Вопросы к экзамену

по дисциплине "Строительство нефтяных и газовых скважин"

1. Роль буровых работ в деле обеспечения необходимых темпов развития нефтяной и газовой промышленности России.

Нефть и газ играют огромную роль в народном хозяйстве страны, растущие объемы добычи УВ в стране стали возможным благодаря высокому темпу наращиванию буровых работ. С учетом дальнейшего развития народного хоз-ва страны на длительную перспективу существует необходимость роста объемов и повышение технико-экономических показателей буровых работ, а именно: совершенствование бурового оборудования, внедрение новых технологий,.

2. Цикл строительства скважин при вращательном способе бурения.

• подготовительные работы к строительству скважины( дороги, коммуникации)

• монтаж оборудования

• подготовительные работы

• бурение ствола скважины

• вскрытие продуктивного пласта

• демонтаж Бур оборудования

• перевозка оборудования

3. Понятие о скважине и ее элементах

Скважина-это круглая горная выработка, вертикальная или наклонная, сооружаемая с поверхности вглубь земли без доступа в нее человека

• глубина скважины - расстояние от устья до забоя, измеренное по вертикали.;

• длина ствола скважины - расстояние от устья до забоя, измеренное по оси скважины;

• альтитуда (абсолютная высота) устья скважины - расстояние от точки земной поверхности до уровня поверхности, принятой в геодезической сети за исходную.

• устье скважины -место пересечения контура скважины с поверхностью, с которой началось ее бурение;

• ось скважины– воображаемая линия, проходящая через условные центры поперечных сечений скважины. В проектных документах ось скважины имитирует траекторию ее ствола.

• стенка скважины– боковая поверхность скважины по отношению к ее оси;

• забой – поверхность, по которой происходит разрушение горной породы рабочим инструментом в процессе углубления скважины;

• ствол скважины – пространство в массиве горных пород, ограниченное контурами скважины, т.е. ее устьем, стенками и забоем.

• обсадная колонна (ОК) – колонна труб, спущенных в скважину, имеющая постоянную или временную связь с ее стенками;

• цементное кольцо – цементный камень, заполняющий пространство между стенкой ствола скважины и ОК

• башмак - элемент низа ОК;

• крепь скважины - система последовательно спущенных в скважину и зацементированных ОК.

4. Классификация скважин по назначению

• Опорные (изучение основных черт глубинного строения малоисследованных; бурятся до коренных пород фундамента).

• Параметрические (…геолог.строения разреза на больших h и выявление перспективных зон НиГносности)

• Структурные (для тщательного изучения структур; подготовка к поиск.бур)

• Поисковые( поиск новых залежей)

• Разведочные, ( оконтуривание месторождения, составление проекта разработки)

• Эксплуатационные( для извлечения нефти на поверхность

• Специального назначения( не прямое назначение : сейсмика, ликвидация)

5. Глубины бурения нефтяных и газовых скважин. Характер изменения давления и температуры с ростом глубины скважины.

Глубины скважин изменяются в широких пределах : от несколько десятков до нескольких тысяч ( сейсм. и самая глубокая 12262м кольская) Ср.h развед-3000, экс 2200.Давление с глубиной , как правило , возрастает (ро*жэ*аш).Температ. верхнего слоя пород изменяется от сезона к сезону( от атмосф.t)В глубоко залег.породах t ост.постоянной, возрастает с глубиной по закону T=T0+Г(z-z0)

6. Механические свойства горных пород и способы их определения.

Горные породы-это поликристаллические тела, состоящие из минералов, имеющ один.физ и хим. Свойства и состав.

Св-ва: свойства, к-е опр. поведение горных пород и минералов в процессе деформации ( обр и необратимая деформ.)

• Определение твердости ( метод Л.А.Шрейнера)-измерение деформации породы при вдавливании в нее цилиндрического пуансона(штампа) с плоским основанием. Нагрузка при разрушении, деленная на площадь, определяет величину твердости. Удельная объемная работа разрушения - затрата энергии на разрушение единицы объема горной породы под штампом( виды твердости:хрупкие, упруго-пластичные,пластичные)

• Абразивность горной породы характеризует ее способность изнашивать породоразрушающий инструмент.Оценивается по интенсивности износа эталонного образца при взаимодействии с породой,

• Прочность от мин.сво-в состава.

7. Классификация породоразрушающего инструмента.

по назначению:

• для сплошного бурения (долота опорные и безопорные);

• для отбора керна (бурильные головки, колонковые долота);

• для специальных работ (расширение ствола скважины, разбуривание цементного камня и т.д)

по характеру воздействия на горную породу:

- дробяще-скалывающего действия (шарошечные);

- режуще-скалывающего действия (лопастные, PDC, ДАП);

- режуще- истирающего действия (алмазные, ИСМ).

8. Долота режуще-скалывающего действия. Разновидности, устройство, принцип действия и область применения.

Данный вид представлен лопастными долотами, лопастными долотами ИСМ, долотами и головками со вставками твердого сплава, оснащеными пластинами поликристаллических алмазов. Состоят из стального корпуса, к кот-ым приварены лопасти. Они служат для разрушения горных пород резанием и скалыванием. Под действием осевой нагрузки лопасти долота внедряются в горную породу, а под действием вращающего момента срезают или скалывают ее. Буровой раствор для очистки забоя от выбуренной породы подается через промывочные отверстия, которые могут оснащаться сменными минералокерамическими соплами (насадками), позволяющими сформировать высокоскоростные струи раствора ( >80 м/с). При такой скорости бурового раствора из насадок долота улучшается очистка забоя и облегчается разрушение горной породы.

Лопастные долота эффективно применяются при бурении в мягких высокопластичных породах при малых скоростях вращения (роторное бурение). Скорость износа элементов лопастного долота заметно возрастает с увеличением абразивности горных пород и ухудшением качества очистки забоя.

9. Долота дробящее-скалывающего действия. Разновидности, устройство, принцип действия и область применения

Шарошечное долото:

1 - корпус с резьбовой головкой;

2 – лапа с опорой;

3 – шарошка.

Различают : 1,2,3 шарошечные долота( 90%).Предсталвялет собой механиз с рабочим органом в виде шарошки. Долота изготавливаются с одним центр. Отверствием или 3 боковыми, расположенными между шарошками и имеющими внутри струйные насадки из минералокеремического сплава. Принцип действия : при вращении долота под нагрузкой, создаваемой УБТ, установленными над долотом, шарошки, перекатываюясь по забою с зуба на зуб совершают сложное вращательное движение вокруг осей и оси долота При этом зубцы шарошек наносят удары по породе, дробя ее, и скалывая при повороте вокруг оси долота.

10. Трехшарошечные буровые долота. Варианты изготовления, шифровка, область применения.

Долота : 1,2,3 классов

Трехшарошечное долото состоит из 3 секций – лап, сваренных между собой сварным швом по всему контуру сопрягаемых поверхностей, образуя единый корпус. Долота изготовляются с одним центральным отверстием или тремя боковыми, расположенными между шарошками и имеющими внутри струйные насадки.

В зависимости от направления потока бурового раствора долота подразделяются на долота с центральной промывкой или продувкой и с боковой промывкой или продувкой. Ц – с центральной промывкой; Г – с боковой гидромониторной промывкой (со струйными насадками); П – с центральной продувкой; ПГ – с боковой продувкой; В – на подшипниках качения (высокооборотные долота); Н – на одном подшипнике скольжения (остальные качения); А – на двух и более подшипниках скольжения; У – с герметизированной опорой.Любые породы, в отличие от алмазных

11. Долота режуще-истирающего действия. Разновидности, устройство, принцип действия и область применения

Данный вид представлен алмазными долотами и долотами ИСМ, конструкция рабочей части которых близка к алмазным.

Алмазные долота предназначены для бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин при прохождении песчаников, доломитов, известняков и других пород, в которых эффективность применения шарошечных долот резко снижается. Правильное применение алмазных долот обеспечивает: высокие рейсовые скорости бурения; сокращение числа спускоподъемных операций; экономию средств; снижение кривизны при проводке вертикальных скважин.

При бурении алмазными долотами разрушение горной породы происходит путем резания и истирания ее породоразрушающими элементами долота, находящимися под воздействием осевой нагрузки и крутящего момента.

Алмазное долото состоит из стального корпуса с присоединительной резьбой и матрицы, изготавливаемой из композиционного материала, основным износостойким компонентом которого являются зерна карбида вольфрама. В матрице размещаются природные или синтетические алмазы. По размещению алмазов различают две разновидности долот: однослойную и многослойную, т.е. с импрегнированными алмазами.

12. Порядок изготовления алмазных долот и их классификация.

Классификация:

- по форме рабочей поверхности (радиальные, ступенчатые, спиральные);

- по происхождению алмазов (природные и синтетические);

• по количеству алмазов в матрице (однослойные, импрегнированные).

Алмазные долото:

1 – корпус,

2 –матрица;

3- алмазные зерна.

При изготовление однослойных долот относительно крупные алмазы укладывается в один слой в графитовую пресс-форму. Пресс-форма заполняется шихтой и последняя прессуется при давлении 100Мпа. Затем пресс-форма помещается в электропечь, где шихта спекается при t 1200-1300 C. При получении многослойных долот мелкие алмазы равномерно перемешиваются с частицами карбида вольфрама и другими компонентами матрицы перед ее спеканием.

13. Подготовительные работы в скважине перед спуском алмазного долота на забой.

В процессе бурения алмазы разрушаются при их взаимодействии с окременелыми, трещиноватыми породами, кусками металла и крепкой породы на забое. Поэтому перед спуском алмазного долота в скважину забой скважины очищают от крупного шлама и Ме осколков, спуская спецю Мешламоуловитель. Иногда для очистки забоя от Ме применяют магнитный фрезер.

14. Буровые долота ИСМ, РDС.

Долота ИСМ были разработаны Украинским Институтом сверхтвердых материалов на базе сверхтвердого материала, обладающего высокой износостойкостью – славутич.

По типу долота ИСМ подразделяются на:

- цельнокованные с последующим фрезерованием лопастей

- с приваренными лопастями

Долота ИСМ обладают высокой износостойкостью, меньшей стоимостью по сравнению с алмазными, большей проходимостью.

Существует несколько модификаций по типу промывки:

- с комбинированной промывкой (боковые+центральное сопла)

- с обычной провывкой (центральное сопло)

По типу профилей зубков долота ИСМ различаются:

- полусферический

- клиновой

- плоский

Одной из разновидностей лопастных долот является долото PDC, резцы которого оснащены пластинами поликристаллических алмазов.

Эти долота могут применяться при роторном способе бурения и с забойными двигателями в мягких и средних породах. Показатели работ долот могут достигать величин, значительно превышающих показатели серийных шарошечных долот.

Средняя проходка на долото PDC при бурении мягких и средних горных пород на глубинах 2800-5200 м составляет 300-800м при средней механической скорости 6-10 м/ч. Максимальная проходка на долото PDC превысила 3000 м.

Буровые долота PDC имеют следующие основные преимущества:

• Высокопрочные режущие элементы

• Оптимальная гидравлика долота

• Специальное упрочнение калибрующей части долота

• Равномерно нагруженная режущая структура

• Спиральные лопасти

• Антивибрационная защита долота.

Несмотря на то, что стоимость таких долот в 10 раз выше, чем шарошечных, их применение в глубоких скважинах оправдывается значительным сокращением времени на СПО.

15. Керноприемный инструмент: принципиальная схема, способы подъема керна.

Керноприемное устро-во- инструмент, обеспечивающий прием, отрыв от массива горной породы и сохранение керна в процессе бурения и транспортировке по скважине

16. Краткая история развития способов бурения нефтяных и газовых скважин.

Ударное- вращательное роторное - гидравлическое забойные двигатели( турбобуры),многоступенчатые

17. Современные способы бурения нефтяных и газовых скважин. Их принципиальные особенности.

Вращательный способ : под действием осевой нагрузки(УБТ) на долото и крутящего момента( движение Ротора или гидравлическая энергия бур.раствора) замкнутая циркуляция бурового раствора.Вращательное бурение более производительное

18. Ударный и вращательный способы бурения. Области их применения.

Ударно-канатный – долота подвешенные на кабеле.при низком пластовом давлении , низкие коммерческие скорости.

19. Роторный способ бурения: принципиальная схема, особенности и область применения в России и за рубежом.

Мощность от двигателей передается через лебедку к ротору- спец. вращательный механизм. Ротор обеспечивает вращение бурильной колонны, поступательно перемещающейся вниз вдоль вертикальной оси .Два канала передача энергии мех. Гидравлический-от насосов= большая энергия. Минусы- холостое вращение, большая сила трения.

20. Принцип действия турбобура, характеристика турбины турбобура типа Т-12.

Вращение долоту передается от вала турбобура.Турбобур преобразует гидравлич. Энергию потока бур. раствора в механ. Вращению долота.Бур колонна не вращается что уменьшает износ в результате трения.перетекая из ступени в ступень, поток жидкости отдает часть своей энергии и т.д.

21. Типы турбобуров. Области их применения.

22. Винтовой забойный двигатель: устройство, принцип действия, область применения.

ВЗД по принципу действия относится к объемным гидромашинами винтового типа.бур.раствор может пройти к долоту только в том случае, если ротор поворачивается относительно статора, обкатываясь под действием неуравновешенных гидравлических масс. Область применения глубокие интервалы скважин с получением больших проходок на долото, бурение твердых пород, ННБ., минусы изнашиваемость статора,не работает при больших температурах.ВЗД является объемным мотором. Буровой раствор высокого давления через бурильную трубу входит в винтовый забойный двигатель, гидравлическая энергия преобразовывается в механическую энергию, ротор приводит главный вал и долото во вращение, действует долото, осуществляется цель бурения.

23. Электробур. Принцип действия. Область применения, достоинства и недостатки.

Забойный двигатель, приводимый в действией электрической энергией.бурение в осложненных условиях, ННС,плюсы: постянство частоты вращения , автоматизация процесса бурения, легкость контроля, невысокие перепады давления., короткий срок работы( необходим ремонт), необходимость в энергии( сеть), ремонтная база, дорого.

24. Бурильная колонна: назначение, составные элементы и их характеристика.

непрерывная многозвенная система инструментов между вертлюгом на поверхности и долотом на забое скважины.

Иногда в состав бурильной колонны включают также долото и забойный двигатель и выделяют колонну бурильных труб как часть бурильной колонны.

Назначение: передача вращению от ротора к долоту, создание нагрузки на долото, подвод промывочной жидкости, проведение СПО.

Основные элементы бурильной колонны: ведущая труба, бурильные трубы, утяжеленные бурильные трубы (УБТ).

• ведущая труба -Устанавливается на верхнем конце б.к. для передачи мощности вращатель- ного движения от ротора на б.к, Изготавливают из стали групп прочности Д и К.

• Ведущие трубы предназначены для передачи вращения от ротора к бурильным трубам. Бурильные трубы составляют основную часть колонны. При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и для подачи бурового раствора к забою скважины

25. Бурильные трубы. Разновидности, способы соединения. Материалы бурильных труб.

Бурильные трубы составляют основную часть колонны. При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и для подачи бурового раствора к забою скважины

-ведущие трубы,

-стальные турубы,

-легкосплавные трубы,

-утяжеленные трубы

26. Утяжеленные бурильные трубы: назначение, типы.

Для увеличения веса и жесткости БК в ее нижней части устанавливают УБТ, позволяющие при относительно небольшой длине создавать частью их веса необходимую нагрузку на долото.

В настоящее время наиболее широко используются следующие типы УБТ:

- - горячекатанные (УБТ), изготавливаемые по ТУ 14-3-385;

- - сбалансированные (УБТС), изготавливаемые по ТУ 51-744.

УБТ этих типов имеют аналогичную беззамковую (отсутствуют отдельные присоединительные концы) толстостенную конструкцию и поставляются в комплекте.

27. Вспомогательная оснастка бурильной колонны и их характеристика.

Для улучшения условной эксплуатации бурильной колонны, оказыающих влияние на скорость и качество бурения скважин.( фильты, обр клапан, предохр кольца-защита от износа кондуктора, ,переводники-для соединения, калибраторы-для выравнивания стенок скважины, центраторы-совмещение оси бурильной колонны с осью скважины.)

28. Нагрузки, действующие на бурильную колонну при роторном способе бурения и бурении ВЗД.

29. Параметры режима бурения и показатели работы долот.

Совокупность факторов, влияющих на эффективность разрушения породы и эффективность износа долота, которые можно изменять в период работы долота на забое, называется режимом бурения, а сами факторы – параметрами режима бурения. К ним относятся:

• Осевая нагрузка на долото Рд, кН.

• Частота вращения долота n, (об/мин).

• Количество подаваемой насосом промывочной жидкости Q (производительность буровых насосов), л/с.

Показатели работы долота

• - проходка h, м - количество метров, пробуренных в горной породе от начала ее разрушения до рассматриваемого момента работы долота;

• - проходка за рейс hр, м - количество пробуренных метров от первого спуска до первого подъема или от повторного спуска до повторного подъема;

• - проходка на долото hд , - общее число метров, пробуренных данным долотом;

30. Влияние параметров режима бурения на механическую скорость бурения.

механическая скорость проходки Vм - количество метров, пробуренных за единицу времени

Vм = hд / t,

где: t - время, ч, hд - проходка, м;

31. Виды осложнений, возникающие при бурении скважин.

Осложнения – это нарушение нормального цикла строительства скважины из-за неполадок, возникающих не по вине непосредственного исполнителя. Наибольший процент осложнений наблюдается при бурении разведочных и поисковых скважин, когда сведения о геологии разреза недостаточно ясны и достоверны.

• Нарушение ствола скважины

• Поглощения

• газоводопроявления

32. Поглощение промывочной жидкости: причины, последствия, меры предупреждения и ликвидации.

ПОГЛОЩЕНИЕ гидродинамическое взаидействие, поступление бурового р-ра из скважины в пласт

Оно может возникнуть в двух случаях:

1) Если в горной породе имеются более или менее крупные раскрытые трещины, каверны или другого рода полости, а давление, создаваемое на стенки скважины в процессе бурения или цементирования ее, больше пластового в данной породе, т.е. Рст=Ргд>Рпл,

где: Рст – статическое давление столба жидкости в скважине на данной горной породе; Ргд – гидродинамическое давление на горную породу при спуске колонны труб, промывке и т.д.

2) Если под влиянием давления, создаваемого на стенки скважины, создаваемого на стенки скважины, раскрываются естественные микротрещины, которые в нормальных условиях сомкнуты, либо происходит ГРПороды, и в ней образуются новые трещины, т.е. Рст + Ргд > Рразрыва

• Причины поглощения:

Неправильно подобран буровой раствор (по плотности);

Неверно проведены спускоподъёмные операции (бурильная колонна действует как поршень);

Меры: уменьшение давления в скважине, снижение проницаемости, перекртиые зон поглощения ОК- хвостовиком т.п.

33. Газонефтепроявления: причины, последствия, меры предупреждения и их ликвидация.

ГиНпроявления пердставляют собой поступление в скважину пластовых флюидов с последующим выходом на поверхность, когда Рпл больше Рст из-за недостаточной плотности бурового раствора, «эффект поршня»

Последствия:

Опасность самозгорания, загрязнение окр среды, потеря сырья, снижение продуктивности.

Предупреждение:

Гермитизация устья скважины, контроль плотности, долив бур раствора при поднятии БК, обратный клапан

Ликвидация:

Закрыть превентор,закачка нового бур. раствора для поднятия давления

34. Осложнения, связанные с нарушением устойчивости ствола скважины. Классификация, характеристика, методы предупреждения и ликвидации.

35. Аварии в процессе бурения. Причины возникновения и способы ликвидации

Наиболее распространённые аварии с буровым инструментом.

- обрывы труб и породоразрушающего инструмента.

- развинчивание труб и породоразрушающего инструмента;

- падение бурового снаряда, труб и посторонних предметов в скважину (следствие халатности буровой бригады, если устье скважины не закрыто пробкой во время профилактических и ремонтных работ).