Строительство нефтяных и газовых скважин

А. С. Новиков, 2021

Бурение скважин в первую очередь глубоких и сверхглубоких параметрических, поисковых, разведочных и эксплуатационных (добычных) на нефть и газ. Целью данной работы является краткое освещение применяемой современной техники и технологии строительства скважин. Рассмотрены: обработка скважин соляной кислотой, термокислотные обработки и кислотные обработки терригенных коллекторов. Рассмотрено пенно-полимерное заводнение и внутрипластовое горение. Приведен общий обзор колтюбинговых технологий и особенности колтюбинга (ГНКТ) и перфорации скважин. Данная работа будет полезна студентам специальности бурение, полевым инженерам по бурению, работникам буровых компаний.

Глава 5. Разрушение горных пород

§ 14. Породоразрушающий инструмент

При раскопках в Египте, в долине реки Нил, обнаружено громадное число гидрогеологических скважин, возраст которых исчисляется сотнями лет до нашей эры. В некоторых случаях в текстах, высеченных на камнях, сохранились даже даты их прокладки. И что вызывает изумление, есть и такие скважины, которыми население по прошествии почти 20 веков пользуется в пустыне и поныне. Кроме того, не представляет секрета и то оборудование, с помощью которого египтяне в древности производили бурение скважин. В начальный период работа выполнялась неотесанными каменными, сделанными из кремня, долотами, прикрепленными к деревянным палкам (шестам). Однако впоследствии каменное долото сменило металлическое сверло-зубило.

Впоследствии бурение вращательным методом осуществлялось лопастными долотами.

Шарошечное долото с правильным конусом изобретено в США Хьюзом в 1909 году. Это было революционное техническое решение по повышению эффективности бурения нефтяных, газовых, взрывных и др. скважин.

Работа шарошечного долота, как и других видов долот является механическим процессом. Очевидно, что все процессы протекают одновременно и создают сложную картину взаимодействия породо-разрушающих элементов долота с горной породой. Для упрощения различные явления рассматриваются отдельно.

Особенностью работы долота является отсутствие жестких устройств, направляющих инструмент по оси скважины. Забой, по форме близкий к плоскому, не способен центрировать долото, а направляющие инструмент стенки скважины не могут предотвратить колебания оси долота.

В настоящее время, долота, оснащенные резцами PDC, разработанные на базе лопастных долот, почти вытеснили шарошечные долота, но это не говорит о отсутствии интереса к ним буровиков.

Энергозатраты, качество работы и скорость бурения напрямую зависят от правильной подборки долота, от качества его изготовления и свойств материала, из которого он изготовлен. Породоразрушающий инструмент в настоящее время претерпел значительные изменения и постоянно совершенствуется. Повсеместное применение долот типа PDC и увеличение диапазона их применения, значительно улучшило показатели бурения, эксплуатация этих долот существенно отличается от эксплуатации шарошечных долот. Контроль за работой сервисной долотной компании, рациональной отработкой долот, снижает вероятность аварий с долотами, достижению максимальной рейсовой скорости проходки. Основные параметры бурового инструмента: под параметрами инструмента обычно подразумевают все данные, которые позволяют оценить его конструкцию, технический уровень, степень надежности в работе, определяют его техническую и общественную полезность, экономическую эффективность, позволяют выявить область рационального применения и др. Один из важнейших, наиболее универсальных параметров, общий для всех видов бурового инструмента — фактический срок его службы (стойкость). Он обеспечивает возможность оценить общественную полезность (практическую ценность) конструкции инструмента каждого классификационного подразделения и входит в эксплуатационную характеристику в качестве ее основного компонента. Он может быть выражен в различных единицах, чаще всего в часах. Стойкость, или долговечность, инструмента характеризует работоспособность промышленного изделия. Срок службы, стойкость, или долговечность, инструмента, его узла или детали зависит от условий применения и режима эксплуатации. С увеличением глубины бурения роль этих параметров растет и применение инструмента, характеризующегося небольшим сроком службы (или малой часовой стойкостью), оказывается экономически невыгодным. Параметр, весьма близкий к сроку службы, — проходка на инструмент (в метрах). Его называют показателем работы (долота или другого породоразрушающего инструмента). Этот параметр доминирует при анализе работы и сравнительных испытаниях разных моделей или модификаций однотипного бурового инструмента. При анализе работы породоразрушающего инструмента в некоторых случаях (например, при бурении относительно неглубоких интервалов скважин) на первое место выдвигается механическая скорость проходки, чаще всего ее среднее значение как частное от деления проходки на время чистого бурения.

Очень важная составляющая в работе с долотами является оценка износа долот. Этот вид сервиса очень важен для подбора наиболее эффективного инструмента для бурения следующей скважины на данной площади. Изучение износа позволяет точно восстановить ход процесса бурения и определить, какие изменения необходимо сделать в процедуре подбора буровых долот для следующей скважины. Анализ износа долот также дает понятие о возможных путях корректировки параметров бурения с целью повышения качества производства буровых работ и снижения стоимости проходки при бурении последующих скважин.

Типы породоразрушающего инструмента

Породоразрушающий инструмент делится на следующие типы по характеру разрушения горной породы:

• Скалывающего и дробяще — скалывающего типа (шарошечные долота);

• Режущего типа (лопастные долота и долота PDC);

• Истирающего типа (алмазные долота и долота ИСМ);

Шарошечное долото представляет из себя механизм, состоящий из сваренных между собой секций (лап), на цапфах которых на телах качения или скольжения вращаются оснащенные вооружением в виде твердосплавных зубков или фрезерованных зубьев шарошки. В корпусе долота выполняются промывочные устройства для подачи через них на забой промывочной жидкости.

На наружной поверхности ниппеля, образованного хвостовиками лап, нарезается присоединительная замковая резьба. С целью предотвращения потери диаметра долота, спинки и козырьки лап могут армироваться износостойким материалом. Для обеспечения работы опоры в смазке шарошки на цапфе герметизируются уплотнительным устройством, а в корпусе устанавливается компенсирующее устройство, заполненное смазочным материалом.

В зависимости от физико-механических свойств горных пород долоту необходимо придать качество, обеспечивающее наибольшую эффективность разрушения породы (резанием, дроблением, дробящее-скалывающим, режуще-скалывающим, истирающим) действием, при наименьших энергетических затратах. [9]

На сегодняшний день в мире серийным производством шарошечных долот, занимаются 20 компаний. Из них первое место по техническому уровню и качеству долот принадлежит пяти компаниям:

Hughes Christensen — аббревиатура долот: R, GTX, MAX, GT, STR, MX, HR,XL, STX.

Smith — аббревиатура долот: DSJ, MGSS, FDS, FGS, XR+, DTJ, OFS, GMS, MG, FG, MF, MGS, MF, FI, F, GFI.

Reed — аббревиатура долот: EMS, N, HP, ENT, TD, MNT, SL, Y, EHP, EM, TDD.

Security DBS — аббревиатура долот: XN, XT, XS, XLC XS, XLD.

Varel — аббревиатура долот: L, ETR, CH, CHS, ETD, LH, V, M.

В России и СНГ остались прежние производители долот ОАО «Волгабурмаш» ОАО, создана и работает компания «Буринтек». Кроме того, долота в меньших объемах выпускают фирмы США: Rock Bit, Walker-McDonald и др, Япония: TIX, Румыния: Industrial, Венгрия: DKG, Китай: Kingdream и др. [43]

Долговечность шарошечных долот определяет эффективность процесса углубления скважины, при этом их прочность и износостойкость во многом определяется правильным выбором и качеством сталей и других конструкционных и упрочняющих металлов, и сплавов, резин и смазок.

В связи с тем, что буровые долота эксплуатируются в исключительно тяжелых условиях, подбор сталей и других материалов должен быть строго дифференцирован для каждого отдельного элемента долота — от тел качения и подшипников скольжения до корпусов лап, шарошек и армирующих твердосплавных наплавок.

Опора лапы долота — цапфа, на которой вращается шарошка, подвергается воздействию значительных статических и динамических нагрузок. Особенности условий работы цапфы характеризуется контактно-усталостным изнашиванием в случае негерметизированной опоры. Поэтому сталь, используемая для изготовления лапы долота, должна обеспечивать высокую прочность и вязкость в сочетании с высокой контактной выносливостью и хорошей износостойкостью. Кроме того, конструктивные особенности буровых долот обуславливают необходимость хорошей свариваемости материала лап. К материалу корпуса шарошки, особенно с твердосплавным вооружением, предъявляется не менее сложный комплекс требований, поскольку он должен обеспечивать надежное удержание твердосплавных зубков, закрепляемых в отверстиях шарошки способом холодной запрессовки. [9]

В соответствии со способами разрушения горных пород изготавливаются следующие типы буровых долот:

1 — Шарошечные;

2 — Долота типа PDC;

3 — Фрезерные;

4 — ИСМ;

5 — Алмазные долота;

6 — Бицентричные, оснащенные резцами PDC;

7 — Долота для ударного бурения;

8 — Долота для бурения с отбором керна (кольцевым забоем);

9 — Лопастные.

Заслуживает внимания повышение показателей работы долот в результате криогенной обработки. По анализу работы 196 долот, отработанным в глубоком бурении, повышение показателей опытных долот над серийным составило по проходке на 31,5 %, по стойкости 14 % и по механической скорости бурения на 17 %. По долотам ИСМ получено увеличение проходки в четыре раза по сравнению с серийными, за счет предотвращения разрушения промывочных каналов и образования кольцевой выработки на торце долота. У долота PDC обработанного жидким азотом износостойкость корпуса значительно повысилась.

§ 15. Шарошечные долота

В настоящей главе рассмотрены долота Волгобурмаш рис. 44. Отечественные долота Волгабурмаш приведены к мировым стандартам и соответствуют стандартам API, и по коду IADC всегда можно подобрать аналог долота любого производителя.

Условные обозначения долот ВБМ по коду IADC

Классификация шарошечных долот по IADC — основана на четырехсимвольном коде, отражающем конструкцию долота и тип горных пород, для бурения которых оно предназначено. Первые три символа — цифровые, а четвертый — буквенный. Последовательность цифровых символов определяется как «серия — тип — опора / калибрующая поверхность». Четвертый буквенный символ определяется как «дополнительные характеристики».

Первая цифра кода — серия вооружения долота (1–8).

Восемь категорий серий вооружения соответствуют общей характеристике горных пород, для бурения которых предназначено долото. Серии от 1 до 3 определяют долота с фрезерованным вооружением, а серии от 4 до 8 — долота с твердосплавным вооружением. Внутри групп фрезерованных и штыревых долот увеличение цифры серии означает увеличение твердости пород, для которых предназначено долото.

Вторая цифра кода — тип вооружения долота (1–4). Каждая серия разделена на 4 типа в зависимости от твердости разбуриваемых пород. Тип I означает долота для бурения наиболее мягких пород в пределах серии, а тип 4 — относится к наиболее твердым породам в пределах серии.

Третья цифра (1–7) характеризует конструкцию опоры и наличие (или отсутствие) твердосплавных вставок на калибрующих поверхностях шарошек.

1 — открытая (негерметизированная) опора.

2 — открытая опора для бурения с продувкой воздухом.

3 — открытая опора + твердосплавные вставки на калибрующих поверхностях шарошек.

4 — герметизированная опора на подшипниках качения.

5 — герметизированная опора на подшипниках качения + твердосплавные вставки на калибрующих поверхностях шарошек.

6 — герметизированная опора на подшипниках скольжения.

7 — герметизированная опора на подшипниках скольжения + твердосплавные вставки на калибрующих поверхностях шарошек. Категории 8 и 9 — резервные, для возможного использования в будущем. [43]

Четвертый буквенный символ кода — «дополнительные характеристики» (необязательная). 16 букв используются для обозначения специальных конструкций вооружения, опор, промывочных устройств и защиты корпусов долот.

Некоторые конструкции долот могут иметь более чем одну из дополнительных характеристик. В таких случаях указывается наиболее существенная из них.

А — долота для бурения с продувкой воздухом вместо промывки буровым раствором;

B — специальная конструкция уплотнений, допускающая, на пример, бурение с повышенной частотой вращения;

С — центральная насадка;

D — специальная конструкция вооружения, минимизирующая отклонение ствола скважины;

Е — удлиненные насадки;

G — усиленная защита козырьков лап наплавкой или твердосплавными зубками;

Н — долота для направленного или горизонтального бурения;

J — гидромониторные долота для бурения с набором кривизны;

L — калибрующие накладки на спинках лап, армированные твердосплавными зубками;

М — долота для бурения с забойными двигателями;

S — стандартные долота с фрезерованным вооружением;

Т — двухшарошечные долота;

W — усовершенствованное вооружение;

X — зубки преимущественно клиновидной формы;

Y — зубки конической формы;

Z — другие формы зубков. [43]

Трехшарошечные долота

215,9 AUL–LS62Y-R437

215,9 — Диаметр, мм;

AUL — Продуктовая линия;

LS62Y — Префиксы;

R437 — Суффиксы;

62-Код IADC (две первые цифры)

Суффиксы:

X — Клиновидный зубок, Y — Конический зубок;

Z — Зубок другой формы;

T — Усиленная объемная наплавка зубьев;

G — Армирование твердосплавными зубками обратного конуса шарошки;

D — Армирование зубками с алмазным покрытием обратного конуса шарошки;

GG — Двойной ряд плоских зубков на тыльном конусе шарошек;

DD — Двойной ряд алмазных зубков на тыльном конусе шарошек;

P — Дополнительный калибрующий ряд зубков (подрезные зубки);

F — Высокоскоростное покрытие шарошек карбидом вольфрама.

Префиксы:

C — Центральная промывка;

K — Комбинированная промывка;

A — Продувка воздухом;

N — Удлиненные насадки;

L — Наплавка козырька и набегающей грани лапы;

S — Армирование спинки лапы твердосплавными зубками;

D — Армирование спинки лапы зубками с алмазным покрытием;

B — скос на спинке лапы.

Алмазные долота

215,9 FD-377M-A03 (S333)

215,9 — Диаметр долота;

FD — Продуктовая линия;

FD — долота для бурения сплошным забоем;

D — долота для набора кривизны;

BD — долота для бурения с одновременным расширением скважины;

CB — долота-головки бурильные для отбора керна.

M — Тип породы:

S — Мягкие;

SM — Мягкие-средние;

M — Средние;

MH — Средние-твердые;

H — Твердые.

Рис. 5.1. Шарошечное долото

Шарошечные долота выпускаются: с одной, двумя и тремя шарошками. По характеру воздействия на горную породу подразделяются: дробящего действия, дробяще-скалывающего действия, истирающе-режущего типа, режуще-скалывающего типа. [9]

Долота типа М Рис. 44 — предназначены для бурения самых мягких, нецементированных, а также более плотных и менее пластичных сланцевых глин, пористых мергелей, песчаников, органогенных и органогенно-обломочных сильнопористых известняков, рыхлых песков, чередующихся слабоцементированных песчаников и глин. Имеют самоочищающиеся шарошки, оси шарошек смещены в направлении вращения, чем достигается эффект резания. Большой угол наклона оси шарошки к оси долота позволяет вписать в скважину шарошки больших диаметров.

Долота типа МС — предназначены для разбуривания вязких, пластичных, абразивных пород, бурение которых долотами типа М вызывает интенсивный износ вооружения. Оси шарошек также смещены в сторону вращения относительно оси долота. Отличие двух типов долот в вооружении. Долота типа МС применяются для проходки мягких, с прослойками средней твердости абразивных пород; сланцевых глин плотных и слабопористых, глинистых мергелей, пористых глинистых сланцев и аргиллитов плотных и слабопористых, твердых сланцев с раковистым изломом и метаморфизованных, гипса, каменной соли, меловых отложений, цементированных ангидридов, известняков средней твердости, доломитов.

Шарошки двух и трех конусные самоочищающиеся, со смещенными осями долота в сторону вращения, но меньше, чем у долот типа М. Вооружение то же, но высота меньше. [8]

Долота типа МС3 — Рис. 5.3 применяются для проходки мягких с прослойками средней твердости абразивными породами. Аналогичны долотам МС, но в шарошках вместо литых зубьев запрессованы твердосплавные зубки клиновидной формы. Рис. 5.4.

Рис. 5.2. Долото тип С

Рис. 5.3. Долото типа М

Рис. 5.4. Долото типа МСЗ

Долота типа С Рис. 5.2 используются для бурения средних по твердости малоабразивных пород (пластичных, хрупких): глинистых песчанистых сланцев и аргиллитов сильнопористых, алевролитов кварцевых с глинистым базальным цементом плотных и слабопористых, алевролитов с глинистым поровым цементом, пористых известняков.

Долота дробящего действия (долота типа СТ) — применяются для бурения пород средней твердости с пропластками твердых пород (хрупких и пластичных); алевролитов кварцевых с глинистым цементом плотных и слабопористых, алевролитов кварцевых с карбонатным базальным цементом плотных и слабопористых песчаников кварцевых с контактным цементом пористых, известняков пористых органогенных и органогенно-обломочных мелкозернистых, доломитов сильно пористых, слабопористых, доломитов чередующихся с глинистыми и гипсовыми прослойками, ангидридов и конгломератов твердых и других пород, перемежающиеся с прослойками более твердых и окременелых, и более абразивных пород.

У этих долот, как правило, двух или трех конусные самоочищающиеся шарошки, оси которых пересекаются в одной точке на оси долота. Шарошки снабжены мелкими зубьями с большими углами заострения. [9]

Долота типа Т — предназначен для бурения твердых хрупких скальных малоабразивных с пропластками крепких абразивных пород: песчаников кварцевых, плотных слабопористых, с карбонатным или сульфатным базальным цементом, с регенерационным цементом, чередующихся с пропластками окремелых пород, сильноабразивных, доломитов плотных слабопористых, кремниевых сланцев. Отличие от долот типа Т и ТЗ наличием на периферийной части венца шарошек вставных твердосплавных зубов с полусферической рабочей частью. Применяются для бурения с промывкой и продувкой воздухом.

Долота типа ТКЗ — применяются для бурения скальных пород с прослоями абразивных. Отличаются от долот типа Т и ТК вооружением шарошек, в которые вместо фрезерованных зубьев впрессованы штыри с клиновидной формой.

Долота типа К — применяются для разбуривания самых твердых и крепких абразивных пород (хрупких) окременелых и кремнистых, мелкокристаллических известняков, доломитов, кварцитов, нитритов и др. Оснащен полусферическими зубками.

Долота типа ОК — предназначены для разбуривания очень крепких пород, сильно абразивных (горнорудная промышленность). Вылет зубка малый.

Шарошечными долотами бурили 90 % скважин на нефть и газ, в настоящее время долота PDC вытесняют повсеместно шарошечные долота. Несмотря на более высокую стоимость долот PDC, они эффективней шарошечных долот, но полностью заменить шарошечные не смогут. [48]

По конструкции корпуса шарошечных долот делятся на две группы: А — секционные долота от 46 до 346 мм, корпус сварной; Б — корпус целый, литой. Шарошки на долоте вращаются на шариковых и роликовых подшипниках. Шариковый также служит замком, удерживающим шарошку на цапфе. В зависимости от комбинации подшипников долота могут быть: низкооборотные, преобладают ролики, в шифре долота имеется буква Н; высокооборотные, преобладают шарики, в шифре имеется буква А; долота с герметизированной опорой, где подшипники герметизированы специальным сальниковым уплотнением, а смазка подается по каналам в лапах из специальной полости, в шифре присутствует ГНУ и ГАУ. У серии ГНУ — опора качения (ролики), ГАУ — опора скольжения. Характерная особенность долот этих серий: вращение долот невозможно без приложения начальной нагрузки. [9]

Компоновка узлов и деталей шарошечного долота приведена на Рис. 5.5.

Рис. 5.5. Компановка шарошечного долота

Существуют различные виды узлов промывки: центральная, гидромониторная, асимметричная, с горизонтальным направлением одного сопла, с вертикальным направлением. Для гидромониторной промывки применяются насадки, изготовляются за рубежом из вольфрама кобальтового твердого сплава, устойчивого к абразивному износу, в России из металлокерамики. Диаметр и количество насадок рассчитываются для конкретных условий бурения, для создания гидромониторного эффекта и эффективной очистке забоя. Насадки могут быть мини удлиненные и макси удлиненные. Также изготавливаются щелевые насадки из высокопрочного чугуна. [9]

Ассортимент шарошечных долот достаточно велик. По диаметрам, диапазон долот составляет от 93 мм до 914,4 мм. Компанией Huges Christensen разработано гибридное долото на базе шарошечного и долота PDC рис. 5.6. По сравнению с обычными типами алмазных долот PDC, уровень крутильных колебаний в системе буровых долот Kymera на 50 процентов меньше, поэтому его называют динамически устойчивым. Предназначены для бурения в перемежающихся твердых абразивных породах, состоящая из сланцевой глины, песка, эрозионного гранита, плотного песчаного пропластка, известняка и ангидритов, перемежающихся породах. Прерывистое скольжение возникает только при низких оборотах вращения долота. Так же снижены вихреобразные возмущения при высоких оборотах вращения долота. [21]

Рис. 5.6. Гибридное долото

§ 16. Кинематика шарошечного долота при бурении скважин

Шарошечное долото является своеобразным механизмом, преобразующим в процессе взаимодействия с забоем вращения бурильной колонны или вала забойного двигателя в продольные, крутильные, а в определенных условиях, поперечные колебания.

Сильные вибрации могут привести:

1. Разрушению бурильных труб;

2. Разрушению элементов вышки;

3. Повреждению забойных двигателей и забойной аппаратуры;

4. Увеличению диаметра скважины;

5. Преждевременному износу долота;

6. Снижению Vмex.;

При усилении вибраций и при отсутствии контроля за их уровнем, может возникнуть явление «резонанса», которое может привести к катастрофическим разрушениям элементов бурильных труб и долота. [54]

Продольные и крутильные колебания органически связаны со спецификой конструкции шарошечных долот и принципом их работы.

Колебания имеет волновую природу. [6] Они классифицируются на:

• Продольные;

• Поперечные;

• Крутильные;

Они возникают одновременно и зависят от волновой характеристики бурильной колонны и включенных в ее компоновку устройств (калибраторов, центраторов, демпферов, амортизаторов), типоразмера долота, свойств разбуриваемых пород, параметров режима бурения.

Основные причины возникновения колебаний:

• Скачкообразный характер разрушения горных пород;

Ухабистость забоя скважины, которая в свою очередь зависит от:

а) воздействия бурильной колонны на забой при ее продольных и крутильных колебаниях;

б) резких и частых изменениях параметров режима бурения;

в) неоднородности, трещиноватости, и резкой перемежаемости по твердости разбуриваемых пород;

г) различия давления под разными опорными зубцами долота, вызываемого:

1. Неравномерным износом цапф и деталей подшипников долота, приводящим к нарушению соосности геометрической оси шарошки с осью вращения, а как следствие, к неодинаковому динамическому нагружению разных опорных зубцов;

2. Неравномерным износом зубцов, приводящим к образованию разной площади контакта с породой;

3. Зубчатая рабочая поверхность долота; пульсация давления в нагнетательной системе;

4. Дискретную подачу инструмента и др.

Форма поверхности ухабообразного забоя может быть различной, но наиболее вероятной является волнообразная

Экспериментально установлены характеристики колебаний:

Частота продольных колебаний:

• Высокочастотные колебания — 110–170 Гц;

• Низкочастотные колебания — 3–20 Гц;

Частота крутильных колебаний:

• Низкочастотные — 6–16 Гц;

• Высокочастотные — 120–220 Гц;

• Промежуточные — 20–110 Гц;

Амплитуда продольных колебаний составляет 0,1–1 мм. Хотя абсолютные значения частоты для различных видов колебаний различный, однако, порядок числовых значений примерно одинаков. Поэтому колебания, в которых работает долото, можно разделить на две гармоники: — высокочастотную и низкочастотную. [54]

§ 17. Практические приемы и устройства для снижения воздействий вибраций при бурении

Практика показывает, что высокочастотные колебания бурильного инструмента, возникающие при перекатывании зубцов шарошки по забою скважины и недостаточные по амплитуде для объемного разрушения породы, могут быть без ущерба погашены. [54]

В этом случае опоры шарошек будут испытывать вибрации меньшей интенсивности и ресурс долота возрастет.

Низкочастотные колебания связаны с усилием прижатия бурильной колонны к стенкам скважины, носят релаксационный характер и полностью связаны по частоте и амплитуде с крутильными колебаниями.

По данным исследований, низкочастотные колебания по амплитуде в 1,3–2,6 раза превышают статические усилия нагружения долота бурильным инструментом. Эта нагрузка способна создавать усилия для объемного разрушения забоя скважины. Следовательно, эффективность работы долота при условии сохранения динамических импульсов, возникающих при воздействии низкочастотных колебаний бурильного инструмента, повышается. При возникновении вибраций необходимо:

• Заново приработать долото;

• Отбурить 1–1.5 м нового ствола;

• Остановить вращение на 15–30 сек. и промыть забой;

• Продолжить бурение на пониженных режимах;

• При продолжении вибраций изменить режим бурения — снизить об/мин и/или повысить нагрузку на забой;

Если принятые меры неэффективны, необходимо применять в КНБК над долотный амортизатор. Рекомендуется над долотный амортизатор устанавливать на некотором расстоянии от долота, для использования низкочастотных колебаний при разрушения породы.

Для гашения продольных и крутильных колебаний разработаны различные конструкции амортизаторов, демпферов. В качестве амортизирующего элемента используются эластомеры и пружины.

Увеличение количества промывочной жидкости, подаваемой на забой скважины, снижает амплитуду продольных колебаний;

Неравномерность нагрузки на долото увеличивает амплитуду крутильных колебаний;

Поперечные колебания можно снять установкой полноразмерного над долотного калибратора, если это не спровоцирует рост зенитного угла скважины.

Если, самые высокие значения механической скорости проходки (ROP) достигаются при использовании нескольких комбинаций, нагрузка на долото (и обороты долота), то всегда нужно использовать наименьшую по величине комбинацию, что позволит снизить вероятность возникновения вибраций.

В крепких породах вероятность возникновения вибраций достаточно велика, поэтому необходимо при переходе из мягких пород в твердые, снижать скорость вращения долота, и проводить тест по подбору режима бурения. Максимальная скорость проходки должна быть при минимальных вибрациях. Из практики известно, что при возникновении осевых вибраций, уход в сторону снижения осевой нагрузки и оборотов ротора до 40–60 об/мин, устраняет вибрации, но снижает механическую скорость проходки. Увеличение скорости вращения ротора до 200 об/мин, так же устраняет вибрации, при увеличении мех, скорости проходки, но риск слома бурильных труб и УБТ возрастает. [54]

§ 18. Долота истирающего типа

Алмазные долота — применяются для нижних интервалов бурения, в малоабразивных и абразивных породах твердых и средней твердости (известняки, аргиллиты, плотные глины, ангидриты, доломиты, песчаники и др., где проходка на шарошечные долота 5–10 м). Изготовляются диаметрами: 140; 159; 188; 214,3; 241; 267 мм:

a. Однослойные:

b. Радиальные;

c. Ступенчатые;

d. Ступенчатые с шаровыми выступами;

e. Импрегнированные с примерно равномерным распределением в матрице (слой 5–6 мм) зерен алмазов.

К конструктивным элементам относятся: сорт, размер, форма и выступление из матрицы зерен алмазов, конструкция центральной и торцевой части, высота калибрующей поверхности, твердость и абразивная стойкость матрицы, а также конструкция промывочных узлов. В долотах обычно используют наименее ценную разновидность природного алмаза (самого твердого минерала), именуемую карбонатом, карбонадо (бразильские технические алмазы) или черным алмазом. Но цвет алмазов этой разновидности может изменяться от черного до темно-коричневого, серого и серовато-зеленого в зависимости от присутствия тех или иных примесей. Перед использованием в буровых долотах природные алмазы обычно окатывают (овализуют) путем трения алмаза об алмаз. В результате такой обработки получают более прочные овализованные алмазы, подверженные раскалыванию в меньшей степени, чем остроугольные.

По размещению алмазов в матрице различают две разновидности долот: однослойное и многослойное, т. е. с импрегнированными алмазами (Рис. 5.7). Однослойные долота получают при однослойной укладке относительно крупных алмазов в графитовую пресс-форму, что приводит к их распределению в определенном порядке на поверхности матрицы, а импрегнированные — при равномерном перемешивании алмазов (как правило, мелких и невысокого качества) с частицами карбида вольфрама и другими компонентами матрицы перед спеканием долота. В импрегнированных долотах алмазы перемешаны с матрицей. Долото так спроектировано, что изношенные алмазы будут постепенно выпадать из долота по мере износа матрицы. Следовательно, стойкость таких долот существенно выше чем традиционных, а МСП не должна уменьшаться. [9]

Рис. 5.7. Импрегнированные алмазные долота

Для различной твердости пород существуют различные профили. Кроме того, используется азное число и размер лопастей. Для более твердых и перереслаивающихся пород используется средний более плоский и круглый профиль. Количество лопастей увеличено.

Технические показатели алмазных долот во многом зависят от качества и размеров алмазов. Качество определяют группой и категорией, а размер — числом камней на 1 кар (0,2 г). Работоспособность алмазного долота в наибольшей степени, чем инструмента любого другого вида, зависит от чистоты ствола и забоя и качества промывки. При наличии металла или твердого сплава (даже в малом количестве), или крупных обломков крепких пород на забое происходит образование выбоин, выкрашивание или раскалывание алмазов и быстрое разрушение долота. При недостатке бурового раствора наблюдается перегревание и растрескивание (прижог) алмазов.

Долота ИСМ — отличие от алмазных: сверхтвердый материал, которым оснащены вставки (породоразрушающие элементы). Этот материал называется славутичем. Характерное отличие — высокая износостойкость. Выпускаются три разновидности: режущие, торцевые (зарезные), истирающие. В настоящее время ведется работа по изготовлению долот ИСМ для твердых абразивных пород. В отличие от алмазных долот, ИСМ более дешевые, меньше эффект поршневания, устойчивы от разрушения при работе по металлу. Существует метод повышения стойкости долот ИСМ за счет охлаждения в жидком азоте. [62] При опытной отработке 12 долот на Усинском нефтяном месторождении, стойкость увеличилась в среднем в четыре раза. При отработке серийных долот изнашивалась матрица долота — образовывалась кольцевая выработка, происходил рост давления на насосе, рейс прекращался. В Оренбургской области было отработано долото PDC, при износе резцов корпус долота не износился, долото было обработано жидким азотом. На опытных образцах это явления происходило тоже. Исследованиями, установлены причины улучшения показателей работы долот, не только ИСМ, но и шарошечных долот за счет фазовых превращений металла.

Испытания показали, криогенная обработка — цементированной стали, несколько повышает ее износостойкость при ударно-усталостном изнашивании. Повышает твердость и прочность цементированного слоя и снижает содержание остаточного аустенита его структуре, в результате криогенной обработки не приводит повышению хрупкости. Кроме того, как следует из анализа фрактограмм, у обработанных холодом образцов наблюдается более вязкое разрушение поверхности при ударе, что приводит к повышению износостойкости. Криогенная обработка не ухудшила свойства герметизирующих материалов и смазочных материалов опор долота.

Учитывая, что затраты на криогенную обработку долот невелики, такой вид обработки был бы целесообразен

§ 19. Особенности эксплуатации алмазных долот

Область применения алмазных долот — крепкие абразивные породы. Особенностью отработки алмазных долот является износ по диаметру, что в песчаниках является проблемой. Расширку при этом, можно производить только шарошечным долотом, имеющими ограниченный ресурс, поэтому нужно заранее знать ресурс алмазного долота по диаметру, инженеру необходимо лично присутствовать при навороте, спуске и замере диаметра долота. При расширке шарошечным долотом велика вероятность оставления шарошек (если ресурс определен неправильно) и заклинке долота, поэтому инженер должен лично присутствовать при этой операции. Перед спуском алмазного долота в скважину, ствол скважины проверяется на наличие сужений, особенно в крепких породах (места сужений прорабатываются шарошечными долотами), забой скважины очищается от металла, при помощи забойных шламометаллоуловителей и магнитных фрезов. Структурно-механические свойства бурового раствора доводятся до минимально допустимых значений. Спуск алмазного долота производится на ограниченной скорости. Нагрузка на алмазное долото, по сравнению с шарошечными значительно ниже и составляют 5–8 т.с. Требуют высоких скоростей вращения инструмента, при ограниченных нагрузках. Недостаки-очень низкая механическая скорость проходки. [62]

Ассортимент алмазных долот

Долота типа М — для бурения мягких пород, однослойные. Матрица тороидально-ступенчатая, выпускается пять размеров: ДК-188М6, ДК241М6, ДК267М6, ДК292М6. Д — алмазное долото, К — ступенчатый профиль, 188 — диаметр долота, М — тип долота, 6 — порядковый номер модификации.

Долота типа С — для бурения средних пород, изготавливаются как однослойные, так и импрегнированные. Выпускают три размера: 138, 149, 188;

Импрегнированные долота типа С — 7–8 мм рабочий слой, форма ступенчатая, выпускают два размера: ДИ188С6, ДИ212С6.

Долота типа СТ — для бурения среднетвердых пород; однослойные, радиальные, изготавливают четыре размера: ДР159СТ1.[9]

Рис. 5.8. Алмазное долото

§ 20. Долота типа PDC

Новым типом породоразрушающего инструмента являются долота оснащенными резцами PDC. Рис. 52 Изначально область их применения — бурение в мягких породах, разработчики долот успешно проектируют и начинают опробовать долота PDC в средних и твердых породах и даже абразивных. Преимущества долот PDC перед шарошечными долотами:

1. Отсутствие опоры долота;

2. Более высокая механическая скорость проходки;

3. Более высокая стойкость и соответственно проходка на долото по сравнению с шарошечными долотами;

4. При правильном выборе интервала применения долот PDC, значительная их экономическая эффективность по сравнению с шарошечными долотами и долотами истирающего типа.

Рис. 5.10. Долото PDC

Рис. 5.11. Механизм разрушения горной породы различными типами долот.

1 — разрушение зубком шарошки;

Раздавливание и отрыв частиц породы, зубок требует высоких удельных нагрузок для дробления породы сжатием.

2 — разрушение резцом PDC;

PDC резец срезает слой породы. Породы легче разрушаются при боковой нагрузке в связи с анизотропными свойствами горных пород;

3 — разрушение истиранием (алмазосодержащим зубком алмазные долота, ИСМ).

Долота PDC имеют наиболее энергетически эффективную режущую структуру.

Современные резцы PDC используются при бурении от мягких до средне-крепких, абразивных пород. Долота PDC конструируются и изготавливаются индивидуально, в строгом соответствии с требованиями заказчика. [48]

Основные конструктивные параметры долот PDC:

1. Профиль долота;

2. Размер и тип резцов;

3. Плотность установки резцов;

4. Распределение резцов;

5. Распределение режущих усилий;

6. Стабилизирующие устройства;

7. Гидравлика;

8. Система калибрующих резцов.

Профиль долота

Профиль режущей структуры долота выбирается исходя из физико-механических свойств проходимых пород, а также в соответствии с технологическими особенностями бурения (направленное и т. п.).

Размер резцов.

Из большого разнообразия диаметров резцов PDC, имеющихся на рынке, используются 6мм, 9мм, 13мм, 16мм, 19мм и 22мм резцы;

6 мм — резцы — примененяются только в долотах малого диаметра;

9 мм — резцы-применяются в долотах для бурения твёрдых пород там, где ранее использовались долота, армированные натуральными алмазами;

13 мм — резцы-наиболее широко используемый размер, оптимален для бурения средних и средне-твёрдых пород;

16 мм — резцы-используются в тех случаях, когда 13мм резцы, слишком твёрдые породы, а 19мм, — слишком мягкие породы;

19 мм — 22 мм резцы-предназначены для бурения в мягких и средне мягких породах с высокой скоростью проходки. [48]

Профиль долота.

Влияет непосредственно на:

• Стабильность работы долота;

• Управление направлением бурения;

• Плотность посадки резцов;

• Надёжность долота;

• V мex;

• Очистку и охлаждение долота.

Компоненты профиля долота.

• Центр;

• Конус;

• Нос;

• Плечо или наружный конус;

• Наружный диаметр (ODR);

• Калибрующие.

Центр — (геометрический центр долота).

Различается по углу открытия Cone

• Глубокий конус (~90°);

• Мелкий конус (~150°).

Глубокий конус.

Преимущества:

• Высокая стабильность долота;

• Повышенное содержание алмазов.

Недостатки:

• Сложность управления направлением бурения;

• Хуже очистка;

• Снижение агрессивности

Мелкий конус

Преимущества:

• Управляемость направлением бурения;

• улучшение очистки;

• Повышение агрессивности.

Недостатки:

• Снижение стабильности;

• Уменьшение объёма алмазов.

Рис. 5.12. Профили долот PDC

Профиль долот

4 основных типа:

• Плоские;

• Короткая парабола;

• Средняя парабола;

• Длинная парабола.

• Долота с плоским профилем используются для бурения крепких, мало абразивных пород;

• Долота с длинным параболическим профилем предназначены для бурения мягких пород;

Обратный угол резания:

• Угол атаки породы;

• Увеличение его даёт повышение ударной прочности и износостойкости резца;

• Снижение обратного угла повышает Vmex;

• Выбирается в соответствии с условиями бурения с учётом получения максимальной производительности долота.

Больший обратный угол резания соответствует более мягким породам и наоборот.

Величины обратных углов

• 5° — 10° Очень мягкие — глины, сланцы, высокие скорости бурения;

• 15° Универсален, мягкие поды — сланцы;

• 20° Универсален, дольше жизнь резца, абразивные породы;

• 30° Крепкие породы, типично для калибрующих резцов. [94]

Рис. 5.13. Типовые обратные углы резания

Рис. 5.14. Обратный угол резания

Классификация долот PDC

• С твердосплавным вооружением;

• С комбинированным вооружением:

• Твердосплавное вооружение + PDC;

• Для бурения с отбором керна;

• Для зарезки боковых стволов;

• Для наклонно-направленного бурения;

• Для бурения с одновременным расширением ствола скважины (бицентричные долота)

• Ступенчатые.

Рис. 5.15. Типы долот PDC

Рис. 5.16. Характеристика износа сегментов долот PDC

Таблица 11. Классификация долот PDC по коду IADC

Перспективным направлением совершенствования долот PDC, являются долота с матричным корпусом. Матрица изготавливается из композиционных материалов. Металлическая матрица композиционных материалов (спеченный твердый сплав, обладающий высокими противо абразивными, упруго пластичными свойствами и микро твёрдостью) выбирается из условий получения максимальной удельной прочности материала, обеспечения связи между упрочняющими элементами и получения необходимых технологических и эксплуатационных свойств. Она обеспечивает передачу нагрузки на волокна, вносит существенный вклад в модуль упругости и снижает чувствительность к концентраторам напряжений. В качестве матриц используются магний, алюминий, титан, кобальт, никель и их сплавы, стали. [48]

В отличие от долот с одноразовым стальным корпусом, матричные долот подлежат ремонту. Восстановление PDC долота позволяет значительно увеличить его ресурс. Износ PDC долота в основном заключается в абразивном истирании PDC резцов, скалывании их алмазных пластин, а также утрате PDC долотом номинального диаметра и возникновении кольцевых проточек на его корпусе.

§ 21. Бицентричные долота

Бицентричные долота рис 5.17. предназначены для бурения с одновременным расширением ствола скважины, разработаны как альтернатива раздвижным шарошечным расширителям. Область применения — бурение ниже башмака спущенной колонны, диаметром более диаметра колонны. Пилот центрует долото по оси скважины, расширитель расширяет и формирует увеличенный ствол скважины. [48] Разработаны в СССР в г. Киеве. Впервые успешно применены и доработаны с участием автора в Арчединском УБР П/О Прикаспийбурнефть, при бурении скважин под хвостовик на Тенгизском нефтяном месторождении. Были оснащены твердосплавным вооружением, получен диаметр 240 мм. В дальнейшем компании Smith bits, Bakker, Reed и др. западные компании значительно улучшили показатели бицентричных долот, за счет использования резцов PDC.

Рис. 5.17. Бицентричное долото

§ 22. Описание износа шарошечных долот

Код IАDC является универсальным и при наличии большого количества производителей всегда можно подобрать аналог долота любого производителя. Зная код износа по коду IАDC, можно оперативно подобрать замену долота, что снизит риск простоя (Табл. 12). В России износ долота определяется по коду ВНИИБТ обозначается, где В — износ вооружения, %; П — износ опоры; Д — износ по диаметру, К — количество заклиненных шарошек. 215,9МСЗВ-04 В2П2Д3(к-1).

Результаты работы долота заносятся в карточку работы долот: по горизонтам, под каждую колонну (т. е. по диаметрам), по вооружению, в целом по скважине, в целом по буровому предприятию.

Зарубежные долота описываются более детально, для чего разработана методика оценки износа долота.

Рис. 5.18. Код IADC стандартная форма описания долот

Группа «Т» — режущая структура долота

1 — Внутренние венцы (I) — описывается средний износ резцов, расположенных внутри 2/3 радиуса долота.

2 — Наружные венцы — описывается средний износ резцов, расположенных на наружной 1/3 радиуса долота

3 — Характеристика износа режущей структуры долота

4. Местоположение (L)

Буквенный или цифровой код используются, чтобы указать местоположение на режущей поверхности долота, где отмечен характерный износ

5. Подшипниковые узлы(B)

Это графа используется для оценки и описания только для шарошечных долот. В случаях работы с алмазными долотами поставьте букву «Х».

6. Потеря диаметра долота (G)

8. Причина прекращения отработки долота ®

Восьмая графа используется для записи причины прекращения отработки долота. [43]

Таблица 12. Характеристики износа шарошечных долот.

Таблица 13. Коды операций производимых работ по скважине

§ 23. Алмазные бурильные головки и бурильные головки ИСМ

Алмазные бурильные головки, как по своим конструктивным особенностям, так и по характеру воздействия на породу и столбик керна, в наибольшей степени подходит для колонкового бурения. По конструкции оси очень просты. Недостаток — высокая стоимость алмазов. По технологии изготовления имеют много общего с алмазными залежами. Поэтому могут классифицироваться на два класса — с природными и синтетическими алмазами и те же разновидности — радиальную, радиально-ступенчатую и спиральную.

С природными алмазами — три разновидности радиальные, однослойные ступенчатые и импрегнированные. КР 212 / 80 СТ2. К — бурголовка колонковая, Р — радиальная разновидность, 212/80 — наружный диаметр головки и керноприемника.

С синтетическими алмазами — две разновидности однослойные и импрегнированные ступенчатые. Бурильные головки ИСМ вооруженные вставками со сверхтвердым материалом; славутич выпускается одной разновидности МС — для бурения с отбором керна в среднемягких породах (М, МС, С). [9]

§ 24. Устройства для отбора керна

Одной из главных задач при бурении скважин является получение информации о породах залегающих на глубинах, перспективных по наличию углеводородов, а в параметрических скважинах все вскрываемые скважиной породы представляют интерес, как для исследователей, так и для практического применения. Керноприемное устройство предназначено для приема, отрыва от массива горных пород и сохранения керна в процессе бурения и во время его транспортирования по скважине и далее вплоть до его извлечения для исследований Керноприемные устройства, согласно ГОСТ 21949–76, должны выполняться в следующих разновидностях: 1) Р — для роторного бурения; 2) Т1 — для турбинного бурения со съемным керноприемником; 3) Т2 — для турбинного бурения без съемного керноприемника. Керноприемное устройство Р2 1-го типа производится в единственной модификации — в виде снаряда Недра, в одной модели КДПМ-190 / 80 — для отбора керна диаметром 80 мм. Керноприемные устройства 2 типа предназначены для отбора керна из средне — и малопористых, перемежающихся пород, слабо размываемых промывочной жидкостью, мало разрушаемых. Они выполняются с несъемным, изолированным от потоков промывочной жидкости керноприемником и применяются при низкооборотном бурении.

Для этой цели используются различные керноотборные устройства (Рис. 61) в сочетании с различными типами бурголовок. Бурголовки подбираются в зависимости от буримости предполагаемых пород, в которых предстоит отбирать керн.

Керноприемные устройства типа УКР и УК предназначены для бурения с отбором керна в различных физико-механическим свойствам горных породах и условиях бурения.

Предлагаемые керноприемные устройства по технико-экономическим показателям не уступают зарубежным аналогам. [9]

Керноприемные устройства могут использоваться в одно и многосекционной сборке при бурении на различных глубинах, при любых реальных температурах и режимах бурения. Усовершенствованные устройства типа УК разработаны на базе широкоизвестных устройств типа УКР (Кембрий, Недра, Силур, Табл. 14), прошли широкую промышленную апробацию, подтвердившую их высокие эксплуатационные качества, основной показатель устройств — процент выноса керна, составляет около 100.

Рис. 5.19. Керноотборочный снаряд

Таблица 14. Типоразмеры устройств для отбора керна Российских производителей [7]

Современные керноприемные устройства выпускаются трех типов:

• Для отбора керна из массива плотных пород;

• Для отбора керна в трещиноватых, перемятых породах;

• Для отбора керна в сыпучих породах.

Керноприемное устройство первого типа — снаряд «Недра», где грунтоноска вращается с корпусом, жидкость отводится от керноприемника при помощи шара (КД11М190/80).

Керноприемное устройство второго типа имеет вращающуюся независимо от корпуса грунтоноску (СК164/80).

Керноприемное устройство третьего типа — обеспечивает герметизацию керна за счет эластичного керноприемника.

В основном используется снаряд «Недра» и «Кембрий», он может быть собран из нескольких секций по 7 метров. Модификация «Недра» СКУ122/52, СКУ138/67, СКУ203/100.

Керноприемные устройства для турбинного бурения выпускают в четырех моделях: КТДЗ-240; КТДЧС-240; КТДЧС-195 и КТДЧС-172. КТД — колонковое турбинное долото. При турбинном бурении формирование и хранение керна затруднено, его диаметр мал, процент выноса низок, поэтому при отборе керна обычно переходят на роторный способ. [9]

Колонковые снаряды, выпускаемые зарубежными производителями

За рубежом широко применяют эффективные устройства фирм «Нортон кристенсен», «ДБС», «Диамнт Борт». Например, в мировой практике широко известно керноотборное устройство с несъемным керноприемником серии 250П (рисунок 5.20), с помощью которого успешно отбирали керн на ряде нефтяных месторождений в России. Устройство состоит из предохранительного переводника 1 с крупной ленточной резьбой 2 для отсоединения в случае прихвата корпуса 6. Керноприемник 8, имеющий шариковый обратный клапан 5, подвешен на шаровой опоре 3. Корпус имеет два стабилизатора 4 и 7. Нижняя часть имеет кернорватель 9. Разрушение породы производится бурильной головкой 10. Как видно из рисунка 62 керноотборное устройство 250П близко по конструкции к устройству серии «Недра». Сообщается, что после некоторой модернизации с помощью 250П возможен отбор иентированного керна. Фирма «Нортон Кристенсен» выпускает также керноотборное устройство серии 300 со съемным керноприемником (рисунок 5.21). Устройство включает грибообразную головку 1 для захвата и подъема керноприемника 5. Керноприемник подвешен в корпусе 4 на шаровой подвеске 2. Верхняя часть керноотборника снабжена дренажным шаровым клапаном 3. В устройстве имеется так же кернорватель 6 и бурильная головка 7. Фирмой ДБС, разработано керноотборное устройство для отбора керна из высокопористых нефтенасыщенных пород (рисунок 64). Специалисты фирмы считают, что без изоляции керна, при доступе к нему бурового раствора на водной основе, а также при извлечении керна из керноприемной трубы, в воздух испаряется до 50 % нефти, содержащийся в порах керна. А это приводит к тому, что в геологических материалах появляется неверная информация о продуктивности изучаемого нефтеносного пласта. Во время рейса с отбором керна происходит отток из керна нефти и воды в губчатый пористый материал 10, находящийся в алюминиевой втулке 9. При подъеме керноотборного устройства, с забоя до устья, происходит падение давления от пластового до атмосферного, при этом газ, находящийся в образце породы, увеличивается в объеме, стремясь вытолкнуть нефть и воду в губчатый материал. [26]

Рис. 5.20. Керноотборное устройство с несменным керноприемником серии 250П

Рис. 5.21. Керноотборное устройство серии 300 со съемным керноприемником

Колонковый снаряд наклонно-направленных скважин используются для отбора керна в наклонных скважинах (угол наклона более 45 градусов). Он отличается от стандартного снаряда конструкцией. Опора керноприемника может удерживать его в нормальном рабочем состоянии при больших углах.

Керноприемник центрируется в корпусе и не вращаться вместе с корпусом.

Колонковый снаряд с наружным выпускным каналом отличается от стандартного снаряда тем, что специальное соединение выпускного канала устанавливается между разъединительным переходником и вертлюгом.

При колонковом бурении внешний выпускной канал позволяет выпускать буровой раствор из керноприемника в кольцевое пространство, тем самым уменьшая сопротивление вхождению керна в керноприемник.

Это позволяет увеличивать вынос керна. Данный колонковый снаряд может использоваться при отборе керна в мягких и разрушенных пластах или при высоком давлении бурового раствора. Герметизированный колонковый снаряд BQX 180101 специально разработан для отбора керна в мягких или рыхлых пластах для увеличения выноса керна. Данная новая конструкция имеет уникальное отличие — она оснащена системой управления подъемом для поднятия керноприемника. Рис. 5.22

Рис. 5.22. Керноотборное устройство для отбора керна из высокопористых нефтенасыщенных пород

После завершения отбора кернорватель выводится наверх и отрывает керн, а затем закрывает нижнюю часть керноприемника. Во время колонкового бурения кернорватель укрывается за внешней стенкой керноприемника, что способствует беспрепятственному входу керна в керноотборник.

После завершения отбора керна кернорватель выходит наверх для плотного закрытия керноприемника для избежания потерь керна при подъеме.

Керноприемным или колонковым инструментом принято называть инструмент, обеспечивающий прием, отрыв от массива горной породы и сохранение керна в процессе бурения, во время транспортирования по скважине, вплоть до его извлечения на поверхность для исследования. От конструкции керноприемных устройств, качества их изготовления, сборки и правильной эксплуатации зависят результаты работ по отбору и исследованию керна и эффективность бурения скважины, особенно разведочной. [26]

Во избежание получения искаженных или вовсе неверных геологических, химических и иных данных о буримых породах необходимо нередко применять такие керноприемные устройства, которые обеспечивают не только высокий процент выноса керна, но и не нарушенную структуру породы, защищают керн от промывочной жидкости, производят на него минимальное разрушающее действие.

§ 25. Долота для специальных целей

К специальным долотам можно отнести: фрезерные, зарезные, пилотные, вставные, эксцентричные, торцовые, пикообразные. [9]

Фрезерные долота — очень просты в изготовлении, надежны в работе, используются как для бурения скважины, так и для разбуривания металла на забое. Недостатки: низкая механическая скорость проходки, неэффективны в крепких породах, глинах, большой крутящий момент.

Зарезные долота — внешне похожи на торцевые долота, рабочая часть долота (торец) имеет выгнутую форму с невысокой цилиндрической частью, имеющую форму козырька, армируется материалом"Славутич".

Вставные долота — применяются при бурении вставными турбобурами без подъема бурильной колонны. Это двухшарошечные долота с раздельными лапами. В транспортном положении одна шарошка располагается над другой. Верхняя лапа неподвижно закреплена, нижняя лапа закреплена шарнирно на системе подвижных деталей. Под давлением жидкости поршень поднимает вверх нижнюю лапу. Лапы запираются в коническом раструбе. Осевая нагрузка передается через конический раструб, а вращающий момент, через поверхности фигурного паза неподвижных деталей в месте шарнирного соединения с верхней лапой. Смена долота производится тартальным канатом при помощи овершота и обратной промывки, совместно с ротором турбины.

Пикообразные долота — изготавливают двух типов: Ц — для разбуривания цементных пробок; Р — для расширения ствола скважины. Предусмотрено выпускать от 94,4 мм до469,9 мм.

Пилотные долота, расширители — производят разрушение горного массива уже ослабленного бурением расширяемой скважины. В этом массиве уже развиты зоны разрушения, трещины, вскрыты поверхности, а так же при бурении скважин большого диаметра и при неэффективном разрушении пород долотами большого диаметра.

Расширители можно классифицировать по виду, форме рабочих органов, по способу крепления рабочих органов, типу этих органов. Применяют два типа расширителей: шарошечные и лопастные. Шарошек может быть одна и более, могут быть одноярусные и многоярусные. Всего выпускается семь размеров от 243 до 1350 мм.