Гидравлические забойные двигатели

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Месторождения нефти и газа

Непроницаемая кровля

Порода-коллектор

Наличие ловушки

Виды ловушек

Горные породы:

- Осадочные: пески, песчаники, глины, известняки, доломиты

- Магматические: образовавшиеся из магмы, например граниты, базальты, порфириты

- Метаморфические: образовавшиеся из осадочных или магматических пород, например сланцы, мрамор, кварциты.

Скважина

горная выработка круглого сечения, пробуренная без доступа человека к забою под любым углом к горизонту, диаметр которой намного меньше ее глубины

Категории скважин

• поисковые;

• разведочные;

• эксплуатационные.

Поисковые скважины –бурят с целью поиска новых залежей (месторождений) нефти и газа.

Разведочные скважины бурят на площадях с уже установленной нефтегазоносностью для уточнения запасов нефти и газа, а также для сбора и уточнения исходных данных, необходимых для составления проекта (технологической схемы) разработки месторождения.

Группы эксплуатационных скважин:

· основной фонд добывающих и нагнетательных скважин;

- резервный фонд скважин;

- контрольные (наблюдательные и пьезометрические) скважины;

- оценочные скважины;

- специальные (водозаборные, поглощающие и др.) скважины;

- скважины-дублеры.

Цикл строительства

♦ подготовительные работы;

♦ монтаж вышки и оборудования;

♦ подготовка к бурению;

♦ процесс бурения;

♦ крепление скважины обсадными трубами и ее тампонаж;

♦ вскрытие пласта и испытание на приток нефти и газа.

Буровые установки.
Принципиальная схема

Основные функции:

- грузовая

- приводная

- циркуляционная

Грузовая

• СПО

• Спуск обсадных колонн

• Спуск специальных инструментов в скважину

• Удерживание колонны

В процессе бурения

Приводная

• Лебедка

• Насос

• Ротор (ВСП)

Привод может

быть ДИЗЕЛЬНЫМ

либо

ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ

Подготовка к бурению

• Устройство направления - бурение удлинённого направления. его верхний конец соединяют с очистной системой.

• Пробный пуск буровой

• Бурение шурфа для ведущей трубы и в него спускают обсадные трубы.

• Буровая комплектуется долотами, бурильными трубами, ручным и вспомогательным инструментом, горюче-смазочными материалами, запасом воды, глины и химических реагентов.

• Недалеко от буровой располагаются помещение для отдыха и приема пищи, сушилка для спецодежды и помещение для проведения анализов бурового раствора.

• В ходе пробного бурения проверяется работоспособность всех элементов и узлов буровой установки.

Процесс бурения

• Углубление и наращивание

• Спуско-подъемные операции

Долота по принципу действия

• долота режуще-скалывающего действия, разрушающие породу лопастями (PDC);

• долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями, расположенными на шарошках (шарошечные долота);

• долота режуще-истирающего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, которые расположены в торцевой части долота (алмазные и твердосплавные долота).

Долота PDC

• Со стальным корпусом

• С матричным корпусом

Гидравлические забойные двигатели

• ВЗД – гидравлические двигатели объемного типа, по принципу действия ВЗД представляет собой планетарно-роторную гидравлическую машину объёмного типа с внутренним косозубым зацеплением

• Турбобуры – двигатель, который представляет собой многоступенчатую гидравлическую турбину

Принцип действия турбобура

• Ступень турбобура

• Статор – жестко соединен с корпусом

• Ротор – жестко соединен с вращающимся валом

Обслуживание турбобура

• Проверка осевого люфта вала производится для каждой секции

• Проверка герметичности резьб

• Проверка соответствия перепада давления при запуске установленным характеристикам. Турбобур должен запускаться при давлении 2.0 МПа, при этом вал турбобура должен вращаться равномерно без рывков. При прекращении подачи промывочной жидкости вал турбобура должен плавно остановиться. Резкая остановка свидетельствует о наличии большого трения в турбобуре. Для прираборки трущихся деталей рекомендуется производить обкатку турбобура в течении 3-5 минут

Варианты исполнения рабочих органов

• Термостойкое исполнение

• Исполнение для РУО

• Несколько секций ротора ( длинное исполнение ротора-статора)

Модели ВЗД

• Д - прямое исполнение, для бурения и ремонта вертикальных скважин.

• ДУ - универсальный винтовой.

• ДРУ - универсальный винтовой с регулируемым углом искривления.

• ДР - двигатель с регулятором угла искривления шпиндельной секции, для бурения наклонно-направленных скважин.

• ДГР - двигатель с укороченным шпинделем и регулируемым углом искривления.

• ДО - двигатель отклонитель с жестким, кривым переводником (с нерегулируемым углом искривления шпиндельной секции), для бурения наклонно-направленных скважин.

Режим бурения

Режим бурения – это совокупность регулируемых в процессе бурения параметров, влияющих на показатели бурения.

Параметры режима бурения:

- Нагрузка на долото ( тн )

- Расход бурового раствора ( л/мин )

- Скорость вращения долота (об/мин)

- Параметры бурового раствора ( плотность (кг/л), вязкость (Па*с) и др.)

Показатели бурения, на которые непосредственно влияет режим бурения

- проходка на долото

- механическая скорость бурения v = H / tм (бывает мгновенная и за средняя за определенный интервал)

РЕЙСОВАЯ СКОРОСТЬ (бывает на средней и за рейс)

v = Hр / (tм + tс-п),
где Hр - проходка за рейс, м;
tм - время механического бурения, ч;
tс-п - время спуско-подъемных операций, ч

Остальные показатели бурения

• Цикловая скорость бурения - показатель, характеризующий темпы работ по строительству скважин:

vц = H/Sц; Sц = (Тм + Тп + Тб + Ти )/720,

где vц - цикловая скорость бурения, м/ст.-мес.;

H - объем проходки, м;

Sц - цикл строительства скважины, ст.-мес.;

Тм, Тп, Тб, Ти - календарное время соответственно монтажа оборудования, подготовительных работ к бурению, бурения и испытания, ч.

• Коммерческая скорость бурения - количество метров проходки на один станко-месяц бурения (учитывает работы по бурению и креплению). Этот показатель используется при планировании объемов буровых работ, финансировании, анализе хозяйственной деятельности, нормировании.

• Техническая скорость бурения - величина проходки скважин в единицу производительного месяца (станко-месяц производительного времени включает работы по бурению и креплению, но не учитывает простои, время на ликвидацию аварий и т.д.). Используется для сравнения и оценки технологии бурения.

• Стоимость метра проходки – отношение длины скважины по стволу к затратам на бурение ее бурение. Включает стоимость расходных материалов и ГСМ, амортизацию оборудования, стоимость аренды буровой, зарплату бригады и сервисных подрядчиков, выполняющих работы в ходе бурения

• Примерная стоимость скважин

Эксплуатационная скважина глубиной около 3000м - 40-45 миллионов.С горизонтальным окончанием- до 150 млн. Многоствольные скважины еще дороже

Режимы бурения

Сочетание параметров режима бурения, позволяющее получать наиболее высокие показатели бурения называется рациональным (или оптимальным) режимом бурения

Специальный режим бурения - режим, направленный на решение специальных, отличных от обычного углубления скважин задач. К ним относятся: проводка скважины через поглощаюшие пласты, обеспечение минимального искривления скважины, максимального выхода керна, качественного вскрытия продуктивных пластов

Скорость вращения долота – проходка на долото

• Высокая скорость вращения снижает срок службы долота

• Высокая скорость вращения увеличивает механическую скорость

• Каждое долото имеет допустимую по паспорту скорость вращения

Модель Бургойна и Янга:

Расход бурового раствора и его свойства

• Процесс выноса шлама

• Создание гидромониторного эффекта при выходе из насадок долота

• Охлаждение долота

Для турбинного бурения:

- Q ~n

- Q² ~ M

- Q³ ~ N

Для бурения ВЗД:

- Q ~n

Режим бурения – турбобур

Все параметры тесно связаны друг с другом

• Увеличение расхода приводит к увеличению скорости вращения

• Нагрузка на долото приводит к снижению скорости вращения

• Увеличение плотности приводит к увеличению скорости вращения

• Скорость вращения может регулироваться расходом, плотностью бурового раствора, либо нагрузкой на долото

• Свойства бурового раствора и его расход влияют на нагрузку на долото при бурении с большими отходами и проблемой дохождения нагрузки до долота

Режим бурения – ВЗД

Параметры бурения зависят друг от друга следующим образом:

• Изменение нагрузки на долото при неизменной подаче не влияет на частоту вращения двигателя при нормальной его работе ( без возникновения зазоров и утечек)

• Изменение подачи бурового раствора приводит к пропорциональному изменению скорости вращения

Режим бурения – ротор

• Параметры бурения не оказывают прямого влияния друг на друга

Технологические ограничения

• Эффективность очистки забоя

• Возникновение вибраций на забое скважины (Стабильность работы долота)

• Ограничения оборудования (Прочность бурильной колонны Характеристики ГЗД, и др.)

• Максимальная достигаемая нагрузка на долото в наклонно-направленных скважинах

• Соответствие характеристик раствора и давлений в скважине геологическим условиям

Потери давления в системе

• Раствор закачивается при скорости насоса 100 ходов/мин

• Давление на стояке 210 бар

Буровой раствор

• Буровой раствор в большинстве случаев – неньютоновская жидкость!

Наиболее широко используемая модель –

Модель Бингама

Для оценки в рамках проектирования

Режима бурения возможен расчет по

модели для ньютоновской жидкости

путем замены динамической вязкости на

пластическую

Очистка забоя от шлама

• Число Рейнольдса для частиц

• Re(p)=< 1 – ламинарное течение

• Для промежуточного течения

• Для полностью турбулентного потока Re(p)=> 2000

Гидравлика
долот

Функции БК

• передает мощность от поверхностного привода к долоту и сообщает ему вращательное движение,

• создает нагрузку на долото;

• служит каналом подачи бурового раствора к забою;

• воспринимает реактивный момент при работе забойного двигателя;

• служит колонной для спуска спец. оборудования

Выбор длины УБТ (ТБТ)

Подъем КНБК

- при снижении механической скорости бурения в 2 раза и более (при различных режимах бурения) если это не связано с геологическими условиями;

- при снижении давления в нагнетательной линии ниже рабочего на 15-20% (прекратить бурение, приподнять бурильный инструмент от забоя на 5 -10 метров и принять меры по выявлению и устранению причин);

- прекращение передачи сигнала телеметрического оборудования, в случае если нет возможности производить не ориентируемое бурение скважины;

- не исправен двигатель силового верхнего привода (СВП), либо стол ротора;

- не исправна буровая лебедка (подъем КНБК производить на аварийном приводе).

Прихваты

Делятся на две группы:

• Механические

• Дифференциальные

Основные виды прихватов:

- Прихват в результате желобообразования (1)

- Прихват в результате нестабильности стенок скважины (1)

- Дифференциальный прихват (2)

- Прихват в результате оседания частиц бурового раствора (1)

Прихват в результате желобообразования

Причины:

- Резкие изменения траектории скважины

- Высокое натяжение колонны и обороты колонны способствуют выработке желоба

- При подъеме УБТ застревают в желобе

Признаки:

- Регистрируется только при подъеме

- Резкий рост нагрузки на крюке при достижении КНБК искривленного участка

- Циркуляция не ограничена

- Колонна свободно двигается ниже места прихвата

Прихват в результате желобообразования

Противодействие:

- При вращении колонны создать максимальную нагрузку и активировать ясс

( попытаться освободиться от прихвата)

- Попытаться проработать желоб при нагрузке на крюке, превышающей вес колонны незначительно

Предупреждение:

- Не превышать интенсивность 3 град. /30 метров

- Ограничивать излишний натяг колонны при прохождении интервалов с высокой интенсивностью

- Включать в колонну калибраторы

Дифференциальный прихват

Причины:

- Перепад давления в скважине и пласте

- Большая величина фильтрационной корки

- Диаметры и характеристика поверхности труб - большая площадь контакта

Дифференциальный прихват

Признаки:

- Возникает после периода неподвижности колонны

- Колонна не перемещается вверх-вниз и не вращается

- Циркуляция не нарушена

Противодействие:

- Попытка протолкнуть колонну вниз. Максимальная нагрузка и момент на вращение, активация ясса

- Заполнение колонный спец. Раствором или жидкостью ( напр. нефтяная ванна)

Дифференциальный прихват

Предупреждение:

- Минимальный возможный вес бурового раствора

- Сохранять движение колонный, когда КНБК напротив проблемной зоны

- Минимизировать поглощение раствора в проблемной зоне

- Использование стабилизаторов, ТБТ и спиральных УБТ вместо обычных УБТ

Шаблонирование и проработка

Решение о проведении технической СПО и величина интервала, подлежащего шаблонированию принимается:

- по фактическому состоянию ствола скважины (наличие осыпания породы из стенок скважины);

- с учетом фактической механической скорости бурения;

- с учетом величины момента вращения бурильного инструмента;

- с учетом величины затяжек бурильного инструмента (превышение собственного веса бурильной колонны) или посадок;

- с учетом интенсивности объема выноса выбуренной породы;

Затяжки и посадки

- при затяжках, рекомендуется опустить КНБК ниже места затяжки на 15-20м, и промыть скважину в течение 30 минут с расхаживанием бурильного инструмента и добиться нормального хождения КНБК;

- в случае посадок, рекомендуется произвести проработку ствола скважины с постоянным вращением бурильного инструмента (частота вращения не более 40-60 об/мин).

Причины ГНВП

• Зоны высоких давлений. Недостаточная плотность бурового раствора – потеря первичного контроля

• Неправильное проведение СПО

• Поглощения раствора в зонах низкого давления

• Низкий контроль характеристик бурового раствора, удаление утяжеляющих добавок в системе очистки

И др.

Свабирование

Как только долото отрывают от забоя, буровой раствор должен опуститься вниз и заполнить освободившееся пространство

Это всегда вызывает временное

Снижение давления на забое

Однако, если поднять долото слишком

Быстро, давление резко упадет и будет

Удерживаться на низком показателе

Больший период времени

В результате чего пластовая жидкость может

Поступить в ствол скважины

Ситуация может усугубиться,

если на долоте сальник

Поршневание

Однако, если опустить долото слишком

Быстро, давление резко возрастет

Обратный свабированию эффект

В результате чего буровой раствор может

поступить из скважины в пласт

Ситуация может усугубиться,

если на долоте сальник

Месторождения нефти и газа

Непроницаемая кровля

Порода-коллектор

Наличие ловушки

Виды ловушек

Горные породы:

- Осадочные: пески, песчаники, глины, известняки, доломиты

- Магматические: образовавшиеся из магмы, например граниты, базальты, порфириты

- Метаморфические: образовавшиеся из осадочных или магматических пород, например сланцы, мрамор, кварциты.

Скважина

Категории скважин

• поисковые;

• разведочные;

• эксплуатационные.

Поисковые скважины –бурят с целью поиска новых залежей (месторождений) нефти и газа.

Группы эксплуатационных скважин:

· основной фонд добывающих и нагнетательных скважин;

- резервный фонд скважин;

- контрольные (наблюдательные и пьезометрические) скважины;

- оценочные скважины;

- специальные (водозаборные, поглощающие и др.) скважины;

- скважины-дублеры.

Цикл строительства

♦ подготовительные работы;

♦ монтаж вышки и оборудования;

♦ подготовка к бурению;

♦ процесс бурения;

♦ крепление скважины обсадными трубами и ее тампонаж;

♦ вскрытие пласта и испытание на приток нефти и газа.

Буровые установки.
Принципиальная схема

Основные функции:

- грузовая

- приводная

- циркуляционная

Грузовая

• СПО

• Спуск обсадных колонн

• Спуск специальных инструментов в скважину

• Удерживание колонны

В процессе бурения

Приводная

• Лебедка

• Насос

• Ротор (ВСП)

Привод может

быть ДИЗЕЛЬНЫМ

либо

ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ

Подготовка к бурению

• Пробный пуск буровой

• Бурение шурфа для ведущей трубы и в него спускают обсадные трубы.

• В ходе пробного бурения проверяется работоспособность всех элементов и узлов буровой установки.

Процесс бурения

• Углубление и наращивание

• Спуско-подъемные операции

Долота по принципу действия

• долота режуще-скалывающего действия, разрушающие породу лопастями (PDC);

Долота PDC

• Со стальным корпусом

• С матричным корпусом

Гидравлические забойные двигатели

• Турбобуры – двигатель, который представляет собой многоступенчатую гидравлическую турбину

Принцип действия турбобура

• Ступень турбобура

• Статор – жестко соединен с корпусом

• Ротор – жестко соединен с вращающимся валом

Обслуживание турбобура

• Проверка осевого люфта вала производится для каждой секции

• Проверка герметичности резьб

Варианты исполнения рабочих органов

• Термостойкое исполнение

• Исполнение для РУО

• Несколько секций ротора ( длинное исполнение ротора-статора)

Модели ВЗД

• Д - прямое исполнение, для бурения и ремонта вертикальных скважин.

• ДУ - универсальный винтовой.

• ДРУ - универсальный винтовой с регулируемым углом искривления.

• ДГР - двигатель с укороченным шпинделем и регулируемым углом искривления.

Режим бурения

Параметры режима бурения:

- Нагрузка на долото ( тн )

- Расход бурового раствора ( л/мин )

- Скорость вращения долота (об/мин)

- Параметры бурового раствора ( плотность (кг/л), вязкость (Па*с) и др.)

12 3 4 Следующая ⇒