Причины разрушения керна при бурении и методы обеспечения необходимого выноса керна
Вынос керна при колонковом бурении практически всегда меньше
100 %, что обусловлено действием двух групп факторов: геологических и технико-технологических.
Геологические факторы:
1) низкая прочность горных пород. Слабый керн размывается промы-вочной жидкостью и разрушается под действием радиального биения и изгиба инструмента. Профилактика: балансировка колонкового долота и его центрирование, а также применение бурильных головок, имеющих максимальные значения коэффициентов керноприема и керноотбора;
2) высокая абразивность горных пород обусловливает быстрый износ кернообразующего вооружения и кернорвателей. Профилактика: уси-ленное армирование кернообразующего вооружения бурильных голо-вок и поверхностей кернорвателей, взаимодействующих с керном, а также ограничение времени бурения с отбором керна;
3) трещиноватость горных пород. Трещиноватый керн распадается на куски и самозаклинивается в колонковой трубе. Это приводит к исти-ранию керна. В таких горных породах следует применять колонковые снаряды, в колонковой трубе которых создается восходящий поток жидкости. Такие керноприемные устройства называются эжекторными;
4) низкая водоустойчивость пород (пески, плывуны, растворимые соли, слабосцементированные песчаники и др.). Профилактика: применение специальных промывочных жидкостей, не активных по отношению к горной породе, например, растворов на нефтяной основе и эмульси-онных растворов.
|
|
|
В соответствии с трудностью отбора керна предложен ряд классификаций горных пород. По твердости выделяют пять групп:
1) крепкие породы (10…12 категории);
2) твердые (8...9 категории);
3) средней твердости (6…7 категории);
4) малой твердости (4…5 категории);
5) мягкие, рыхлые, сыпучие, размываемые водой (1…3 категории).
По степени трещиноватости выделяют три группы:
1) группа А – монолитные, не разрушаются вибрацией и промывкой, имеют до 10 трещин на 1 м длины керна;
2) группа Б – трещиноватые и перемежающиеся по твердости. Имеют 10…20 трещин на 1 м длины керна;
3) группа В – раздробленные, размываются и истираются при обурива-нии керна, имеют более 20 трещин на 1 м длины керна.
Технико- технологические факторы обусловлены несоответствиеминструментов и технологии отбора керна свойствам горных пород, а также несовершенством конструкции и качеством керноотборочных снарядов. Например, вибрации и биение инструмента резко снижает целостность и вынос керна из-за его разрушения и истирания. То же имеет место при по-тере продольной устойчивости колонкового снаряда под действием осевой нагрузки и при отклонении его оси вращения от оси скважины. Поэтому уделяется большое внимание центрированию колонкового долота в сква-жине. Над бурильной головкой устанавливается калибратор, а в средней и верхней частях корпуса – центраторы в соответствии с расчетной формой продольной устойчивости колонкового долота в целом.
|
|
|
Обеспечение выноса керна во многом зависит от квалификации бу-рильщика и его материальной заинтересованности. Это условие рассмат-ривается как субъективный фактор. Поэтому наряду с совершенствованием техники и оптимизацией технологии бурения с отбором керна необходимо уделять внимание повышению профессиональной подготовке бурильщиков и совершенствованию оплаты труда.
Вспомогательный (специальный) инструмент для бурения скважин
Инструменты для подготовки ствола и забоя скважины
К последующим операциям
Пикообразные долота предназначены для проработки стволаскважины, например перед спуском обсадной колонны, для разбуривания цемента в обсадной колонне и для подготовки забоя перед проведением ловильных работ по удалению мелких металлических предметов из скважины. Изготавливаются два вида долот ПР и ПЦ диаметром от 98,4 до 444,5 мм.
Долото ПР (рис. 5.87 а) – двухлопастное, состоит из корпуса 1 и ло-пастей 2, выполненных в виде пики. Корпус имеет присоединительную резьбу и два промывочных отверстия 3. Лопасти армируются твердо-сплавными пластинками и наплавляются твердым сплавом. В калибрую-щих боковых гранях лопастей установлены цилиндрические зубки. По-этому долотами ПР нельзя работать в обсадной колонне.
|
|
|
Долото ПЦ по конструкции аналогично долоту ПР и отличается от него отсутствием армирования боковых граней лопастей. Это долото предназначено для разбуривания цементного камня в обсадной колонне и не должно повреждать трубы.
Рис. 5.87. Пикообразное долото ПР (а) и долото ВР (б) для работ открытом стволе
В последнее время заводы-изготовители породоразрушающих инструментов перешли к оснащению вспомогательных долот этого вида алмазно-твердосплавным вооружением. На рис. 5.87 б показано специальное долото, изготавливаемое на НПП «Буринтех». Шифр долота начинается с букв ВР, например ВР 165,1, где цифрами показан диаметр долота в мм. Из рисунка 5.87 б видно, что долото с алмазно-твердосплавным вооружением многолопастное и имеет не пикообразный профиль лопастей, а скругленный выпуклый.
Зарезные и фрезерные долота предназначены в основном для буре-ния с управлением кривизной скважины, забуривания новых стволов в скважине и фрезерования металла при ликвидации аварий в скважине с бурильным и породоразрушающим инструментами.
|
|
|
Зарезное долото (на примере долот) (рис. 5.88 а) состоит из головки 1 и переводника 2 корпуса. Головка имеет характерную вогнутую торцовую рабочую поверхность и короткую цилиндрическую калибрующую по-верхность l к, оснащенные зубками 3 из различных материалов: PDC, алма-зосодержащих композиций или твердосплавных пластин. Система про-мывки включает внутреннюю полость долота, отверстия 4 и радиальные канавки, переходящие в вертикальные, которые делят торцовую поверх-ность долота на шесть секторов 5. В шифре долота содержится буква А, например ИСМ-А-188,9 МС, означающая, что долото можно применять при аварийных работах в скважинах.
Рис. 5.88. Зарезные долота:
– ИСМ; б – зарезное долото НПП «Бурсервис»,
– зарезное долото ОАО «Волгабурмаш»
На рисунке 5.88 б показано зарезное долото НПП «Бурсервис», кото-рые выполняются оснащенными PDC-резцами в один или два ряда. Вы-пускаются диаметрами от 142,9 до 220,7 мм. Имеют стальной фрезерован-ный корпус.
На рисунке 5.88 в показано зарезное долото ОАО «Волгабурмаш»
с алмазно-твердосплавным вооружением (PDC). При сопоставлении с ри-сунком 5.88 а видно, что оно отличается от долота ИСМ только зубками и более рациональной с точки зрения взаимодействия с горной породой их расстановкой.
Зубки ИСМ не имеют режущей кромки . Разрушение горной породы осуществляется истиранием и микрорезанием мелкими алмазными зернами, расположенными в поверхностном слое зубков. У зарезного до-лота PDC на передних гранях секторов установлены резцы, образующие режущую кромку для разрушения горной породы резанием-скалыванием.
НПП «Буринтех» изготавливает долота PDC унифицированных кон-струкций, но выделяет так называемые «управляемые долота», которые отличаются от обычных оснащением периферии долот резцами с повы-шенной прочностью и износоcтойкостью. В шифре управляемых долот на третьей позиции добавлена буква Т, например БИТ 215,9 ВТ 613 – управ-ляемое долото, а БИТ 215,9 В 613 – обычное долото.
За рубежом изготавливают зарезные долота, оснащенные как нату-ральными алмазами, так и алмазно-твердосплавными резцами. Общими отличительными особенностями зарезных долот являются вогнутая (во-ронкообразная) торцовая рабочая и короткая калибрующая поверхности.
Торцовые фрезерные долота имеют аналогичную конструкцию, но их сектора и калибрующая поверхность оснащены твердосплавными резцами. Другие конструкции фрезеров для скважин не связаны с разрушением гор-ных пород и в данном разделе не рассматриваются.
Калибраторы –породоразрушающие инструменты,устанавливаемыенепосредственно над долотом и предназначенные для центрирования его в скважине и для выравнивания и калибровки стенок скважины до размера, равного диаметру долота. Калибраторы существенно снижают поперечные колебания долот и обеспечивают наиболее круглый ствол скважины.
Лопастные калибраторы изготавливают трех-, четырех- и шестилопа-стными. Лопасти располагают как вдоль образующей, так и спирально. Вооружение лопастей может быть твердосплавным, алмазным из сверх-твердых композиционных материалов. Конструкции лопастных калибра-торов показаны на рисунке 5.89 а, б. Из рисунка 5.89 а, б видно, что калиб-раторы выполняют с лопастями, расположенными вдоль образующей кор-пуса (прямолопастные) и со спиральной формой лопастей (спиральные). Спиральные калибраторы сложнее в изготовлении, но они лучше центри-руют долото в скважине.
Основной недостаток лопастных калибраторов – значительное сопро-тивление вращению и быстрое снижение их эффективности по мере уменьшения диаметра в результате изнашивания вооружения лопастей.
Поэтому все шире применяется оснащение калибраторов элементами вооружения или импрегнированными алмазами или с алмазным покрытием.
Рис. 5.89. Калибраторы:
а –прямолопастной; б –спиральный; в –шарошечный
ОАО «Волгабурмаш» выпускает прямолопастные калибраторы с чис-лом лопастей 4, диаметрами от 212,0 до 393,7 мм, оснащенных PDC-резцами для повышения износостойкости калибраторов. Калибраторы вы-пускаются двух типов – МС и СТ.
НПП « Бурсервис» выпускает калибраторы как с прямыми лопастя-ми,так и со спиральными, диаметрами от 91,4 до 687 мм для бурения в мягких, средних и твердых малоабразивных и абразивных горных породах. Корпус калибратора изготавливается цельнофрезерованным либо сварным с двумя присоединительными замковыми резьбами (муфта или ниппель) и армируется твердосплавными и алмазосодержащими композиционными материалами.
Шарошечные калибраторы имеют перед лопастными преимущество в меньшем сопротивлении вращению и лучшем охлаждении вооружения благодаря перекатыванию шарошек по стенке скважины. Калибраторы вы-полняются в основном трехшарошечными (рис. 5.89 в). Шарошки устанав-ливаются на осях в пазах корпуса под некоторым углом к оси калибратора для уменьшения сопротивления движению при спуске инструмента. Воо-ружение шарошек — или зубчатое фрезерованное с наплавкой твердого сплава, или в виде вставных твердосплавных зубков. Основной недостаток таких калибраторов — быстрое изнашивание осей (опор) шарошек.
Сравнительно небольшой момент сопротивления вращению шаро-шечных калибраторов и их хорошая проходимость по стволу скважины по-зволяет широко использовать их для центрирования бурильного инструмента в скважине. В этом случае калибратор как центратор может быть установлен на значительном расстоянии от долота.
Применение калибраторов не только повышает качество ствола сква-жины, но и положительно отражается на долговечности как опоры долота, так и его вооружения.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1693; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!