УДК: 622.243

Каиров Серикбол МГМ 13-1

Руководитель – Садуакасов Д. С., к.т.н.

В статье рассматривается бурение скважин роторным способом с применением

глинистого раствора.

Мақалада ұңғыманың бұрғыла-роторлы қиюмен балшықты ашпаның қолданысы қарастырылады.

The article discusses the rotary drilling method using mud.

ПРОВОДКА НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН В КАЗАХСТАНЕ РОТОРНЫМ СПОСОБОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ АЭРИРОВАННОГО ГЛИНИСТОГО РАСТВОРА

Технология бурения скважин с применением аэрированного глинистого раствора

Технология бурения с применением аэрированного глинистого раствора несколько отличается от технологии бурения скважин без аэрации промывочного раствора.

В условиях Казахстана, где намечалась проводка скважины с применением аэрированного промывочного раствора , в дополнение к обычно устанавливаемому буровому оборудованию были смонтированы устройства для герметизации устья скважины, блоки аэрации и деаэрации промывочного раствора.

Схема обвязки устья скважины предусматривала возможность бурения как с промывкой скважины аэрированным раствором, так и обычным раствором. Поэтому при монтаже оборудования для проводки скважины с применением аэрированного раствора стандартная схема циркуляции не была нарушена.

Разработанная институтом КазНИПИнефть комплекс оборудования и технология бурения были предварительно обсуждены на буровых предприятиях, где должны были осуществить проводку скважин с применением аэрированного глинистого раствора. До начала бурения буровые бригады заранее были проинструктированные по вопросам выполнения ряда технологических операций, обусловленных спецификой применения аэрированных растворов.

Воздух снабжение буровых из-за отсутствия необходимого количества передвижных компрессоров осуществляется промысловыми компрессорными станциями.

После монтажных работ приступали к подготовке бурения с промывкой забоя скважины аэрированным глинистым раствором.

Закончив спуск инструмента до забоя и установив обратный клапан ниже ведущей трубы, последнюю навинчивали вместе с уплотняющими патрубком при герметизации устья скважины устройством ГУНД. Пускали в ход буровой насос при заданной подаче, а затем (через 1-2мин) открывали вентиль на воздушной линии. Воздух под действием перепада давления поступал в аэратор, где, смешивалась с промывочным раствором , аэрировал последний.

Первоначальная степень аэрации выдерживалась минимальной – порядка 2-3. В Дальнейшем , по истечении цикла циркуляции, степень аэрации постепенно увеличивали и доводили до заданной величины, определенной по формуле.

Количество подаваемого воздуха контролировали по расходометру, установленному на блоке аэрации.

Наблюдение показало, что в начале аэрации промывочного раствора давление в стояке постепенно повышалось в течении определенного времени , после чего оно снижалось, достигая своего минимального значения при выходе раствора из скважины.

Во время продувки повышение давление в стояке происходит за счет разности плотностей аэрированного раствора в бурильной колонне и «чистого» раствора в за трубном пространстве.

В момент выхода аэрированного раствора из скважины на дневную поверхность снижение давление в стояке объясняется тем, что в это время плотность аэрированного раствора в за трубном пространстве становиться меньше , чем в колонне бурильных труб. Такое снижение давления имеет место несмотря на то, что в аэрированном растворе, находящемся в за трубном пространстве, содержится частицы выбуренной породы. Это объясняется те, что в колонне бурильных труб пузырьки воздуха находиться в сжатом состоянии, а в за трубном пространстве, о мере их подъема. Они расширяют.

Во время циркуляции аэрированного глинистого раствора давления в стояке стабилизируется. Это давление намного ниже, чем давление в стояке при бурении без фармации промывочного раствора.

Регулировку подачи раствора и воздуха продлили после стабилизации давления в стояке.

Количество воздуха при аэрации раствора не должно быть меньше расчетного. В противном случае стабильность аэрированной смеси в за трубном пространстве нарушается. В этом случае воздух поступает в за трубное пространство периодически.

Неравномерное поступление воздуха в за трубное пространство вызывает периодические выбросы смеси из выкидной линии. Такой режим аэрации раствора создает большую разницу между гидродинамическими давлениями в бурильной колонне и за трубном пространстве, что нарушает нормальную работу компрессоров и буровых насосов.

Устойчивый режим бурения с применением аэрированного раствора может быть достигнут только при правильном соотношении воздуха и промывочной жидкости согласно расчету аэрации последней.

После стабилизации режима движения аэрированного раствора начинали процесс бурения. С уменьшением плотности промывочного раствора нагрузка на крюке от бурильной колонны увеличивается. В этих условиях для правильного учета величины нагрузки на долото определяли максимальную нагрузку на крюке при установившемся движении аэрированного раствора. Частоту вращения ротора и осевую нагрузку на долото сохраняли в тех пределах, что при обычном бурении без аэрации промывочного раствора.

В процессе бурения о транспортирующей способности аэрированного раствора судили по показаниям манометра на стояке. В случае резкого повышения давления прекращали бурение и продолжали промывку скважины при уменьшенном расходе воздуха с тем, чтобы очистить участок скопления шлама, а затем снова переходили на заданные параметры режима аэрации бурения.

По окончании бурения на длину ведущей трубы и проработки пройденного интервала подачу воздуха прекращали, в скважину закачивали не аэрированного раствор до места установки обработанного клапана с учетом его перекрытия. После этого буровые насосы останавливали . понижали давление через выкидную задвижку на манифольде, отвинчивали ведущую трубу вместе с уплотнительным патрубком и производили наращивание инструмента, затем продолжали бурение. Завершив процесс бурения, производили операция по подъему бурильного инструмента для смены долота в следующем порядке.

Перед подъемом бурового инструмента в целях предупреждения водопроявлений прекращали подачу воздуха и вытесняли из скважины аэрированный раствор.

В тех случаях, когда ожидали интенсивный поглощение, аэрированный раствор вытесняли из скважины не полностью.

Для смены долота герметизирующую трубу устройства ГУНДа поднимали вместе с последней свечой, а после замены долота герметизирующую трубу опять устанавливали на место и закрепляли в корпусе устройства.

Наблюдение показало, что при промышленном бурении скважин с промывкой забоя аэрированным раствором резко повышаются механическая скорость и проходка на долото.

Это объясняется тем, что гидродинамическое давление аэрированного раствора на забой скважины оказывает большие влияния на бурильность породы. При этом, чем меньше это давление, тем выше механическая скорость бурения.

При циркуляции аэрированного раствора увеличиваются условия очисткизабоя и ствола скважины от шлама.

Улучшение очистки скважины также является одной из причин повышения механической скорости бурения и проходки на долото.

Вопрос цементирования обсадных колонн в условиях поглощений промывочного раствора является одним из основных всего комплекса работ при проводке скважин. По предложению проф. М. К. Сеид-Рза перед цементированием колонны скважины промывали аэрированным глинистым раствором, что давало положительные результаты.

С целью промывки колонны аэрированным раствором изготавливали специальный переводник для соединения ведущей трубы с колонной обсадных труб, а герметизацию устья обеспечивали устройством ГУНД. Промывку скважины аэрированным глинистым раствором производили при степени аэрации порядка 7-10. Параметры исходного глинистого раствора были:

Плотность, г/см3…………….1,22

Вязкость по СПВ-5, с………..35-40

Успешное цементирование колонны при бурении скважин с применением аэрированного глинистого раствора обеспечивалось следующими условиями:

Снижением показателей структурно-механических свойств бурового раствора при его аэрации;

Уменьшением давления на забое скважины по сравнению с тем, при котором возникают поглощения цементного раствора.

Развитию роторного бурения способствовало совершенствование инструмента. Основным инструментом служило долото в форме рыбьего хвоста (РХ). Лезвие его было раздвоено и отогнуто в сторону вращения. С целью очистки скважины долото приспособили для работы с промывкой, проделав отверстие для прохода промывочной жидкости. Этим долотом работали в мягких породах.

В породах средней твердости использовали дисковые долота с ровной, волнистой или зубчатой рабочей поверхностью. Долота зтого типа оказались бесперспективными, но, видимо, они натолкнули изобретателей на конструирование шарошечных долот, в которых рабочим элементом был зубчатый цилиндр или зубчатый конус. Впервые цилиндрические шарошечные долота были запатентованы в 1860 г. Однако успешное развитие шарошечных долот началось с применением роторного бурения. В 1909 г. Говард Юз сконструировал долото с коническими шарошками. Шарошечные долота позволили совместить действие резания и удара при вращательном бурении. Применяемые ранее зубчатые, лопастные, дисковые и армированные алмазами долота разрушали породу только резанием. Шарошечные долота дали возможность использовать преимущества вращательного и ударного бурения одновременно.

Из колодцев нефть поднимали бурдюками (сшитыми из шкур животных) и бадьями (металлическими или деревянными цилиндрами с откидывающимся на шарнире дном). Скважины, пробуренные на нефтяных промыслах, в большинстве случаев фонтанировали. Если фонтан истощался или скважина вообще не давала фонтана, то нефть вычерпывали желонкой, представляющей собой ту же бадью, но приспособленную к узким поперечным размерам скважины. Такой способ подъема нефти — тартание, доставшийся в наследство от ее кустарной колодезной добычи, тяжелый, дорогой, малоэффективный, не использовал преимущества, обеспечиваемые применением бурения. Необходимо было совершенствовать способы извлечения нефти из скважин.

В 1865 г. бакинский инженер Иваницкий создал глубинный насос для выкачивания нефти.Принцип его действия был известен на Кавказе. Но только в 1874 г. насос применили на нефтепромысле в Грузии, а в 1876 г.— на промысле Вермишева в Баку. Однако и после этого он не получил широкого распространения в России. До установления Советской власти на нефтяных промыслах страны скважины за редким исключением тартались желонками. Владельцы промыслов, не желая тратить средства, время и силы на техническое оснащение работ, получали прибыли, жестоко эксплуатируя рабочих. Выступая против насосов в Баку, они ссылались на то, что насосы «стоят очень дорого, а починка их затруднительна вследствие отсутствия механических приспособлений». Совершенствование добычи нефти в дореволюционной России шло по пути замены ручного или конного привода желонки паровым, а затем и от двигателя внутреннего сгорания. Иногда применяли электромотор, получавший энергию с центральной электростанции, расположенной обычно, вне промыслового участка.

В некоторых странах практиковали так называемое «поршневое тартание». В основе этого способа добычи лежало явление выброса из скважины нефти при обратном движении поршня, создающего под собой разряжение. Например, на промыслах Румынии до 1909 г. скважины эксплуатировали главным образом желонками, позднее здесь стали использовать поршневание и к 1918 г. 50% нефти в стране добывалось этим способом.

Автомобили, самолеты, суда, тракторы, стационарные промышленные двигатели, электростанции, нефтеперерабатывающие заводы и различные химические предприятия требовали топлива и сырья — нефти. Значительное увеличение добычи нефти сыграло важную роль в развитии промышленности, сельского хозяйства и транспорта во всем мире. В свою очередь, прогресс ведущих отраслей материального производства, сельского хозяйства и транспорта стимулировал дальнейшее развитие нефтедобывающей промышленности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИЕРАТУРЫ

1. Амиян В. А., Мусинова В. И. О некоторых закономерностях движения двух фазных систем. – Нефтепромысловое дело, 1965, № 11, с. 15-18.

2. Амиян В. А., Василева Н. П. Вскрытие и освоение нефтегазовых пластов,

3. М., Недра, 1972.

4. Брентли Д. Е. Справочник по роторному бурению. М., Недра, 1964

5. Мехтиев Э. Х., Алиев Ш. М., Романихин В. А. Универсальный вращающийся превентор. – Машины и нефтяное оборудование, 1976. № 10, с.8-11.

6. Абдуллаев М. А., Хайме Ф.Г. Необходимость гермитизации и подвески тяжелых хвостовиков технических колонн. – Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1966, № 12, с. 15-17