Бурение. 2

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

 по  бурению. 
 
 
 
 
 
 

 

                                                                           

                                                                                 
 
 
 
 
 
 
 
 

  
 

                                              

ВВЕДЕНИЕ. 

1.Основы бурения  и физико – механические свойства  горных пород.

      1.1 Виды и классификация скважин.

      1.2 Физико – механические свойства  горных пород и геологический  разрез скважин.

      1.3 Виды давлений в скважине  и пласте.

      1.4 Сщвмещенный график давлений.

      1.5 Конструкция скважин.

2. Способы бурения.

      2.1 Вращательное бурение.

3. Направленное  бурение скважин.

     3.1 Типы профилей и рекомендации по их выбору.

     3.2 Технические средства направленного бурения.

4. Буровые промывочные  жидкости (БПЖ).

     4.1 Условия бурения с применением БПЖ.

     4.2 Способы промывки.

     4.3 Функции бурового раствора.

     4.4 Классификация бурового раствора.

     4.5 Параметры бурового раствора.

6. Буровой инструмент.

     6.1 Породоразующии инструмент – долота, их назначение и разновидности.

     6.2 Бурильная колонна.

         6.2.1 Ведущие бурильные трубы.

         6.2.2 Стальные бурильные трубы.

         6.2.3 Легкосплаиные бурильные трубы (ЛБТ).

         6.2.4 Утяжеленные бурильные трубы (УБТ).

         6.2.5 Переводники.

         6.2.6 Специальные элементы бурильной колонны (центраторы, калибраторы и др.)

7. Забойные двигатели.

     7.1 Турбобуры.

     7.2 Винтовой забойный двигатель.

     7.3 Компоновка низа бурильной колонны (КНБК).

8. Цементирование  обсадных колонн.

      8.1 Общие сведения о цементировании.

      8.2 Расчет цементирования.

9. Осложнения  и аварии в процессе бурения.

      9.1 Обвалообразование стенок скважин.

      9.2 Поглощение бурового раствора.

      9.3 Нефтегазоводопроявления.

10. Испытание  и способы эксплуатации скважин.

11. Литература.

12. Приложения. 
 
 
 
 
 
 
 

      1. Виды  и классификация  скважин.
 
 
  1. опорные скважины. для изучения геологич. строения и гидрогеологических условий залегания осадочной толщи пород.
  2. параметрические скв. для более детального изучения геологич. строения разреза на больших глубинах.

    3.  структурные скв.  для тщательного изучения структур, выявленных при бурении опорных и параметрических скважин.

     4. поисковые скв. с целью открытия новых местор. нефти и газа или уже на открытых местор-ях для поиска новых залежей н. и г.

    5. Разведочные скв.  Их бурят на площадях с установленной промышленной нефтегазоностностью. Для оконтуривания месторождения, а также для сбора данных для составления проекта разработки м/я.

    6. Эксплуатационные  скв. Бурят на полностью разведанном и подготовленном месте к разработке местор-ий. К нимотносятся:

  • Оценочные.(для уточнения режима работы пласта и степени выработки участков м/я.)
  • Нагнетательные (для законтурного и внутриконтурного нагнетания в пласт воды, газа или воздуха для ППД.)
  • Наблюдательные (для системы контроля режима разработки).

7. Спецскважины (для разведки сейсмо-прибором) 
 

           1.2 Физико – механические свойства горных пород и                                  геологический разрез скважин. 

         Все горные породы обладают физико-механическими свойствами. В бурении важна твёрдость пород. Все горные породы по категории твёрдости делятся на 5 видов пород:

  • М мягкие,
  • С средние,
  • Т твёрдые,
  • К крепкие,
  • ОК очень крепкие.

Разрез ЗС представлен породами М и  С.  Т встречаются гораздо реже.

Чаще всего  горные породы не представлены только С или М породами. Существуют пропласты. МС- мягкие с пропластами средних.

Твердость минералов  измеряется по шкале МООСА от 1 до 10 (для чистых минералов), 1- тальк, 10- алмаз.

Шифр МСТКОК для долот.

Учитывается тип породы для которой предназначено  долото. Типы долот подбираются в  соответствии с твёрдостью породы.

С увеличением  глубины увеличивается внутрипластовое давление. Если нет данных об аномальности пласта  то Рпл=Ргст=ρgh, т.е. пластовое давление = гидростатическому, ρ=1000 кг/м3.

Коэффициент аномальности – Ка=  истинное пластовое  давление к гидростатическому.

Там где Ка>1 – АВПД – аномально высокие пластовые давления.

Там где Ка<1 – АНПД – аномально низкие пластовые  давл.,  после длительной эксплуатации пласта. Чем дольше эксплуатация тем  ниже давление пласта.

Приближённый  метод определения пластового давления: достаточно знать, что на каждые 100 м давление увеличивается на 1 Мпа, при h=2500м, Р=25 Мпа.

Так же с глубиной увеличивается температура, в среднем  на 30С на каждые 100 м – геотермический градиент. H=2500, Т≈750С.

Плотность горных пород с глубиной увеличивается, а влажность с глубиной уменьшается. Каждый слой горных пород имеет разные физико-механические свойства.

                     

                      1.4 Совмещенный график давлений. 

      При проектировании конструкции скважины строится совмещенный график изменения  эквивалента градиента пластового давления, эквива лента градиента давления гидроразрыва и эквивалента градиента гидростатического давления столба бурового раствора по глубине залегания рассматриваемого горизонта. 

      

      

        

      где   ρэпл,   ρэгр  и  ρэбр -  эквиваленты   градиентов   пластового давления Рпл (МПа), давления гидроразрыва Ргр (МПа) и гидростатического давления столба бурового раствора Р6р (МПа) соответственно; h - глубина залегания рассматриваемого горизонта, м.

           Эквивалент градиента давления - это та относительная плотность некоторой жидкости, столб которой на глубине h создает давление равное давлению пластовому (поровому) Рпл, гидроразрыва Ргр или столба бурового раствора Рбр.

           Величины Рпл, Ргр или определяют на основании данных промысловых исследований, или прогнозируют. В интервалах залегания высокопластичных пород (например, галита при высоких давлении и температуре) вместо Рпл для определения ρэпл может быть использовано боковое горное давление. В интервалах интенсивных поглощений бурового раствора, ликвидировать которые в процессе бурения не удается, вместо Рэгр при определении рэп, можно использовать давление, при котором происходит интенсивное поглощение.

          Линии изменения рэпл, рэгр и рэбр определяют зоны совместимости внешних условий и значений одного из основных параметров бурового раствора - его относительной плотности .

                           

                             1.5 Конструкция скважин. 

        Это число спущенных в неё обсадных колонн, их диаметры, длина и интервалы цементирования.

Осн. назначение конструкции – создать надёжное сооружение длительного назначения.

  1. направление- это первая обсадная колонна, кот. Закрепляет самые неустойчивые горн. Породы, находящиеся вблизи дневн. пов-ти.
  2. кондуктор-строят для того, чтобы продукты бурения не попали в ВХБН.
  3. (промежуточная)- для того, чтобы изолировать 2 и более продуктивных горизонта др. от др.
  4. эксплуатационная- для эксплуатации продуктивного горизонта, для надёжного канала, по кот.будут подниматься н.и г.

Если дебит 40-100 м3/сут => Д=400мм. Если дебит 100-150 м3/сут => Д=140-146мм. Рассчеты проводят снизу вверх, а бурят сверху вниз.[С учётом Д муфтового соед-я, по табл. Выбирают Д долота, округляя его до ГОСТа. Затем рассчитывают внутр-ий Д предыдущей колонны к Д долота, полученному ранее+удвоенную вел-ну зазора(табл), чтобы долото проходило свободно. Округляем этот Д до ближайшего по ГОСТУ+удвоенную толщину стенки трубы(табл)получаем наружный Д предыдущей трубы с учётом муфтовых соединений выбираем долото под предыдущую колонну.] Устье скв. Д.б. надёжно закреплено, т.к. все последующие работы ведутся с устья скв.

                            

                                    Назначение обсадных колонн:

  1. закрепление стенок скв.с пом-ю цементного камня м-ду стенкой скв.и стенкой колонны.
  2. Предохранять ВХБН от попадания в них продуктов бурения.
  3. Изолировать водо- и нефтеносные пласты др. от др.
  4. Изолировать отдельные продуктивные пласты др. от др.

Обс колонны  м.б. с постоянной толщиной или с утолщёнными стенками наружу.Толщина стенок и материал выбираются с учётом след. нагрузок. Обс. Колонна в процессе экспл-ии испытыает:

    • растягивающие нагрузки
    • сжимающие нагрузки(р-я забоя)
    • избыточное внутр. Давл.
    • избыточное нар. Давл.
 

                                  2.Способы бурения 

       По характеру разрушения породы, применяемые способы бурения делятся на:

      1) Механические – разрушение горной  породы осуществляется механическим  воздействием породоразрушающего  инструмента на породу забоя.

      Достоинства механического бурения: возможность  отбора керна, для составления геологических  разрезов; хорошие условия для  вскрытия  и изучения нефтегазоносных  и водоносных горизонтов; возможность  бурения в заданном направлении.

      Недостатки: износ породоразрушающего инструмента, приводящий к необходимости его замены; минимальный коэффициент использования энергии на больших глубинах, если двигатель расположен на поверхности земли ,это побудило на создание забойных двигателей, расположенных непосредственно над породоразрушающим инструментом – турбобур, электробур).

      2) Гидродинамическое бурение –  разрушение горное породы осуществляется  высоконапорной струей жидкости  путем разрушения или растворения  породы забоя.

      3) Термическое бурение.  Разрушение  горной породы происходит путем высокотемпературного теплового воздействия на породу ( температура около 2300˚С создается при сгорании струи керосина в струе кислорода, выходящих из сопел огнеструйной горелки, опускаемой в скважину на трубах.

      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, Q1/10 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);

  1. создавать противодавление на стенки скв предотвращающее обвалы пород и предупреждая водо-газо-нефтепроявление.  то ρgh Рпластовое, стабильные стенки скв., не фонтанирование скважины.
  2. 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.
  3. охлаждение долота, турбобура, электробура, бурильной колонны. Б. Р. протекает через промывочные отверстия  и охлаждает долото.
  4. смазывает трущиеся детали долота и турбобура. В буровые растворы на территории ЗС обязательно вводят смазывающие добавки.
  5. при турбинном способе бурения Б.Р. является источником энергии для вращения вала турбобура.
  6. 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.
 
 

Бурение. 2 📙 Курсовая → 🆔 41332

Бурение. 2 📙 Курсовая → 🆔 41332