Режим бурения

1. Режим бурения

Под режимом бурения понимается
определенное сочетание факторов,
влияющих на показатели бурения.
Факторы называют параметрами
режима бурения. (по Федорову В.С.).

2. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Параметры режима бурения:
осевая нагрузка на долото Рд,
кН;
частота вращения долота (или
ротора) n, мин-1;
(л/с)
количество
(расход)
циркулирующего бурового раствора,
Q, м3/с
качество циркулирующего бурового
раствора
(фильтрация,
вязкость,
плотность)

3. Режим бурения

Контролируемые параметры режима бурения
крутящий момент;
тип и свойства циркуляционного агента;
давление нагнетания
частота и амплитуда динамической
составляющей осевой нагрузки и крутящего
момента;
дифференциальное давление на забое
скважины;
изменение концентрации твердой фазы в
ПЖ
при
циркуляции
по
стволу
скважины и т.д.

4. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Оптимальным
называется
режим
бурения, при котором
получают
наилучшие
технико-экономические
показатели при данных условиях
бурения.
Режимы
бурения,
при
которых
решаются задачи проводки скважины в
поглощающих пластах, бурение с
минимальным искривлением, отбор
керна,
качественное
вскрытие
продуктивных пластов, называются
специальными.

5. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Режимная пачка – это непрерывный
интервал бурения, с постоянными
геолого-техническими условиями, не
зависимыми от глубины залегания
горных пород в пределах пачки, или
пачки одинаковой буримости горных
пород.

6.

Осевая нагрузка на долото
осевая нагрузка на долото G
определяется :
G = gi·D,
где gi – интенсивность осевой нагрузки , кН
на 1 мм. диаметра D долота.
gi меняется в пределах от 0,5-1,5 кН/мм.

7. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

В зависимости от частоты вращения
различают 3 режима бурения:
1)
низкооборотное (роторное) бурение - nд
≤ 90 об/мин
2) среднеоборотное бурение:
90 < nд < 250 об/мин
250 < nд < 450 об/мин
Реализуется при вращении долот объемными
забойными
двигателями и редукторными
турбобурами и электробурами.
3) высокооборотное бурение n ≥450 об/мин
Реализуется при бурении с безредукторными
турбобурами и электробурами.

8. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Расход бурового раствора
Выбирается с учетом следующих условий:
А) условие очистки забоя, Q
Q = gудF ,
где
gуд - удельный расход бурового раствора
м3/(с*м2), или м/с; F – площадь забоя
скважины. F = 0,785·D2, где D диаметр долота.
gуд
0,57-0,65м/с
=

9. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Б) условие подъема шлама в кольцевом
зазоре между бурильными трубами и стенкой
скважины
Q2 = UFк ,
где
U
- необходимая
скорость
восходящего потока жидкости, м/с; F –
площадь кольцевого зазора,
2-d2), d - диаметр бурильной
Fк = 0,785 (D
М
Q
К
трубы
Д
3
3

10. Режим бурения

В) условия обеспечения работы
гидравлического забойного
двигателя.
Мд – крутящий момент,
необходимый для вращения долота,
К3 – параметр забойного двигателя.
Из полученных 3 расходов
выбирают мах.
Q3
МД
К3

11.

Скорости (рекомендуемые) движения жидкости
в кольцевом зазоре.
Бурение
колонну
под
Кондуктор
Техническая и
эксплуатацион
ная колонны
Способ
бурения
Роторный
Забойным
двигателем
Роторный
Забойными
двигателями
U, м/с
Вода
Глинистый
раствор
-
0,2-0,3
-
0,3-0,4
0,5-0,6
0,4-0,5
0,6-0,7
0,5-0,6

12.

Проходка на долото (Н), определяется
длиной
ствола
скважины,
пробуренного
долотом до полного износа. Характеризует
производительность долота.
Стойкость
или
долговечность
долота
определяется
временем
механического
бурения долотом до его полного износа. Т (час)
Средняя механическая скорость проходки
Рейсовая скорость
Себестоимость L, м проходки по затратам,
зависящим от времени

13. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Влияние параметров режима
бурения на эффективность
работы породоразрушающего
инструмента

14. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Зависимость механической скорости бурения м/ч от удельного
давления
Р0
на
контакте
между
рабочим
элементом
породоразрушающего инструмента и ГП на забое скважины для
хрупких или упругопластичных пород.
.

15. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Зона I (участок ОА) – контактное давление ниже
предела усталости ГП. Разрушение породы в виде
поверхностного износа вследствие трения.
Скорость проходки прямо пропорциональна
контактному давлению.
В точке А контактное давление достигает
предела усталости.
Предел
усталости
рА
–
наименьшее
контактное давление, при котором многократное
приложение нагрузки вызывает развитие трещин
в породе, приводящее к объемному разрушению.
Предел усталости ГП в 20–30 раз ниже показателя
ее твердости.

16. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Зона II (участок АВ) – контактное давление
превышает предел усталости, но остается ниже
уровня, соответствующего твердости ГП в
забойных условиях рВ. Появление трещин,
сколов
после
многократного
воздействия
нагрузки. По мере увеличения контактного
давления интенсивность развития трещин и
глубина их проникновения растут, а требуемое
количество циклов нагружения снижается. Идет
местное, локальное разрушение.
Предел
выносливости
наибольшее
напряжение,
при
котором
материал
не
разрушается при любом количестве циклов
нагружения.

17. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Зона III (участок ВС) – контактное
давление превосходит твердость ГП в
забойных
условиях.
Объемное
разрушение ГП происходит при единичном
акте нагружения.
На величину оптимальной нагрузки для
конкретной пары «долото–ГП» оказывает
влияние степень очистки забоя от шлама,
конфигурация забоя скважины, высота
зуба и т.д. С улучшением очистки забоя от
шлама (кривая ВС2) оптимальный уровень
нагрузки повышается по сравнению с
кривой ВС1.

18. Допустимая нагрузка на долото, кН

Диаметр долота по
ГОСТ 20692-75, мм
95,2
98,4
114,3
120,6
132,0
142,9
146,0-149,2
165,1
190,5
215,9
244,5
269,9
295,3
320,0
393,7
Низкооборот- Высокооборотное бурение
ное бурение
–
70
–
80
–
120
–
140
–
150
–
190
–
200
150
250
200
300
250
380
320
450
350
480
400
500
450
600
470
700

19. Частота вращения долота

У долот опорных продолжительность
взаимодействия рабочего органа с забоем
снижается с ростом частоты вращения.
В хрупких породах деформация происходит
за несколько миллисекунд. При повышении
частоты вращения наступает момент, когда
продолжительность взаимодействия
рабочего органа с породой начинает влиять
на проходку за один оборот.
В абразивных породах n=40–50 об/мин, для
алмазного бурения - 400 об/мин и выше.

20. Частота вращения долота

Проходка долота в зависимости от частоты вращения бурильной колонны
кривая 1 - при бурении упруго-хрупких и пластичных пород шарошечными
долотами
кривая 2 - для бурения алмазными долотами твердых, хрупких пород.

21. Количество циркуляционного бурового раствора

Эффективность удаления шлама с забоя:
• количество ПЖ, поступающей к забою в
единицу времени (подача)
• свойства ПЖ (прежде всего реологические)
• скорость истечения жидкости из каналов в
долоте.
Гидромониторный
эффект
достигается при скоростях истечения жидкости
из насадок не ниже 80 м/с.

22. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

ориентации исходящих из долота потоков
жидкости по отношению к поверхности забоя
организации и интенсивности циркуляции в
призабойной части скважины.
Удельной (на 1 см2 площади забоя) подачи
промывочной жидкости:
- 0,035–0,050 л/с при роторном способе и
бурении электробуром
до
0,07
л/с
при
использовании
гидравлического забойного двигателя.

23. Величина механической скорости в зависимости от расхода промывочной жидкости

24. Механическая скорость в зависимости от сопротивления горных пород разрушению

при различных расходах

25. Механическая скорость в зависимости от сопротивления горных пород разрушению

I область : Q = Qд, . В этой области
степень
х
1.
Это
соответствует
совершенной очистке забоя.
II область: Q = Qд, , 1 х 0 - не
совершенная очистка.
III область Q
Qд,
, х 0 неудовлетворительная очистка.
На этом графике Q1 Q2 Q3 .
Следует отметить, что при больших
частотах вращения долота существенно
изменяется и Qд.

26. Влияние состава и свойств промывочной жидкости на эффективность работы долота

27. Зависимость механической скорости бурения от плотности промывочной жидкости

При увеличении плотности
от 1 до 2,4 г/см3
механическая
скорость
бурения при прочих равных
условиях снижается от 10 до
100%.
Наибольшая механическая
скорость
может
быть
получена при бурении с
продувкой
воздухом
или
промывкой
аэрированной
жидкостью.

28. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Долговечность
(ресурс)
породоразрушающего инструмента
Стоимость долот - 1-5 % от затрат на
строительство скважины

29. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Долота безопорные
Ресурс
ограничен
износом
матрицы
и
вооружения
1 - Стандартное долото РDС, 1991-1996 г.г.
(14 рейсов)
2 - Долото РDС противовихревой конструкции,
1993-1995 г.г. (42 рейса)
3
Долото
РDС
новой
конструкции
(оптимизированный профиль и гидравлика
Switchblade), 1993-1995 г.г. (20 рейсов, ресурс не
выработан)

30. Рациональная отработка шарошечных долот по Рд и n

1 – неэффективное
использование долота
2 – рациональная
отработка долота
3 – катастрофическое
разрушение опор
Рациональный режим
при пониженных
твердости и
абразивности пород
n
3
2
1
Рациональный режим при
повышенных твердости и
абразивности пород
Рд

31. Возможности управления режимом бурения

Нагрузка на долото
Подача инструмента - его
вертикальное перемещение на
поверхности, которое
осуществляется опусканием
ведущей трубы в ротор на
некоторую величину в
результате ослабления
(оттормаживания) тормоза
лебедки.
Индикатор
веса (ИВ)
ИВ - гидравлический
или электрический
Погружение долота - глубина внедрения долота в породу в
результате подачи инструмента.

32. Гидравлический индикатор веса (ГИВ)

Комплект ГИВ состоит из:
трансформатора
указывающего
давления
манометра
• самопишущего манометра с круглой
диаграммой,
вращаемой
часовым
механизмом со скоростью 1 об/сут.
Указывающий манометр с условной
шкалой, градуированной на 100 делений,
устанавливают на щите у поста бурильщика

33. Диаграмма ГИВ

На диаграмме ГИВ отмечаются все колебания
веса БК на подъемном крюке в течение суток.
Если
линия
на
диаграмме
проходит
параллельно одной из окружностей, то в этот
отрезок времени вес на крюке не изменился
(остановка
или
процесс
бурения
при
постоянной нагрузке).
Если линия проходит параллельно кривой
радиальной линии, то произошло мгновенное
изменение веса на подъемном крюке (подъем
БК с ротора, затяжка БК и т. д.).

34. Электрический индикатор веса

Состоит из датчика с индукционным
преобразователем (воспринимает натяжение
неподвижного конца талевого каната и
отображает это натяжение пропорциональной
ЭДС),
измерителя
записывающего
или
указывающею типа.
Основные преимущества: независимость
показаний от диаметра каната, возможность
дистанционной передачи, легкость изменения
чувствительности
прибора,
большая
точность.

35. Оптимизация режимов бурения. Критерии эффективности режима бурения.

Критерии оптимизации:
Н (проходка на долото) → max
Vм (механическая скорость) → max
Vр (рейсовая скорость) → max
C (стоимость) → min

36. Оптимизация режимов бурения

Наибольший вес имеют Vр → max, С →
min.
Практика
бурения
предполагает
комплексное применение этих критериев.
Vр → max и С ≤ Сn , где Сn – плановая
стоимость 1 м. проходки, обеспечивающая
затраты на бурение в пределах сметы.
С → min при Vр ≥ Vр. n , где Vр. n –
плановая
рейсовая
скорость,
обеспечивающая строительство скважины в
установленные сроки.

37. Оптимизация режимов бурения

На сегодняшний день пользуются типовой
методикой ВНИИБТ при сопоставлении новых
и применяемых (базовых) вариантов долот и
режимов их работы.
При
принятии
решения
проводятся
параллельные
испытания
вариантов,
сравнение по критерию
С → min, далее
оценка статистической значимости различия
вариантов одним из вариантов статистики.
Чаще применяются статистический метод
сравнения средних арифметических значений
сопоставляемых вариационных рядов с
использованием t – критерия Стьюдента.