Каротаж, оборудование и заканчивание скважины

       После бурения скважины до проектной глубины обычно про­водят скважинные исследования (каротаж), как в открытом, так и в обсаженном стволе с помощью специальной аппара­туры, спускаемой на кабеле.

Основные дели исследования скважины в необсаженном стволе — определение пористости, водонасыщенности и границ продуктивной зоны или зон. Эти параметры необходимы для установления количества извлекаемой нефти и времени экс­плуатации пласта. Скважинные исследования подробно из­ложены в работе. В большинстве разведочных и эксплуатационных скважин проводят текущие исследования и определяют пластовое давле­ние, тип и качество углеводородов. Эксплуатационные исследо­вания проводят для определения показателя продуктивности нефтяной или газовой скважины. Опробование испытателем пласта, спущенным на колонне бурильных труб, проводят с целью контроля скважинных эксплуатационных характери­стик, для определения видов флюида и некоторых пластовых параметров.

Заканчивание нефтяной скважины включает установку экс­плуатационного пакера, спуск колонны НКТ и перфорацию продуктивной зоны (зон). Эксплуатационный пакер устанавли­вают непосредственно над продуктивной зоной, в результате чего з-атрубное пространство изолируется от пластового давле­ния, а также ограничивается поступление жидкости в НКТ. НКТ навинчивают на подвесное устройство в колонной головке (рис. 1.15) и устанавливают в катушку колонной головки. В районах с несколькими нефтяными пластами в одной и той же скважине нельзя допускать двойную эксплуатацию, когда две колонны НКТ спускают в разные продуктивные зоны. Таким образом, необходимо два пакера для изоляции продук­тивных зон от затрубного пространства. К верхнему фланцу катушки головки НКТ присоединяют фонтанную арматуру (елку). Фонтанная арматура — это стальное устройство с полым каналом внутри, соединенное с верхней частью НКТ. Она имеет ряд клапанов для управления потоком углеводородов, посту­пающих из  скважины.              

Рис. 1.15. Схема оборудования для эксплуа­тации скважины двумя колоннами НКТ:

1 — башмак обсадной колонны диаметром 177,8 мм; 2,3 — интервалы перфорации для длинной и корот­кой колонн НКТ; 4, 28 — направляющий безмуфто­вый башмак диаметром 60,3 мм с резьбой типа CS для спуска приборов на кабеле; 5 — короткий без­муфтовый переводник с резьбой типа CS; 6 — нип­пельный переводник диаметром 60,3 мм типа XN фирмы «Отис» (имеет суженное проходное отвер­стие); 7 — перфорированная труба-фильтр диаметром 60,3 мм; « — труба НКТ диаметром 50,8 мм; 9, 21 — ниппельный переводник диаметром 60,3 мм типа X фирмы «Отис»; 10, П— НКТ диаметром 60,3 мм; // — переводник НКТ 60,3X73 мм; 12 — НКТ диа­метром 73 мм; 13 — короткая колонна НКТ 60.3Х Х73 мм; 14 — длинная колонна НКТ диаметром 73 мм; 15 — обсадная колонна диаметром 219 мм; 16 — подвеска потайной обсадной колонны диамет­ром 177,8 мм; 18 — устройство типа SSD фирмы «Отис» со скользящей боковой дверцей; 19 — секция защитных труб диаметром 60,3 мм; 20 — башмак об­садной колонны диаметром 219 мм; 22 — локатор (посадочный переводник) типа G-22 фирмы «Бэй-кер»; 23 — пакер типа F-1 фирмы «Бэйкер»; 24 — уплотнительное устройство; 25 — безмуфтовые пер­форированные трубы диаметром 60,3 мм с резьбой; 26 — ниппельный переводник диаметром 60,3 мм типа XN; 27 — короткий переводник диаметром 60,3 мм; 29 — потайная колонна диаметром 177,8 мм

ДОЛОТА ДЛЯ РОТОРНОГО БУРЕНИЯ

       Буровое долото — неотъемлемая часть бурильной колонны, и его правильный выбор невозможно переоценить. Буровое до­лото разрушает породу в результате совместного действия осе­вой нагрузки и крутящего момента. Разрушенная порода вы­мывается с забоя буровым раствором, позволяя долоту разру­шать вновь образованную поверхность. В результате этого процесса разрушения породы и очистки забоя — образуется ствол скважины.

ШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА

       Шарошечное долото состоит из шарошек конической формы, которые вращаются вокруг собственной оси и оси долота. Эти долота наиболее широко используют при бурении неф­тяных скважин, а также ме­сторождений твердых полез­ных ископаемых и для целей гражданского строительства. Впервые эти долота были при­менены в 1920 г. В настоящее время бурение 95 % объема проходки нефтяных скважин осуществляется шарошечными долотами. Шарошки долота снаб­жены фрезерованными зуб­цами, выполненными из тела шарошки, или вставками кар­бида вольфрама. Долота с фрезерованными зубцами используют при бурении мяг­ких пород, а штыревые до­лота—средних и твердых гор­ных пород.. Существуют три типа ша­рошечных долот:

1) двухшарошечные долота, изготовляемые в настоящее время только с фрезерованными зубцами, что ограничивает их применение для мягких пород;

2) трехшарошечные долота, которые изготовляют как с фре­зерованными зубцами, так и с вставками из карбида вольфрама (рис. 4.1); изложенное ниже, в основном, относится к трехша-рошечным долотам;

3) четырехшарошечное долото, которое изготовляют только с фрезерованными зубцами и используют в настоящее время для скважин большого диаметра, т. е. 660,4 мм и более.

 

 

 Рис 4 1 Штыревое долото со встав­ками из карбида вольфрам

ТРЕХШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА

       В трехшарошечном долоте применяют три режущих ша­рошки, каждая из которых укреплена на лапе на соответствую­щем подшипниковом узле. На рис. 4.2 и 4.3 приведены эле­менты долот с фрезерованными зубьями и со вставками из кар­бида соответственно.

Трехшарошечное долото состоит из трех одинаковых по раз­меру шарошек и трех идентичных лап (рис. 4.4). Три лапы сва­рены вместе и образуют цилиндрическую секцию, которая имеет резьбу для присоединения к бурильной колонне. В каж­дой лапе выполнено отверстие (для циркуляции раствора), диаметр которого может изменяться путем установки насадок раз­личных диаметров (см. рис. 4.3). Насадки используют, чтобы создать сужение для получения высокой скорости истечения жидкости и эффективной очистки ствола скважины. Раствор, прокачиваемый через бурильную колонну, проходит через три насадки и в каждую насадку поступает треть потока (если все насадки одинакового диаметра). Конструкция шарошечного долота зависит от типа и твердо­сти породы, а также от диаметра скважины, которую следует пробурить. Твердость породы определяет тип и состав мате­риала, используемого для изготовления режущих элементов. Применяемая сталь имеет высокое содержание никеля и, кроме того, упрочняется добавлением молибдена.

 

 

Рис. 4 2. Элементы долота с фрезе­рованными зубцами

/, 7 — вершина и ocнование зубца 2 — зу­бец; 3, 6, 8 — шарошки Л' 2, 1 и 3 со­ответственно, 4—межвенцовая расточка, 5 — выемка между зубцами 9 — промывочная канавка 10 —копьевидная вер­шина; //, 14— калибрующие поверхности периферийных зубцов с режущими кром­ками соответственно L и T- образной формы, 12— тыльная сторона шарошки с твердым покрытом 13-направляющая поверхность шарошки.

 

Рис. 4.3 Элементы долота со встав­ками из карбида вольфрама:

/, 3, 9 — шарошки № 2, 1 и 3 соответст­венно, 2 — штыри с пикообразной рабочей головкой, 4 — удлиненные штыри с пико­образной рабочей головкой; 5 — плоские твердосплавные вставки; 6 — шаг (перемен­ный) между твердосплавными вставками; 7 — отверстие насадки; 8 — межвенцовая расточка (канавка); 10 — штыри с пико­образной рабочей головкой калибрующего венца шарошки, // — штыри внутреннего венца шарошки.

Рнс 4. 4 Долото с герметизированной опорой:

а — общий вид, б — лапа, / — ниппель, 2 — приварная крышка (пробка); 3 — смазка, 4 — канал для смазки, 5 — приварной замковый палец; 6 — козырек лапы, 7 — сальни­ковое уплотнение подшипников, 8 — наружный роликовый подшипник; 9 — шариковый подшипник, 10— концевой опорный подшипник, 11— цапфа; 12 — втулка цапфы, 13 — шарошка, 14 — уравнительное отверстие, 15 — диафрагменный компенсатор (сильфон)

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

       Конструкция долота определяется свойствами породы и диа­метром скважины. Лапы и цапфы идентичны, но форма и рас­пределение резцов на шарошках различны [2]. Конструкция до­лота обеспечивает равномерную нагруженность трех лап. При проектировании и изготовлении трехшарошечных долот Для мягких и твердых пород обычно учитывают следующие факторы: угол наклона цапфы; величину смещения, форму зуб­цов; тип подшипников и взаимосвязь между зубцами и подшип­никами. Угол наклона цапфы. Цапфа долота представляет собой опорную поверхность, несущую нагрузку, и состоит из подшип­ников (см. рис. 4.4). Угол наклона цапфы определяется как угол, образованный линией, перпендикулярной к оси цапфы, и осью долота. На рис. 4.5 показан разрез лапы трехшарошеч-ного долота. Угол 6 определяет угол наклона цапфы. Угол наклона цапфы непосредственно влияет на размеры шарошки. Увеличение угла наклона цапфы ведет к уменьше­нию угла основного конуса шарошки, что, в свою очередь, от­ражается на размерах долота. На рис. 4.6 показано, как умень­шаются размеры шарошки, если угол наклона цапфы увеличи­вается от 0 до 45°. Чем меньше угол наклона цапфы, тем больше калибрующе-фрезерующее действие трех конических шарошек. По мере возрастания угла цапфы (начиная с нуля) форма шарошек должна быть такой (см. рис. 4.6), чтобы исключить их зацепление друг с другом. Следовательно, угол наклона цапфы влияет на размеры и форму шарошки. Оптимальные углы наклона цапфы шарошечных долот для мягких и твердых пород составляют 33 и 36° соответственно.

Рис. 4.5. Схема определения угла наклона цапфы:   1 — ось долота; 2 — ось цапфы; 3 — цапфа

 

Рис. 4.6. Влияние угла наклона цапфы на раз­меры шарошки:

а б, в, г, д — угол наклона цапфы 0, 15, 30, 36 и 45° соответственно Темным показаны части, которые удаля­ются

 

 

Рис. 4.7. Конструкции шарошек: а — перекатывающейся шарошки; 6 — для чягмэй породы; в — со смещением осей ша­рошки относительно оси долота, I — ось ша­рошки и опоры подшипников; 2 — ось долота* 3 — вершина; 4 — угол конуса шарошки; 5 -т вершина внутреннего угла; 6 — вершина угла периферийного конуса шарошки; 7,8 — угол соответственно периферийного и внутреннего конусов шарошки; 9 — смещение; 10 — ось цапфы; //—вершина угла смещения; 12 — угол смещения.

 

 

 

Рис. 4.8. Схема расположения зубцов соседних шарошек.

Смещение оси шарошки. Смещение осей шарошек определя­ется как горизонтальное расстояние между осью долота и вер­тикальной плоскостью, проходящей через цапфу [3]. Влияние смещения оси и конструкции шарошки на разрушение породы показано на рис. 4.7. Шарошка, приведенная на рис. 4.7, а, имеет вершину в центре вращения долота и движется по кругу с центром у вершины. Такая схема определяет чистое качение. Шарошка с двумя основными углами, ни один из которых не имеет вершины в центре вращения долота, представлена на рис. 4.7, б. В этом случае коническая поверхность периферий­ного ряда вращается вокруг своей теоретической вершины, а внутренняя коническая поверхность шарошки — вокруг соб­ственной вершины. Так как шарошка вращается вокруг цен­тральной оси долота, то она проскальзывает при вращении, срезая породу. Практикой установлено, что мягкие породы эффективно разрушаются за счет дробяще-скалывающего действия. Этот эффект усиливается вследствие смещения осевых линий шаро­шек от центра вращения долота (рис. 4.7, в). Величина сме­щения осей зависит от крепости породы. Для мягких пород трехшарошечное долото изготовляют с большим смещением, чтобы шарошки проскальзывали во время качения по забою скважины. Твердые породы характеризуются хрупкостью, вы­сокой прочностью и эффективно разрушаются за счет дробяще-скалывающего действия. Долото испытывает значительную осе­вую нагрузку, чтобы преодолеть прочность породы на сжатие непосредственно под зубцом и разрушить ее. Для твердой по­роды срезывающие усилия не требуются и, следовательно, сме­щение осей отсутствует. Для пород средней твердости угол смещения осей может со­ставлять 2°. Зубцы. Длина и геометрия зубцов непосредственно связана с прочностью разрушаемой горной породы, высота ограничи­вается размером шарошки и конструкцией подшипников. При конструировании учитывают следующие факторы:

1. Расположение зубцов на шарошке и их взаимное распо­ложение на соседних шарошках, которые определяются проч­ностью зубца, его высотой и значением угла при вершине [3]. Взаимное расположение зубца соседних шарошек (рис. 4.8) обеспечивает их зацепление для очистки и, в свою очередь, эф­фективное бурение.

2. Форму и длину зубцов, которые определяются характе­ристиками разбуриваемой горной породы. Длинные, острые и расположенные с большим шагом зубцы используют для буре­ния мягких пластичных пород. В мягких породах применяют более длинные зубцы, что позволяет получить значительный объем породы. Большое расстояние между зубцами способст­вует легкому удалению обломков породы и самоочищению до­лота. Угол при вершине зубца долота для мягких пород изме­няется от 39 до 42°. Для твердых пород зубцы изготовляют короче, они имеют меньший угол заострения и расположены более часто, чтобы выдерживать высокие сжимающие нагрузки, необходимые для разрушения. В этом случае зубцы не проникают в породу, а осуществляют ее разрыв за счет приложения высоких сжи­мающихся нагрузок. Долото для пород средней твердости имеет небольшое число зубцов и средние углы при вершине 43—45°. Угол при вер­шине зубцов долота для твердых пород составляет 45—50°.

3. Типы зубцов. Зубцы трехшарошечного долота могут быть фрезерованного или вставного типа. Фрезерованные зубцы вы­резаются из корпуса шарошки (см. рис. 4.2), одна сторона зубца имеет твердую поверхность, покрытую твердосплавным материалом типа карбида вольфрама, чтобы обеспечить само­затачивающее действие. Так как неармированная сторона из­нашивается, то она имеет острую кромку. Значительная долго­вечность зубца достигается путем покрытия карбидом вольфрама одной стороны полностью, а противоположной — ча­стично [2]. Такая конструкция уменьшает износ зубца.

 

 Рис. 4 9. Виды вставок для различных пород:

а — для мягких, б — для мягких и средней твердости, в —для средних и твердых; г — для твердых

 

 

 

 

Рис. 4 10 Схема подшипника типа ро­лик — шарик — ролик:

1 — наружный роликовый подшипник, 2,3 — шариковый и роликовый подшипники.

 

Долота с фрезерованными зубцами наиболее широко ис­пользуют при бурении очень мягких пород, в которых требу­ются небольшие нагрузки.

Для твердых пород применяют шарошки со вставками шты­ревого типа. Вставки изготовлены из карбида вольфрама и за­прессованы в отверстия, предварительно просверленные в кор­пусе шарошки. Существуют несколько форм вставных зубцов, каждая из которых предназначена для соответствующей твердости разбу­риваемой горной породы (рис. 4.9). Остроконечные вставные зубцы используют для бурения мягких пород, а круглые и по­лусферические вставки применяют для бурения средних и твер­дых пород. На рис. 4.1 показано долото штыревого типа с остроконечными вставными зубцами.

Подшипники опор долот. Эти элементы долота выполняют следующие функции: 1) воспринимают радиальную нагрузку; 2) воспринимают осевые нагрузки; 3) удерживают шарошки на лапах.

Первая функция осуществляется крайним и ближним к вер­шине цапфы подшипниками, вторая и третья функции — ша­риковыми подшипниками и фрикционными упорными поверх­ностями.

Применяют два различных типа подшипников: качения (ан­тифрикционные) и скольжения (фрикционные). Подшипники качения применяют в виде двух схем: ролик — шарик —ролик (РШР) и ролик—шарик—подшипник скольжения (РШС). Подшипник опоры типа ролик — шарик — ролик (рис. 4.10) включает роликовый подшипник (ближний к вершине цапфы), содержащий ролики (небольшие сплошные цилиндры), проме­жуточный шариковый и наружный роликовый подшипники. Шариковый замковый подшипник служит для закрепления ша­рошки на цапфе Диаметр подшипника определяется углом на­клона цапфы и типоразмером шарошки. Рациональное соотно­шение между диаметрами подшипников, роликов и шариков, толщиной корпуса шарошки определяется прочностью каждой составной части. Недостаток опоры долота со схемой РШР — выкрашивание беговых дорожек на стороне большей нагрузки под действием высоких напряжений. Долговечность долота со схемой РШР меньше по сравнению со схемой, в которой приме­няют подшипники фрикционного типа (скольжения). Схема ролик — шарик — ролик обычно используется в доло­тах диаметром более 311 мм в условиях, в которых требуются высокие скорости вращения. Опора со схемой РШС (см. рис. 4.4) включает подшипник скольжения, установленный ближе к вершине цапфы. Внутрен­ний шариковый и наружный роликовый подшипники такого же типа, что и в схеме РШР. Подшипник скольжения состоит из специальной цементируемой втулки, запрессованной в гнездо передней части цапфы Поверхность цапфы покрыта специаль­ным твердым сплавом (стеллитом) так, что при вращении втулки на цапфе коэффициент трения незначителен, в резуль­тате чего уменьшается износ. Подшипники скольжения стали применять в бурении, чтобы исключить недостатки опор со схемой РШР — выкрашивание беговых дорожек. Кроме того, замена роликов подшипниками скольжения позволяет увеличить прочность шарошки вследствие большей толщины корпуса и цапфы за счет ее большего диа­метра. Опоры по схеме ролик—ша­рик— подшипник скольжения ис­пользуют в долотах диаметром до 311 мм.

 

Рис. 4.11. Цапфа подшипника скольжения типа СШС [1]:

1 — уравнительные отверстия; 2 — резервуар со смазкой, 3 — отверстие для заполнения смазкой, 4 — канал для смазки, 5 — замковый па­лец, 6 — кольцевой слой смазки, 7 — сальнико­вое уплотнение, 8 — слой твердого сплава на цапфе, 9 — лапа, 10— мембрана для уравнивания давления; 11 — слой специального покрытия для быстрого отвода тепла на внутренней поверхности шарошки, 12 — шарошка, IS — шариковый подшипник, /4 — пята, 15 — стой твердого сплава на нагруженной поверхности цапфы.

 

Фрикционные подшип­ники (скольжения). Основное их отличие состоит в том, что ро­лики подшипника, установленного ближе к вершине цапфы, и наруж­ного заменены подшипниками скольжения. Это дает возможность увеличить диаметр опоры, в результате чего получают более прочную опору. Опора по схеме подшипник скольжения — ша­рик— подшипник скольжения (СШС) приведена на рис. 4.11. Существует другой вариант «Хьюз», в котором шариковый подшипник заменен стальным кольцом.

Смазка опор долот. Опоры шарошечных долот бывают не-герметизированные и герметизированные. Негерметизирован-ные опоры смазываются с помощью циркулирующего в сква­жине бурового раствора, поступающего через зазоры между шарошкой и цапфой. Для смазки долот с герметизированной опорой применяют специальную систему, размещенную внутри корпуса лапы. В последнем случае смазка буровым раствором не рекомендуется, так как буровой раствор содержит абразив­ные твердые вещества (песок, барит и т. д.), которые сокра­щают срок эксплуатации долота. Негерметизированные опоры смазываются буровым раство­ром. Герметизированная опора состоит из подшипников, уплот­нения, резервуара со смазкой и компенсатора давления (см. рис. 411). Уплотнение представляет собой О-образное кольцо, помещенное между шарошкой и самой нижней точкой подшип­ника. Уплотнительное кольцо создает герметизацию, преду­преждающую попадание бурового раствора на опору или вы­ход смазки. Резервуар обеспечивает подачу консистентной смазки в опору через канал. Движение консистентной смазки регулируется системой компенсирования давления. Компенсатор давления включает гибкую мембрану, которая действует в пределах металлического протектора и удержива­ется стальной крышкой с отверстиями. Компенсатор под­держивает одинаковое давление внутри и снаружи опоры. Механизм компенсирования давления снабжен предохранитель­ным клапаном. Последний защищает уплотнение опоры и ком­пенсатор от повреждения, когда высокая температура способст­вует разложению смазки на газообразные компоненты, в ре­зультате чего увеличивается внутреннее давление.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ БУРОВЫХ ДОЛОТ

       Конструкции долот с фрезерованными зубцами или штыре­вые долота могут быть изготовлены при различных сочетаниях диаметра, форм и типа зубцов, величины смещения, типа под­шипника и механизма смазки. Существует несколько фирм-изготовителей долот, которые выпускают собственные модифи­кации конструкций долот. Таким образом, для одного типа пород имеется несколько конструкций долот различных изгото­вителей.

Международная ассоциация буровых подрядчиков (IADC, или МАБП) в 1972 г. разработала сравнительную классифика­цию для различных типов долот. Основные положения этой классификации приведены в табл. 4.1, в которой каждое до­лото обозначается с помощью трех индексов.

Первый индекс (или цифра) определяет классификацию се­рии, которая относится к вооружению долота. Для долот с фре­зерованными зубцами первый шифр имеет цифры от 1 до 3, который характеризует породу — мягкая, средняя и твердая соответственно.

Мягкие породы (цифра 1) требуют длинных, тонких зубцов с большим шагом между ними для эффективного бурения. Средние породы (цифра 2) требуют коротких зубцов с мень­шим шагом между ними, чтобы выдерживать высокие контакт­ные нагрузки.

Твердые породы (цифра 3) требуют очень коротких зубцов с малым шагом для максимального срока службы долота и эф­фективного бурения.

Для штыревых долот первый индекс — цифры 5—8. Эти цифры соответствуют увеличению твердости породы.

АЛМАЗНЫЕ ДОЛОТА

       Режущие элементы алмазного долота состоят из большого количества небольших алмазов, расположенных на корпусе из карбида вольфрама. В долоте нет движущихся частей, и оно обычно применяется для бурения твердых и абразивных пород, а также когда требуется значительная проходка, чтобы сокра­тить время на спуск и подъем. Это особенно важно для глубо ких скважин (в морском бурении), где стоимость времени ра­боты буровой установки очень велика. Алмазные долота используют при бурении с отбором и без отбора керна. При буре­нии с отбором керна долото применяют в сочетании с грунтоноской, чтобы получить образцы породы.Алмаз — твердый материал и имеет твердость 10 ед. по шкале Мооса. В этой классификации 1 соответствует мягким породам (например, тальк), а 10 — очень твердым минералам (например, алмаз). Теплопроводность алмаза также самая высокая среди мине­ралов, что позволяет алмазному вооружению быстро охлаж­даться. Это свойство важно для предупреждения разрушения алмазов при быстром нагревании и термическом растрески­вании. На рис. 4.16 приведены алмазные долота с различными про­филями конусов. Размер алмазов определяет тип буримой породы. Для буре­ния мягких пород используют крупные алмазы, а для твердых небольшие, так как они не могут вдавливаться глубоко. Большинство алмазных долот изготовляют для колонкового бурения, так как долота типа PDC менее дороги и имеют вы­сокие производственные показатели. В алмазном колонковом долоте выполнено центральное отверстие, соответствующее диаметру керна. При колонковом бурении КНБК. Включает алмазное колонковое долото, грунтоноску, УБТ и бурильную колонну до поверхности..

 

Рис 4.16 Алмазные долота с различными про­филями конусов.

---

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 297; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!