для ударного бурения.

        Последняя используется для бурения  в очень крепких породах для  вскрытия месторождения с истощенными  коллекторами и для подъема  инструментов в случае аварии  с лебедкой в процессе бурения.

        Независимо от метода процесс бурения скважин состоит из следующих последовательных операций:

      1) опускание разрушающего инструмента  (долота) в скважину до забоя;

      2) разрушение долотом породы;

      3) подъем долота из скважины;

      4) разобщение пластов, состоящее  из крепления скважины обсадными трубами и ее цементажа (тампонажа). 
 

                4. Буровые промывочные жидкости (БПЖ).

        Периодическую промывку  скважин начали применять со 2-й половины 19 века, т.е. когда был распространён ударный способ бурения. (ударный способ – при падении груза, происходило выдалбливание грунта, желонкой  удаляли породу, при применении воды, разрушение происходило лучше).

Вращательный способ бурения вызывал необходимость  непрерывной промывки разрушающих  горных пород. Первая промывочная жидкость – вода.

 

4.1 Условия бурения  с применением  БПЖ.

                          Бурение скважин проводят в различных горно-геологических условиях и для эффективного их сооружения применяют разнообразные по составу и свойствам буровые растворы. Для контроля  их свойств измеряют целый ряд их параметров, которые определяют соответствие этих свойств условиям бурения скважин.

                   

                             4.2 Способы промывки. 

  Вода как промывочная жидкость может быть применена в районах где геологический разрез сложен твёрдыми породами, не обваливающимися, глинизации стенок не будет. Промывка водой в скальном грунте (одна вода разрушает стенки скв.)

+  Не возникает  сил трения,

+  уменьшается  гидравлическое сопротивление в  буровой колонне, турбобуре, долоте, затрубном пространстве.

+ Облегчаются  условия работы буровых насосов,  увеличивается мощность турбобура.

Недостатки  применения воды в качестве промывочной  жидкости:

- опасность  прихвата буровой колонны (зависание,  прилипание бурильной колонны к стенкам скв.),

- могут быть  обвалы пород, т.к. вода не  обеспечивает должного гидростатического  давления.

- разбуривание  продуктивного горизонта с промывочной  водой невозможно (т.к. в случае  использования воды скв может  не отдать нефть, из-за того что вода смачивает поры пласта-коллектора и закупоривает их, т.к. образуются плёнки на порах).

Глинистые растворы готовят из глинопорошка и воды. Чаще всего применяют бентонитовый глинопорошок (тонкодисперсный очищенный порошок- 100% глина). Глины – смеси глинистых минералов.

Наиболее распространённые  гл. минералы:

• каолиниты – Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O,
• галлуизиты Al₂O₃*2SiO₂*3H₂O,
• монтмориллониты Al₂O₃*4SiO₂*2H₂O, (глины образуются на морской глубине, очень мелкие глины, разбухают более чем в 200 раз).

Монтмориллониты входят в состав практически всех глин на территории ЗС.

Глины содержат окислы железа, калия, натрия, кальция, магния. (алюмосиликаты)

Ингибирование БР- процесс  уменьшения кавернообразования при  бурении водными растворами в  глиносодержащих породах.

Качество глинистых  растворов характеризуется:

• плотностью (ρ, кс/м²),
• текучестью,
• вязкостью, Тс.
• Водоотдачей (за 30 мин),
• Фильтрацией (см³/30 мин),
• Статическим напряжением сдвига – способ удерживания частиц, Q_1/10 в мПа, gПа, Па, сНс.

РАСТВОРЫ  НА НЕВОДНОЙ ОСНОВЕ

К ним относятся  растворы на нефтяной основе (РНО). Даже при больших давлениях растворы на неводной основе не фильтруются  в стенки скв., что позволяет оптимально сохранить коллекторские свойства продуктивного пласта. Т.о. данные растворы не влияют на коллекторские свойства пласта. Кроме того в жидкостях на неводной основе практически не диспергируются глиносодержащие породы. (диспергирование – измельчение) ствол скважины будет без каверн. Чем проще состав раствора, тем более он стабильный, надёжнее его технические свойства.

Растворы на нефтяной основе взрывоопасны, пожароопасны, они  более дорогие, загрязняют окружающую среду (по линии Манифольда происходит утечка раствора в среду). Для их применения должно быть получено разрешение на их использование (от горбезопасности и экологического совета). Эти растворы чувствительны к температуре, так как составные имеют различную температуру кипения. Нужно тщательно подбирать их состав. При использовании таких растворов будут затруднены электро-каратажные работы, так как эти жидкости диэлектрики, и данные по электро-каратажным работам будут искажены.(!) 

  4.3 Функции бурового  раствора. 

 

1. вынос шлама  на дневную поверхность (очистка  забоя);
2. удержание частиц выбуренной породы во взвешенном состоянии при остановке циркуляции;

 Структура раствора – статическое напряжение сдвига, сила нарушающая состояние покоя (во время остановки циркуляции);

3. создавать противодавление на стенки скв предотвращающее обвалы пород и предупреждая водо-газо-нефтепроявление.  то ρgh Рпластовое, стабильные стенки скв., не фонтанирование скважины.
4. глинизация стенок скв. в продуктивном пласте поры закупориваются(фильтрат бурового раствора проникает в пласт, а у выхода пласта образуется глинистая корочка), что препятствует  проникновению раствора в пласт и отходу нефти и газа из забоя.
5. охлаждение долота, турбобура, электробура, бурильной колонны. Б. Р. протекает через промывочные отверстия  и охлаждает долото.
6. смазывает трущиеся детали долота и турбобура. В буровые растворы на территории ЗС обязательно вводят смазывающие добавки.
7. при турбинном способе бурения Б.Р. является источником энергии для вращения вала турбобура.
8. защита бурового оборудования, буровой колонны от коррозии (Рh БР поддерживается 8-9 – щелочная среда).  Лбт трубы алюминиевый  сплав- боятся выс. щелочной среды; металлические трубы боятся кислотной среды.

 

     4.4 Классификация  бурового раствора.

1. на водной основе (вода, глинистые растворы),
2. на неводной основе (углеводородные – нефтяные),
3. аэрированные (облегчённые растворы, насыщенные газами- воздухом). При аэрированнии плотность раствора падает, т.о. тяжелые растворы делают более легкими.

     4.5 Параметры бурового  раствора. 

      Бурение скважин проводят в различных  горно-геологических условиях и  для эффективного их сооружения применяют разнообразные по составу и свойствам буровые растворы. Для контроля  их свойств измеряют целый ряд их параметров, которые определяют соответствие этих свойств условиям бурения скважин.

        К таким параметрам относятся:

1. - плотность – масса единицы объема и зависит от содержания и состава твердой фазы. Повышение плотности отрицательно сказывается на механической скорости бурения и в то же время она способствует созданию давления на стенки скважины, предотвращению их обрушения и притоков в скважину воды, нефти и флюидов. Уменьшение плотности необходимо для устранения поглощения промывочных жидкостей, что возможно при введении в промывочную жидкость воздуха с целью получения аэрированного раствора;
2. - условная вязкость – повышенная вязкость раствора способствует увеличению выхода керна и выноса частиц шлама и усилению связности рыхлых пород, но в то же время это приводит к снижению механической скорости бурения, увеличению гидравлических сопротивлений, ухудшению очистки раствора от шлама в циркуляционной системе;
3. - статическое напряжение сдвига характеризует прочность структуры глинистого раствора, образующейся за определенное время его пребывания в покое;
4. - водоотдача и толщина фильтрационной корки являются наиболее важными характеристиками промывочных жидкостей. Водоотдача – это способность раствора отдавать воду под избыточным давлением через пористую перегородку;
5. - содержание песка в растворе определяют с помощью металлического отстойника ОМ-2;
6. - стабильность раствора;
7. - реологические параметры характеризуются пластической и эффективной вязкостью, а также динамическим напряжением сдвига.