Лопухов А.Н. Справочник инженера по добычи нефти Том 1
Подождите немного. Документ загружается.
Справочник инженера по добыче нефти
А.Н. Лопухов 2008год
60
Обсадная колонна - колонна, состоящая из последовательно
свинченных (сваренных) обсадных труб.
Крепление ствола скважины производится путем спуска в нее
специальных труб, называемых обсадными. Ряд обсадных труб,
соединенных последовательно между собой, составляет обсадную
колонну. Для крепления скважин применяют стальные обсадные трубы
Затрубное пространство - пространство между стенками
скважины (обсадной колонны) и наружными стенками колонны
бурильных труб, образующееся в процессе бурения.
Турбобур - забойный гидравлический двигатель, предназначенный
для бурения скважин в различных геологических условиях.
Электробур - буровая машина, приводимая в действие
электрической энергией и сообщающая вращательное движение
породоразрушающему инструменту.
Бурильная колонна - ступенчатый полый вал, соединяющий
буровое долото (породоразрушающий инструмент) с наземным
оборудованием (буровой установкой) при бурении скважины.
Ведущая бурильная труба - труба обычно квадратного сечения,
которая устанавливается наверху бурильной колонны и передает ей
вращение от ротора.
Бурильные трубы - основная часть бурильной колонны.
Бурильные трубы изготавливают бесшовными, из углеродистых или
легированных сталей.
Утяжеленные бурильные трубы - трубы, предназначенные для
создания нагрузки на породоразрушающий инструмент и увеличения
жесткости нижней части бурильной колонны.
Шарошечное буровое долото - механизм, состоящий из
сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на
подшипниках качения или скольжения (или их комбинации) на цапфах
секций бурового долота.
Лопастное буровое долото - корпус с присоединительной резьбой,
к которому привариваются три и более лопастей.
Справочник инженера по добыче нефти
А.Н. Лопухов 2008год
61
2.2 Понятие скважина. Назначение
Скважиной называется - цилиндрическая горная выработка,
сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз
меньше длины (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 - Схемы скважин
а), б) – вертикальная скважина; в) – наклонная скважина; Н – глубина
скважины; L – длина скважины.
Начало скважины называется устьем 1, боковая цилиндрическая
поверхность - стенкой 2 или стволом, 3 – ось ствола скважины, дно -
забоем 4. Расстояние от устья до забоя по оси ствола определяет длину
скважины (рисунок 1 в), а по проекции оси 4 на вертикаль - ее глубину
(рисунок 1 а, в).
По пространственному положению ствола различают вертикальные
(рисунок 1 а, б) и наклонные (рисунок 1 в) скважины.
Скважины углубляют, разрушая породу по всей площади забоя
(сплошным забоем) или по его периферийной части (кольцевым забоем).
В последнем случае в центре скважины остается колонка породы - керн 5,
которую периодически поднимают на поверхность для непосредственного
изучения.
Диаметр скважины, как правило, уменьшается от устья к забою
ступенчато на определенных интервалах. Начальный диаметр нефтяных и
газовых скважин обычно не превышает 900мм, а конечный редко бывает
меньше 165мм. Глубины нефтяных и газовых скважин изменяются в
пределах нескольких тысяч метров.
Справочник инженера по добыче нефти
А.Н. Лопухов 2008год
62
Скважины имеют следующее назначение:
Эксплуатационные - для добычи нефти, газа и газового
конденсата.
Нагнетательные - для закачки в продуктивные горизонты воды
(реже воздуха, газа) с целью поддержания пластового давления и
продления фонтанного периода разработки месторождений, увеличения
дебита эксплуатационных скважин, снабженных насосами и воздушными
подъемниками.
Разведочные - для выявления продуктивных горизонтов,
оконтуривания, испытания и оценки их промышленного значения.
Специальные - опорные, параметрические, оценочные,
контрольные - для изучения геологического строения малоизвестного
района, определения изменения коллекторских свойств продуктивных
пластов, наблюдения за пластовым давлением и фронтом движения
водонефтяного контакта, степени выработки отдельных участков пласта,
термического воздействия на пласт, обеспечения внутрипластового
горения, газификации нефтей, сброса сточных вод в глубокозалегающие
поглощающие пласты и др.
Структурно-поисковые - для уточнения положения
перспективных нефтегазоносных структур по повторяющим их очертания
верхним маркирующим (определяющим) горизонтам, по данным бурения
мелких, менее дорогих скважин небольшого диаметра.
2.3 Породоразрушающий инструмент
Породоразрушающий инструмент предназначен для разрушения
горной породы на забое при бурении скважины.
По принципу разрушения породы весь породоразрушающий
инструмент можно классифицировать следующим образом:
режуще-скалывающего действия, разрушающие породу
лопастями, наклоненными в сторону вращения долота. Предназначенный
для разбуривания вязких и пластичных пород небольшой твердости
(вязких глин, глинистых сланцев и др.) и малоабразивных;
дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями
или штырями, расположенными на шарошках, которые вращаются вокруг
своей оси и вокруг оси долота. Предназначенный для разбуривания
неабразивных и абразивных пород средней твердости, твердых, крепких и
очень крепких пород;
истирающе-режущего действия, разрушающие породу алмазными
Справочник инженера по добыче нефти
А.Н. Лопухов 2008год
63
зернами или твердосплавными штырями, располагающимися в торцовой
части долота или в кромках лопастей долота. Предназначенный для
бурения в породах средней твердости, а также при чередовании
высокопластичных маловязких пород с породами средней твердости и
твердыми.
По назначению породоразрушающий инструмент можно разделить
на три группы:
для бурения сплошным забоем (без отбора керна) - буровые
долота;
для бурения по кольцевому забою (с отбором керна) - бурголовки;
для специальных работ в пробуренной скважине (выравнивание и
расширение ствола) и в обсадной колонне (разбуривание цементного
камня) и т.д.
По конструктивному исполнению делится на три группы:
лопастной;
шарошечный;
секторный.
По материалу породоразрушающих элементов делится на четыре
группы:
со стальным вооружением;
с твердосплавным вооружением;
с алмазным вооружением;
с алмазно-твердосплавным вооружением.
Долота независимо от их назначения, конструкции и типа
нормализованы по диаметрам (таблица 2.1).
Нормальный ряд долот по диаметрам по ГОСТ 20692-75
Таблица 2.1
Номинальный диаметр
долота
Предельное отклонение
диаметра, мм
Высота долота *, мм
46,0 +0,6 100 *
59,0 +0,6 120 *
76,0 +0,6 140 *
93,0 +0,6 160 *
97,0 +0,6 165 *
98,4 +0,6 170 *
112,0 +0,6 180 *
118,0 +0,6 190 *
120,6 +0,6 200 *
Справочник инженера по добыче нефти
А.Н. Лопухов 2008год
64
Окончание таблицы 2.1
Номинальный диаметр
долота
Предельное отклонение
диаметра, мм
Высота долота *, мм
132,0 +0,6 210 *
139,7 +0,6 230 *
146,0 +0,8 240
151,0 +0,8 250
161,0 +0,8 310
165,1 +0,8 310
171,4 +0,8 320
187,3 +0,8 320
190,5 +0,8 335
200,0 +0,8 340
212,7 +0,8 340
215,9 +0,8 350
222,3 +0,8 360
242,9 +0,8 390
244,5 +0,8 390
250,8 +0,8 400
269,9 +0,8 410
295,3 +0,8 420
304,8 +0,8 420
311,1 +0,8 420
320,0 +0,8 440
349,2 +0,8 475
374,6 +0,8 515
393,7 +1,6 530
444,5 +1,6 600
490,0 +2,4 630
508,0 +2,4 650
* Для трехшарошечных долот. Высоты одно- и двух шарошечных долот
могут быть увеличены до 20% от высоты трехшарошечных долот.
Шарошечные долота
В соответствии с ГОСТ 20692-75 шарошечные долота
изготовляются трех видов:
одношарошечные - I;
двухшарошечные - II;
трехшарошечные - III.
Трехшорошечные долота получили наибольшее распространение
(рисунок 2.2). По расположению и конструкции промывочных или
продувных каналов долота изготовляются: с центральной промывкой –
«Ц», боковой гидромониторной промывкой – «Г», центральной
Справочник инженера по добыче нефти
А.Н. Лопухов 2008год
65
продувкой – «П», боковой продувкой – «ПГ».
Рисунок 2.2 - Устройство трехшарошечных долот:
1- торец присоединительного ниппеля; 2 - присоединительный ниппель с замковой
резьбой; 3 - внутренняя полость присоединительного ниппеля; 4 - упорный уступ долота; 5 -
резервуар для размещения смазки; 6 - система компенсации давления смазочного материала;
7 - лапа; 8 - периферийный роликовый радиальный подшипник качения; 9 - концевой
радиальный подшипник скольжения; 10 - упорный концевой подшипник скольжения; 11 -
герметизирующий элемент; 12 - средний шариковый радиально-упорный подшипник
качения; 13 - фрезерованный зуб периферийного венца; 14 - фрезерованный зуб среднего
венца; 15 - фрезерованный зуб вершины шарошки; 16 - наплавка зерновым твердым
сплавом; 17 - шарошка, 18 - козырек лапы; 19 - замковый палец; 20 - цапфа лапы; 21 - спинка
лапы; 22 - корпус долота; 23 - твердосплавный зубок, запрессованный в тыльный корпус
шарошки; 24 - твердосплавный зубок периферийного венца шарошки; 25 - твердосплавный
зубок среднего венца шарошки; 26 - концевой роликовый подшипник скольжения; 27 -
твердосплавный зубок вершины шарошки; 28 - твердосплавный зубок, запрессованный в
козырек лапы.
Цифровые и буквенные обозначения конструкций долот
Таблица 2.2
Число
шарошек
Диаметр
долота,
мм
Тип
долота
Система
промывки
Вид опор
Герметизация
опор
III 190.5 МЗ Г А У
III 215.9 ТКЗ Г Н У
III 215.9 С Г Н -
III 269.9 М Г В -
III 269.3 Т Ц В -
Примечание. Тип долота определяет конструкцию вооружения
шарошек
Справочник инженера по добыче нефти
А.Н. Лопухов 2008год
66
Теоретически для каждой горной породы должно иметься долото,
способное наиболее эффективно ее разрушать. Однако невозможно иметь
на вооружении столько типов долот, сколько существует разновидностей
горных пород с различными физико-механическими свойствами. На
практике применяют долота, обеспечивающие хорошую эффективность в
определенной группе пород.
Для классов горных пород, приведенных ниже, в настоящее время
рекомендуется применять следующие типы трехшарошечных долот
(таблица 2.3).
Типы трехшарошечных долот и их назначение
Таблица 2.3
Тип
долота
Горные породы, для разбуривания которых предназначены
долота
М
Самые мягкие, несцементированные, пластичные (наносы, мягкие и
вязкие глины, сланцы, мягкие известняки)
МЗ Мягкие, слабосцементированные, абразивные (песчаники, мергели)
МС
Мягкие, неабразивные, с пропластками пород средней твердости
(мел с пропластками слабосцементированных песчаников, каменная
соль с пропластками ангидритов, глинистые сланцы)
МСЗ
Мягкие, слабосцементированные, абразивные, с пропластками пород
средней твердости (песчаноглинистые сланцы, плотные глины с
пропластками песчаников)
С
Пластичные и хрупкопластичные неабразивные, средней твердости
(плотные глины, глинистые сланцы, известняки средней твердости)
СЗ Абразивные, средней твердости (песчаники, песчанистые сланцы)
СТ
Хрупкопластичные, средней твердости, с пропластками твердых
пород (песчаники с пропластками гипса, известняки с пропластками
гипса, ангидриты)
Т
Твердые, неабразивные (твердые известняки, доломиты,
доломитизированные известняки)
ТЗ Твердые, абразивные (окварцованные известняки и доломиты)
ТК
Твердые, с пропластками крепких (твердые известняки с
пропластками мелкокристаллических известняков и доломитов)
ТКЗ
Абразивные, твердые, с пропластками крепких (окремнелые
аргиллиты, твердые известняки и доломиты, мелкозернистые
сильносцементированные песчаники)
К
Крепкие, абразивные (окремнелые мелкокристаллические
известняки, доломиты, кварциты)
ОК Очень крепкие, абразивные (граниты, кварциты, диабазы)
Кроме трехшарошечных в практике бурения применяют
двухшарошечные и одношарошечные долота. Двухшарошечные долота
предназначены для бурения мягких и вязких пород с пропластками пород
средней твердости. Отличительной особенностью двухшарошечных долот
по сравнению с трехшарошечными одинаковых диаметров является
Справочник инженера по добыче нефти
А.Н. Лопухов 2008год
67
увеличение размеров шарошек и более благоприятные условия для
расположения промывочных отверстий. Двухшарошечные долота
представляют собой неразборную конструкцию, состоящую из двух
сваренных между собой секций (лап), на цапфах которых смонтированы
свободно вращающиеся на опорах шарошки с зубьями для разрушения
пород. Двухшарошечные долота - гидромониторные с двумя боковыми
каналами, в которые устанавливаются сменные насадки, направляющие
струи бурового раствора на периферийную часть забоя скважины.
Одношарошечные долота
(рисунок 2.3) применяются для
бурения твердых пород, залегающих
на большой глубине. Они состоят в
основном из одной лапы, на цапфе
которой свободно вращается на
шариковых опорах сферическая
шарошка, в тело которой
запрессованы твердосплавные
цилиндрические зубья (штыри) с
полусферической или призматической
рабочей поверхностью.
Американский ГОСТ (США)
предусматривает следующие размеры
шарошечных долот, в дюймах (мм):
3
3
/
4
” (95,2); 4
1
/
8
” (104,8); 4
3
/
4
” (120,7);
5
5
/
8
” (142,9); 5
7
/
8
” (149,2); 6” (152,4);
6
1
/
8
” (155,6); 6
1
/
4
” (158,8); 6
1
/
2
” (165,1);
6
3
/
4
” (171,5); 7
7
/
8
” (200,0); 8
3
/
8
” (212,7);
8
1
/
2
” (215,9); 8
5
/
8
” (219,1); 8
3
/
4
” (222,3);
9
1
/
2
” (241,3); 9
7
/
8
” (250,8); 11” (279,4);
12
1
/
4
” (311,1); 14
3
/
4
” (374,6); 17
1
/
2
”
(444,5); 20” (508); 24” (609,6); 26”
(660,4).
Рисунок 2.3 –
Одношарошечное долото
1 – лапа; 2 – шарошка; 3, 5 – шарики;
4 – палец; 6 – твердосплавный зубец.
Пример условного обозначения (шифр) долота:
III – 215,9 С-ГНУ 2354, где
«III» – трехшарошечное ;
«215,9» - номинальный диаметр долота, мм;
«С» - тип долота (для бурения пород средней твердости);
«Г» - боковая гидромониторная промывка;
«Н» - опора для низкооборотного бурения на одном подшипнике
скольжения;
«У» - опора маслонаполненная с уплотнительной манжетой;
«2354» - заводской номер долота.
В маркировке трехшарошечных долот и долот с центральной
промывкой цифра «III» и буква «Ц» не указывается.
Справочник инженера по добыче нефти
А.Н. Лопухов 2008год
68
Лопастные долота
Лопастные долота в зависимости от конструкции и оснащенности
твердым сплавом предназначаются для бурения мягких и средней
твердости пород, мягких пород с пропластками средних малоабразивных
пород, для разбуривания цементных пробок, металлических деталей низа
обсадных колонн и расширения ствола скважины.
Используются следующие лопастные долота:
двухлопастные «2Л» (рисунок 2.4) диаметрами от 76,0 до 165,1мм
обычной (проточной) промывкой;
трехлопастные «3Л» диаметрами от 120,6 до 469,9мм с обычной и
гидромониторной промывкой;
трехлопастные истирающе-режущего действия «3ИР»
диаметрами от 190,5 до 269,9мм с обычной и гидромониторной
промывкой;
шестилопастные истирающе-режушего действия «6ИР» (рисунок
2.5) диаметрами от 76,0 до 269,9мм с обычной и гидромониторной
промывкой
пикообразные «П» диаметрами от 98,4 до 444,5мм с обычной
промывкой.
Рисунок 2.4 - Двухлопастное долото 2Л:
1 – корпус; 2 – лопасти; 3 – пластина; 4 – штырь.
Выпускаются следующие типы лопастных долот (кроме долот вида
«П»):
«М» - для мягких пород;
Справочник инженера по добыче нефти
А.Н. Лопухов 2008год
69
«МС» - для мягких пород с пропластками средней твердости;
«МСЗ» - для мягких абразивных пород с пропластками средней
твердости;
«С» - для пород средней твердости.
Лопастные долота вида «П» выпускаются двух типов:
«Ц» - для разбуривания цементных пробок и металлических
деталей низа обсадных колонн;
«Р» - для расширения ствола скважины.
Рисунок 2.5 - Шестилопастное долото истерающе-режущего
действия 6ИР с гидромониторной промывкой:
1 – корпус; 2 – кольцо уплотнительное; 3 – болт; 4 – шайба; 5 – шайба
байонетная; 6 – насадка; 7 – штырь; 8 – лопасть; 9 – укороченная лопасть.
У шестилопастных долот «6ИР» три лопасти имеют нормальную
высоту, а три - укороченную (лопасти по высоте чередуются). Промывка
осуществляется через три канала, расположенные между лопастями.
Лопастные долота не применяются при бурении гидравлическими
забойными двигателями и электробурами, так как при бурении им
требуется большой крутящий момент.