Новые методы очистки скважин при проведении буровых работ

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН

в.д. Буткин, д.т.н., А.в. минеев, д.т.н., с.Н. вершинский, аспирант, Сибирский Федеральный Университет

новые методы очистки скважин при проведении буровых работ

В процессе эксплуатации буровых установок большое значение при проведении буровых работ имеет очистка скважины. Существующие способы очистки, в настоящее время, пневматический и шнекопневматический известны и давно применяются.

При пневматической очистке (ПО) скважин, расход сжатого воздуха Q и его давление в циркуляционной системе являются очень важными параметрами режима бурения, оказывающие большое, часто решающее влияние (особенно в осложненных гидрогеологических условиях) на механическую скорость бурения, стойкость ШД и, в конечном счете, на технико-экономические показатели бурения. Более того, оптимальные значения осевой нагрузки и скорости вращения долота могут быть полностью реализованы только при совершенной очистке забоя скважины от шлама. При недостаточном количестве сжатого воздуха не все частицы разрушенной породы успевают подняться в кольцевое затрубное пространство, часть из них повторно перемалывается долотом, и забой скважины может быть покрыт шламовым слоем, что снижает удельное давление элементов вооружения ШД на породу. Кроме того, выбуренная порода запрессовывается между зубьями шарошек, уменьшая их эффективную высоту и ухудшая процесс разрушения породы. Влияние степени совершенства очистки забоя скважины от шлама на скорость бурения показано на рисунке 1. Как видно из рисунка 1, ухудшение очистки забоя от выбуренной породы снижает VM при той же нагрузке Р; чем меньше подача сжатого воздуха, тем меньше влияние параметра Р на скорость бурения.

Экспериментальные работы показали, что во многих случаях увеличение в 2-3 раза расхода сжатого воздуха на продувку скважины обеспечивает увеличение скорости шарошечного бурения в 1,8-2 раза при неизменных прочих режимных параметрах (Р и w). В общем виде зависимость VM(Q) может выражаться уравнением Vм = 0/(а + bQ),

где а и Ь — величины, зависящие от условий бурения.

С увеличением 0 значение скорости бурения асимптотически стремится к

максимальной для данных условий величине. Дальнейшее увеличение 0 приводит только к росту потребляемой мощности, без заметного изменения скорости проходки скважины. Целесообразная величина 0 зависит в основном от соотношения диаметров скважины и бурильных штанг, свойств буримых пород, величин Р и w, типоразмера и аэродинамических характеристик долота.

При всех достоинствах пневматический способ очистки скважин имеет крупный недостаток: вследствие весь-

V*

ъ

С /С V / у v

£ / 3 / V'* >

Й А к

1 £ ш

Рисунок 1. Зависимость механической скорости бурения VM от осевой нагрузки Р: 1 — совершенная очистка забоя; 2 — несовершенная очистка забоя; 3 — плохая очистка забоя; I, II, III — участки, соответственно, поверхностного, усталостного и объемного видов разрушения

ма малой плотности воздушный поток не может препятствовать поступлению воды из пластов в скважину и при встрече даже незначительных водяных притоков выбуренная порода, смешиваясь с водой, трудно поддается выносу из скважины, создавая опасность прихвата (заклинивания) долота. В этих условиях необходимо увеличивать количество сжатого воздуха в 2-3 раза и более по сравнению с сухим бурением. Именно по этим и технологическим причинам бурение глубоких скважин (на нефть, газ и геологоразведочных) осуществляют с промывкой жидкостью, что неприемлемо для проходки взрывных скважин, где бурение в сложных гидрогеологических условиях (например, в закар-стованных зонах Мазульского известнякового карьера) сопровождается 3-4-кратным снижением производительности и стойкости ШД. В таких условиях эпизодически в опытном порядке решали проблему с помощью шнекопневматической очистки (ШПО) скважин, путем оснащения трубчатых штанг уменьшенного диаметра шнековой рабочей поверхностью. Однако ШПО не нашла применения из-за патронной схемы ВПМ, исключающей возможность использования шнеков, также требует использования сложных, дорогих и утяжеленных буровых ставов шнекопневматического типа (диаметром 265

Ц МЫ ПОСТРОИМ ЛУЧШЕ!

ЛАБОРАТОРИИ, АБК И ОСЕ ЧТО ВАМ НЕОБХОДИМО

—• Проектирование, строительство и комплексное оснащение, сервисное обслуживание и подготовка к аккредитации промышленных технологических модульных лабораторий самого широкого спектра.

• Обустройство нефтегазовых месторождений. Строительство административных, складских, производственных, жилых блоков.

—• Реконструкция и перепрофилирование существующих зданий и сооружений, в соответствии с требованиями и пожеланиями заказчика.

• Строительство бескаркасных сооружений арочного типа - ангары, складские помещения, мастерские, спортивные залы и др.

Все работы проводятся с применением современных технологий и использованием новейших строительных и отделочных материалов. Здания комплектуются системами отопления, водоснабжения, канализации, вентиляции, кондиционирования, пластиковыми окнами со сгеклопакетами, сертифицированными пластиковыми или металлическими пожаростойкими дверями. В объём работ входит поставка необходимого внутреннего оборудования.

Приглашаем посетить павильон ЗАО "МХК Лаверна-Нефтегазстрой" на 9-й Международной московской выставке "Нефть и газ - 2007", 26.06.2007 - 29.06.2007, ЭКСПОЦЕНТР, зал №1, павильон №8.

¡I . ( I I р 1 » ' '

jyHMIIilil

csl

1

127238, Москва, Локомотивный проезд, 21, тел./ф.: (495) 482-20-01 E-mail: chemi@lab.comcor.ru www.lavema-lab.ru

ЗАО «Машиностроительный завод им. В. В. Воровского»

Буровое оборудование:

УРБ-2А2 УРБ-2А2Д УРБ-2ДЗ АВБ-2М УКБ-12/25

620142, , Екатеринбург, УКБ" 1 2/25-02

ул. Цвиллинга, д. 7 МОТОБУР М-1 0 1

Тел: (343) 260-40-57, „ м 1П

220-82-50 и КМ~ 1 и

Факс: (343) 269-12-26, 210-11-31 е-таН: zivw@sky.ru

Отдел маркетинга и сбыта тел: (343) 260-40-55, 220-83-90, 257-90-59 Факс:(343)269-12-26 е-таН: zivsb@sky.ru

Адрес в Интернете: http://www.ziv.ur.ru

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН

Рис. 3. Опытный образец шнекового пневмо-эжекционного эвакуатора ШПЭ-244,5

мм), громоздких кассет для штанг, вращателей повышенной мощности.

Даже для условий сухого бурения пневматическая очистка имеет ограниченные технологические возможности развития и совершенствуется однобоко в основном по пути простого увеличения производительности компрессорных станций. Этот путь не рационален, ведет к удорожанию буровых работ.

Более технологичным и эффективным, по сравнению с пневматическим и шнекопневматическим способами, является новый пневмо-эжекционный способ очистки скважин, разработанный в СибФУ и подробно изложенный в книге [1]. Концепция пневмо-эжекционной очистки (ПЭО) скважин исходит из того, что технологическую очистку скважин целесообразно совершенствовать не простым увеличением расхода сжатого воздуха, а качественным изменением процессов движения воздушного потока, прежде всего, в критических забойной и призабойной зонах скважины. При этом искусственно создается винтообразное движение воздушно-шламового потока, используется особым образом организованное эжектирование и инжектирование потока в сочетании с механическим воздействием на него шнека только в нижней критической области скважины.

Принципиальная схема одного из вариантов ПЭО представлена на рисунке 2. Новый способ очистки реализуется с помощью пневмо-эжекционного эвакуатора (ШПЭ), располагаемого (рисунок 2) вместо забурника (длиной 2-2,35 м) на конце бурового става, состоящего (в отличие от ШПО) из трубчатых штанг, что позволяет применять ПЭО на буровом оборудовании любой модификации. ПЭО осуществляется следующим образом. Из внутреннего канала короткого шнека 3 часть сжатого воздуха в верхнем участке шнека подается в несколько сопел, ориентированных вверх под острым углом (30-35°) к оси скважин, через которые в затрубное кольцевое пространство истекают с большой скоростью (150 м/с и более) воздушные струи 2. В ШД также могут быть выполнены эжекционные каналы. Вращение достаточно мощных воздушных струй совместно со шнеком инициирует винтовое движение воздушно-шламового потока. При этом эжектируется (отсасывается) поток в забойной и приза-

Рисунок 2. Схема бурового снаряда со шнекопневматическим эвакуатором: 1 — долото с эжекционными соплами; 2 — эжекционные потоки; 3 — ШПЭ; 4 — поток сжатого воздуха в штанге; 5 — гладкоствольная штанга; 6 — вынесенный шлам; 7 — патронный ВПМ; 8 — вертлюг; 9 — ход станка с рамой; 10 — скважина; а — угол наклона шлама у устья

бойной (шнековой) зонах, а также инжектируется (нагнетается) выносимый поток над шнеком.

В результате отмеченных воздействий изменяется характер турбулентности продувочного потока непосредственно на забое, вокруг шарошек и в затруб-ном пространстве: на забое происходят завихрения, взвешивающие шлам, образуется интенсивный омывающий поток воздуха, своевременно удаляющий выбуренную породу из-под долота на шнек без повторного возврата породных частиц в забой; в затрубном пространстве над шнеком также изменяется характер турбулентности воздушно-шламового потока, который становится менее хаотичным и приобретает более упорядоченную и устойчивую винтовую форму. Пневмо-эжекционный способ очистки взрывных скважин испытан на Мазуль-ском карьере ОАО «Ачинский глиноземный комбинат». Для проведения опытно-промышленных испытаний в соответствии с разработанной сотрудниками кафедры «Горные машины и комплексы» СибФУ технической документацией на ремонтно-механи-ческой базе ОАО «Сорский горно-обогатительный комбинат» изготовлен опытный образец шнеко-вого пневмо-эжекционного эвакуатора ШПЭ-244,5 (рисунок 3) — упрощенной конструкции без клапанной системы, предусмотренной во втором варианте исполнения ШПЭ [2]. Техническая характеристика опытного образца устройства для пневмо-эжекционной эвакуации бурового шлама из скважины ШПЭ-244,5 представлена в таблице 1.

Таблица 1. Техническая характеристика ШПЭ - 244,5

Параметр

Диаметр буримых скважин, мм 244,5

Наружный диаметр шнека, мм 235

Диаметр вала шнека, мм:

наружный 160

внутренний 124

Шаг шнековой спирали, мм 330

Угол наклона витка спирали шнека, град 24

Диаметр диффузорного участка, мм 203

Длина диффузорного участка, мм 300

Количество эжекционных отверстий 4

Угол наклона эжекционных отверстий к вертикали, град 30

Диаметр отверстий, мм 20

Длина эвакуатора, мм 2000

Масса, кг 320

115114, г. Москва, Павелецкая наб., д. 2 Тел.: (495) 232-2045, 725-5799 e-mail: serv-stm@mtu-net.ru

WWW.SERVIS-STM.RU

Производственно-коммерческая фирма «Сервис-СТМ» специализируется на производстве плоских ножей по металлу к листовым и комбинированным гильотинным ножницам как отечественного, так и импортного производства:

НБ5222, НГ5224, Н313, ), СТД-9А, Н3121,

НК3416,

НА3121

НБ3118, НК3418, Н475, Н477, Н3218Б, Н478, НД3221, Н478М, Н3118, НГ13, НА3218, Н472, Н481, НА3221, Н407, Н483, Н478А, НБ3118, НА3222, НБ3221, НК3421, НБ3222, НА3225, Blemedizdelie, JAROMED,

Испытания были проведены в два этапа. На первом этапе испытания ШПЭ-244,5 проведены при бурении закар-стованных массивов, представленных обводненными глинисто-гравийными, марганцовистыми породами повышенной абразивности с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодьяко-нова М-8.

Испытание пневмо-эжекторным способом эвакуации бурового шлама из скважин выполнены в сравнении с пневмоочисткой.

Опытно-промышленные испытания показали следующие результаты. В обоих случаях вынос бурового шлама из устья скважины происходил под наклоном к ее вертикальной оси, в сторону буровой штанги, что свидетельствует о винтовом движении воздушно-шламового потока, достигающего поверхности. Поэтому, по сравнению с пневмоочист-кой буровой шлам оседал на значительно большем расстоянии от устья скважины.

Возврат в скважину вынесенных на поверхность отдельных кусков буровой мелочи, в отличие от пневмоочистки, не наблюдалось.

Применение ПЭО дает существенное уменьшение энергетических затрат на бурение за счет снижения давления сжатого воздуха Рк в пневмоочистителе.

ft ' -

NTH3150/25, ScTP/16/3150, ScTP/10/2500, NTE-E3150, ScTP25 Schermesser

Собственная производственная база позволяет изготавливать ножи в короткие (2-4 недели) сроки. Стандартные ножи постоянно имеются на складе. Принимаются заказы на изготовление ножей по чертежам и эскизам для любого типа гильотинных, пресс-ножниц, бумагорезательного и полимерного оборудования. Сроки изготовления и стоимость ножей зависят от их размеров и конфигурации. Изготавливаем ножи по ГОСТ 25306-82 из стали 6ХВ2С по ГОСТ 5950-73 * В зависимости от года выпуска ножниц возможно изменение размеров ножей

Литература

Буткин В. Д. Проектирование буровых долот для открытых, земельных и строительных работ - М.: Макс Пресс, 2005-240 с. Бревдо Б. Д. Проектирование режима бурения -М.: Недра, 1988 - 200 с.

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ эксплуатация скважин \\ 79