Бурение нефтянных и газовых скважин

При бурении пород I группы для предупреждения размыва стенок скважины и керна необходимо обеспечить рациональную скорость потока промывочной  жидкости в межтрубном и затрубном зазорах. Так, предельные скорости восходящего потока промывочной жидкости при бурении пород I-III категорий с промывкой глинистым раствором составляют соответственно 1,5; 2,2 и 5,0, водой - 0,4; 1,2 и 3,4 м/с.

Легкорастворимые минеральные  соли и сцементированные льдом многолетнемерзлые  породы, входящие в группу I, под воздействием промывочной жидкости легко разрушаются. Для предохранения керна и  стенок скважины от разрушения необходимо применять промывочные жидкости, сходные по химическому составу  с полезным ископаемым. При бурении  растепляемых пород следует применять  охлажденные солевые растворы или  охлажденный сжатый воздух.

Бурение рыхлых, обводненных  пород этой группы рекомендуется  осуществлять с опережающим замораживанием с промывкой скважины морозостойким  реагентом, охлажденным до минусовой  температуры.

Бурение пород I группы рекомендуется  проводить на пониженных частотах вращения бурового снаряда (до 500 об/мин), заклинивание керна допускается выполнять методом затирки всухую, колонковые снаряды с керном необходимо поднимать плавно, без рывков и ударов во избежание потери последнего.

Отбор керна в  горных породах II группы

Горные породы II группы характеризуются  низким выходом керна (20-40%). Породы связные, в основном неоднородные по строению, средне- и сильнотрещиноватые. Генетическое происхождение самое разнообразное. Для получения кондиционного выхода керна необходимо применять специальные технические средства и технологические методы.

Ввиду большого разнообразия пород II группы рекомендуется использовать следующие специальные технические  средства. Для пород с выходом  керна 20-30%: гидротранспорт керна (КГК-100); эжекторные снаряды (ГРЭС, ДЭС); двойные колонковые трубы (ТДН-0, ДонбассНИЛ-2,3). Для пород с выходом керна 30-40%: двойные трубы с комбинированной промывкой (ТДН-2, ТДН-УТ); снаряды со съемными керноприемниками (ССК и КССК); специальные эжекторные снаряды (ГРЭС).

Для повышения технико-экономических  показателей бурения и выхода керна в комплект колонкового  набора наряду с двойными трубами  и эжекторными снарядами следует вводить высокочастотные гидроударные машины типа ГВ (конструкции СКБ).

Бурение пород II группы производится на пониженных частотах вращения (до 700 об/мин бурового снаряда). При этом обязательно применение антивибрационных средств и соосных калиброванных снарядов. Промывку можно проводить глинистыми растворами нормальной и повышенной вязкости, а также водой. При бурении растворимых и растепляемых пород применяют промывочные жидкости специального состава. Срыв керна необходимо осуществлять кернорвателями специальных конструкций, обеспечивающими надежный захват и удержание керна при подъеме из скважины

Отбор керна в  горных породах III группы

Горные породы III группы характеризуются  крайним разнообразием как по геологическим характеристикам (составу, строению, генезису), так и по физико-механическим свойствам (твердости, абразивности, трещиноватости и т. д.). Разнообразное сочетание перечисленных признаков определяет выход керна в пределах 40-60% при бурении одинарными колонковыми снарядами диаметром 59 мм.

Для обеспечения получения  кондиционного выхода керна пород III группы рекомендуется использовать специальные технические средства: двойные колонковые трубы (ТДН-0, ТДН-2, ТДН-УТ); снаряды со съемными керноприемниками (ССК и КССК); эжекторные снаряды (ДЭС); специальные эжекторные снаряды (ГРЭС).

При бурении пород II-VI категорий, неоднородных по строению, средне-трещиноватых рекомендуется применение двойных  колонковых труб ДонбассНИЛ-1,2.

В исключительных случаях, при  решении второстепенных геологических  задач, в монолитных и слаботрещиноватых  комплексах вмещающих пород допускается  применение одинарных колонковых снарядов. При использовании одинарных  колонковых снарядов внутреннюю поверхность  колонковой трубы в целях снижения коэффициента трения при продвижении  кернового материала рекомендуется  покрывать смазывающими добавками, не влияющими на достоверность опробования  полезного ископаемого. При бурении одинарными колонковыми снарядами в породах этой группы допускаются следующие минимальные диаметры бурения, мм: при алмазном способе - 59 , при твердосплавном - 76.

Существенное значение для  сохранения керна имеет количество и состав промывочной жидкости, в  качестве которой используются техническая  вода, глинистые растворы нормальной вязкости и пониженной водоотдачи, безглинистые и специальные растворы. Обязательно применение антивибрационных средств (антивибрационной смазки, эмульсолов).

Для повышения выхода керна  в комплекте с двойными и эжекторными колонковыми снарядами используют высокочастотные гидроударные машины типа ГВ, за исключением разведки на стройматериалы, инженерных изысканий и ряда других работ, когда при алмазном способе бурения запрещается вводить в комплект колонкового снаряда гидроударные машины, так как наложенные высокочастотные ударные импульсы в целом, увеличивая выход керна, резко ухудшают его качество.

Согласно инструкции, при бурении двойными колонковыми снарядами и снарядами со съемными керноприемниками, рекомендуется применять оптимальные частоты вращения, одинарными - пониженные (до 500 об/мин.

Керн заклинивается только специальными кернорвателями.

Отбор керна в  горных породах IV группы

Горные породы IV группы хотя и отличаются разнообразием по составу  и строению, но физико-механические свойства, особенно слабая степень  трещиноватости, позволяют получать кондиционный выход керна (60-80%) в  большинстве случаев без применения специальных технических средств.

Для бурения монолитных и  слаботрещиноватых пород IV группы рекомендуется  применять одинарный колонковый снаряд и снаряды со съемными керноприемниками, а неоднородных по составу и строению, слабосвязных пород средней трещиноватости (К_уд = 11-30 шт/м) - специальные технические средства: двойные колонковые трубы ТДН-2, ТДН-УТ, комплексы ССК в породах VII-XII категорий (ТДН-2 при промывке глинистым раствором, ТДН-УТ, ССК - водой); комплексы КССК в породах III-IX категорий по буримости.

Частота вращения бурового снаряда выбирается оптимальной  для данного технического средства.

В качестве промывочной жидкости при бурении твердых пород IV группы применяют воду, мягких - глинистые  растворы нормальной вязкости, безглинистые и специальные растворы. Для повышения  технико-экономических показателей  бурения и снижения вибраций обязательно  применение эмульсолов.

При бурении одинарными колонковыми  снарядами однородных пород средней  и высокой твердости необходимо принимать все меры по снижению уровня поперечных вибраций бурового снаряда (соосные снаряды, антивибрационные средства и т.д.), так как в этих породах они являются определяющим фактором разрушения керна.

При бурении перемежающихся по твердости и мягких пород необходимо следить за режимом промывки, постоянно  контролировать расход промывочной  жидкости по показаниям расходомера  или по выходящей струе из скважины. Излишний расход промывочной жидкости приводит к повышенному износу керна, недостаток - к прижогу породоразрушающего инструмента.

Для получения высоких  рейсовых скоростей при бурении  монолитных и слаботрещиноватых  пород длина колонковой трубы  может быть 7-9 м. Допускается применять  спаренные колонковые трубы. При  этом внутренний диаметр соединительного  ниппеля должен обеспечивать свободный  проход керна.

При возникновении самозаклинивания керна допускается резко снизить  частоту вращения и осевую нагрузку на инструмент без отрыва колонкового  снаряда от забоя. При невозможности  этого бурение следует прекратить и поднять снаряд на поверхность.

Для повышения технико-экономических  показателей бурения и выхода керна допускается применение гидроударных машин типа ГВ (гидроударников высокочастотных) для алмазного бурения и унифицированных гидроударных машин типа Г.

Отбор керна в горных породах V группы

Горные породы V группы характеризуются  высоким выходом керна (80-100%). В  группу объединены в основном однородные по составу и строению, монолитные или среднетрещиноватые породы различного генезиса и как исключение включены монолитные неоднородные по составу  мелко- и тонкозернистые породы на слабом цементе. По геологическим и физико-механическим свойствам пород V группы для их бурения  не требуется применения специальных  технических средств.

Для повышения технико-экономических  показателей бурения в среднетрещиноватых породах, склонных к самозаклиниванию, рекомендуется применять двойные  колонковые трубы типа УТ и снаряды  со съемными керноприемниками (ССК) при максимально возможной частоте вращения бурового снаряда и оптимальной осевой нагрузке.

Одинарные колонковые снаряды обеспечивают кондиционный выход керна практически  во всех породах, входящих в данную группу. При бурении твердых и  весьма твердых пород основным разрушающим  фактором кернообразования является вибрация  бурового снаряда. В связи с этим обязательно применение антивибрационных средств и соосных компоновок снарядов. Частота вращения бурового снаряда не ограничивается. 
В качестве промывочной жидкости следует применять воду или специальные растворы с эмульгирующими добавками и при этом четки контролировать их расход во избежание перегрева и прижога алмазного породоразрушающего инструмента и керна.

Для обеспечения высоких технико-экономических  показателей при кондиционном выходе керна рекомендуется применять  алмазные коронки с уменьшенной  толщиной матрицы и торцом полукруглой  формы.

При бурении твердых пород средней  степени трещиноватости частота  вращения одинарного колонкового снаряда  с алмазной коронкой ограничивается в пределах 700-1000 об/мин . Монолитные и слаботрещиноватые мягкие породы на слабом цементе рекомендуется разбуривать одинарным колонковым снарядом с твердосплавной коронкой при частоте вращения 400-500 об/мин .

При бурении мягких пород во избежание  размывания керна особое внимание уделяется расходу промывочной жидкости, который поддерживается на минимальном уровне, обеспечивающем нормальную очистку забоя от шлама. Обязательно применение антивибрационных средств.

При возникновении самозаклинивания керна следует резко снизить  частоту вращения и осевую нагрузку на инструмент без отрыва колонкового  снаряда от забоя, а через 2-3 мин  вернуться к исходным параметрам. Если ликвидировать самозаклинивание не удалось, буровой снаряд поднимают на поверхность.

Для повышения технико-экономических  показателей бурения в породах V группы можно рекомендовать введение в состав колонкового снаряда  гидроударных машин типа ГВ и Г. Однако при этом следует учитывать, что применение гидроударных машин в комплекте с алмазными коронками существенно снижает качество керна, повышая степень его дробления.

Заклинивание керна, его срыв и  удержание при бурении пород  данной группы следует производить  только специальными кернорвателями.

Оперативный выбор технических  средств и методов получения  кондиционного выхода керна в  породах различных групп с  учетом областей применения данных средств  и методов следует проводить  в соответствии с рекомендациями. Эталонная схема по выходу керна и классификация пород по трудности отбора керна построены на базе данных бурения коронками диаметром 59 мм. В то же время определенные комплексы юрко-геологических условий I и II группы классификации пород требуют применения коронок диаметром 76 мм и выше, которые при прочих равных условиях увеличивают выход керна на 10-15% на каждый последующий размер. Применение технических средств диаметром 46 мм, наоборот, снижает выход керна по сравнению с эталонным (59 мм) на 10-15%; эти технические средства следует применять при бурении только в породах III-V групп классификации.

Таким образом, основными критериями выбора специальных технических  средств для отбора керна в  различных группах горных пород  являются требования, включающие физико-механические и геологические характеристики конкретных горных пород и горно-геологических  условий, а также особенности  конструкции данного технического средства и технико-экономические  показатели его применения.