Преимущества и недостатки турбинного способа бурения скважин

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального  образования

«УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУВПО «УДМУРТСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФИЛИАЛ ГОУВПО «УдГУ» В г. Воткинске

НЕФТЯНОЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

Кафедра РиЭНГМ

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: Бурение  нефтяных и газовых скважин

На тему: Преимущества и недостатки турбинного способа  бурения скважин.

Вариант 16

 

 

 

Выполнил: студент группы 3с-Вт-130503-33(к) Талынев А.А. 
Проверил: Чудаев А.Б. 

 

 

 

 

 

 

г. Воткинск,

2013 г.

ВВЕДЕНИЕ

 

Турбинное бурение - это один из видов вращательного бурения скважин с двигателем непосредственно у забоя. В качестве источника энергии при турбинном бурении используется поток промывочной жидкости, циркулирующей под давлением и проходящей через гидравлическую турбину, вращающую соединенное с ней долото. При этом колонна бурильных труб не вращается. Турбинное бурение обеспечивает повышение мощности, подводимой к забою, и форсированные режимы бурения. Турбинное бурение является эффективным благодаря неподвижности колонн труб при направленном бурении в труднодоступных условиях суши и моря, облегчает условия работы бурильных труб, уменьшает их износ и снижает аварийность. Родиной турбинного бурения является СССР.

 

Преимущества  и недостатки турбинного способа  бурения скважин

 

Суть турбинного бурения  состоит в использование забойной машины, которая называется турбобур (рис. 1). Турбобур располагается непосредственно над долотом и является машиной, преобразующей гидравлическую энергию потока бурового раствора в механическую энергию, необходимую для вращения долота. Гидравлическая турбина – движущий узел турбобура, состоящая из множества одинаковых по конструкции элементов, называемых ступенями. Буровой раствор проходит последовательно через все ступени, и создаваемые вращающие моменты ступеней суммируются.

Корпус турбобура через  переводник присоединяется к бурильной  колонне, а она через ведущую  трубу и вкладыши ротора передает реактивный крутящий момент на застопоренный стол ротора. При большой глубине при искривленном стволе скважины весь реактивный момент или его значительная часть передается на стенки скважины. Во избежание отвинчивания резьб турбобура под действием крутящих моментов все резьбовые соединения следует закреплять с надлежащим моментом. На вал турбобура навинчивают переводник, калибратор и долото.

Турбинное бурение ведётся трёхшарошечными, алмазными и безопорными долотами из композиционных сверхтвёрдых материалов на глубине до 2500-3000 м с частотой вращения долота 300-400 об/мин, а в более глубоких скважинах – 200-250 об/мин. В зависимости от условий бурения применяются турбобуры с разными характеристиками и конструктивными особенностями. Например, при бурении с промывкой скважин водой используют турбобуры с повышенными расходами жидкости. В твёрдых и крепких породах турбинное бурение осуществляется с применением устройств для подавления вибрации долота, что увеличивает его стойкость. В породах мягкой и средней крепости применяются турбобуры с большим запасом вращающего момента, чем при бурении крепких пород.

Турбинный способ бурения  наиболее эффективен при проводке вертикальных и наклонных скважин с нормальными условиями бурения с использованием неутяжеленных буровых растворов или воды, особенно при разбуривании прочных карбонатных отложений, характерных для районов Урало-Поволжья, а также Западной Сибири.

 

Рис. 1. Турбобур:

а) общий вид:

1 – вал,

2 – корпус;

б) принцип  действия турбины:

1 – внешний обод  статора,

2 – лопатки статора,

3 – внутренний обод статора,

4 – внутренний обод ротора,

5 – лопатки ротора,

6 – внешний обод ротора.

Преимущества турбинного способа бурения скважин:

1. Основное преимущество турбинного бурения перед вращательным заключается в том, что вращается только долото, колонна труб неподвижна, значит не требуется затрачивать энергию на вращение колонны. Следовательно, турбинный способ бурения более эффективен с меньшими энергозатратами на бурение и позволяет бурить глубокие скважины быстрее, расходуя при этом значительно меньше энергии и металла, чем при роторном бурении.
2. Для турбинного бурения не требуется высококачественного оборудования, как например ротора со специальными вкладышами или фрезерованными зубьями, мощных вертлюгов, тяжелых бурильных труб, так как при турбинном бурении последние используются только для подачи глинистого раствора с поверхности к турбине. Благодаря этому оборудование при турбинном бурении в значительной степени облегчается и удешевляется.
3. Улучшаются, в отличие от роторного способа, условия работы бурильной колонны, что позволяет облегчить и удешевить ее, применить легкосплавные и тонкостенные бурильные трубы. Осевая нагрузка на долото, как и в роторном бурении, передается частью веса бурильной колонны, однако длина УБТ может быть уменьшена, поскольку передающий осевую нагрузку сжатый участок колонны не испытывает таких сложных напряжений, как при роторном бурении, реже встречаются усталостные поломки. Во избежание зависания и прилипания колонны к стенке скважины целесообразно периодическое ее проворачивание ротором.
4. Срок службы бурильной колонны обычно в 2 раза больше, чем при роторном способе.
5. Возрастает механическая скорость проходки вследствие высокой частоты вращения долота, что ведет к значительному росту коммерческой скорости, особенно для скважин небольшой и средней глубины.
6. Могут использоваться все виды буровых растворов, исключение составляет лишь продувка воздухом. При бурении с промывкой аэрированными растворами удается частично полезно использовать установленную мощность привода компрессоров.
7. Облегчается отклонение ствола скважины в требуемом направлении.
8. Улучшаются условия работы обслуживающего персонала, так как отсутствует непрерывный шум ротора и уменьшаются вибрации на буровой.

Благодаря турбинному бурению были созданы новые эффективные методы - наклонно направленная проходка скважин и строительство скважин кустами. Это позволило со значительно меньшими затратами средств и времени по сравнению с другими видами бурения вводить в промышленную разработку месторождения нефти и газа, расположенные под шельфами океанов, морями-озерами, болотами, промышленными объектами, в таежных лесах и на других труднодоступных участках.

Недостатки турбинного способа бурения скважин:

1. Повышенные давления в циркуляционной системе вызывают более частый промыв резьб, что требует их тщательного контроля и смазывания, хорошего крепления, использования соединений повышенной герметичности.
2. Вследствие высокой частоты вращения долота снижается проходка на долото в связи с повышенным износом опор и вооружения долот, отсутствием долот с герметизированной опорой для высокооборотного бурения, ограничением перепада давления в насадке долота и скорости истечения бурового раствора из них.
3. Недостаточно длителен межремонтный срок службы опор турбобура, что снижает эффективность применения износостойких алмазных долот, долот ИСМ; для их эффективного использования в ряде случаев недостаточен крутящий момент.
4. Турбина имеет относительно низкие показатели при использовании очень вязких и утяжеленных растворов. Турбины и опоры быстро изнашиваются при высоком содержании в растворе твердой фазы, шлама и песка. Турбинный способ бурения современными турбобурами нельзя применять, если в качестве циркулирующего агента используется воздух или газ, а также, если используются глинистые растворы, в которые введены различные ингредиенты - рисовая или подсолнечная шелуха, древесные опилки, кусочки кожи, цемент, жидкое стекло и др., так как эти ингредиенты забивают турбины турбобура. Обычно оказывается невозможным использовать современные турбобуры с глинистыми растворами плотностью 2 г / см3 и выше. В этих случаях обычно применяют роторный способ.
5. При турбинном бурении невозможно независимое регулирование параметров режима бурения, и при этом велики затраты энергии на 1 м проходки, расходы на амортизацию турбобуров и содержание цехов по их ремонту.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Отмеченные преимущества турбинного бурения обусловили его  широкое применение в нашей стране, особенно с переходом на кустовое бурение наклонно направленных скважин. Многие достижения по скоростной проводке скважин в стране связаны с этим способом. Объем турбинного бурения продолжает повышаться, несмотря на одновременное увеличение объемов бурения другими способами.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учеб. для вузов/А. Н. Попов, А. И. Спивак, Т. О. Акбулатов и др.; Под общей ред. А. И. Спивака. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003 г.
2. http://www.ngpedia.ru
3. http://www.mining-enc.ru/t/turbinnoe-burenie/
4. http://ru.wikipedia.org