Вспомогательные элементы бурильной колонны

Центраторы – для центрирования нижнего направляющего участка бурильной колонны в стволе скважины и предупреждения его самопроизвольного искривления.

• - лопастные;

• - шарошечные.

• Калибраторы – для выравнивания стенок скважины до номинального диаметра и калибрования ее ствола.

• - лопастные;

• - шарошечные.

Стабилизаторы – для стабилизации работы нижнего направляющего участка бурильной колонны путем ограничения прогиба труб при наличии каверн, гашения поперечных и иных колебаний.

• - с цельными лопастями;

• - со сменными лопастями;

• - с приваренными лопастями.

Амортизаторы – для снижения амплитуды динамических нагрузок.

• - пружинные;

• - резинометаллические;

• - гидравлические;

• - газовые.

Протекторные кольца – для защиты бурильных и обсадных труб.

• - резиновые;

• - резинометаллические;

• - пластиковые;

• - металлические.

Обратные клапаны – для предупреждения поступления загрязненного бурового раствора в бурильную колонну.

Фильтры – для предупреждения попадания в бурильную колонну посторонних предметов.

Металлошламоуловители – для улавливания кусков металла и крупного шлама.

Гидрояссы (гидроударники) – для освобождения бурильной колонны от прихватов.

Переводники – для соединения бурильных труб и др. элементов.

28. Особенности компоновки нижней части бурильной колонны (кнбк) при бурении вертикальных скважин

29. Особенности компоновки нижней части бурильной колонны (кнбк) при наклонных скважин

30. Основные физико-мех свойства горных пород

Горные породы - это природные агрегаты минералов, слагающие земную кору и сформировавшиеся в результате геологических процессов.

Горные породы подразделяются на : - магматические, образовавшиеся в результате извержения, охлаждения и затвердевания магмы; - метаморфические, которые образуются в результате изменения внутреннего строения, химического состава и физических свойств пород под влиянием высоких температур и давления; - осадочные, образовавшиеся в результате разрушения земной коры, которые бывают кристаллическими и обломочными.

Нефтяные и газовые месторождения приурочены к осадочным горным породам: глины, глинистые сланцы, аргиллиты, мергели, глинистые пески, песчаники, алевролиты, известняки, мел, доломиты, ангидриты, гипсы, соли и др.

Сложность задачи бурения скважины состоит в необходимости разрушения горных пород на забое при обеспечении устойчивости стенки ее открытого ствола.

Механические свойства горных пород -способность горных пород реагировать на внешнее воздействие.

Основные физико-механические свойства горных пород, влияющие на процесс бурения:

• упругость;

• пластичность;

• прочность (твердость);

• абразивность;

• сплошность.

Упругость - способность горных пород изменять форму и объем под влиянием силовых воздействий и полностью восстанавливать первоначальное состояние после устранения воздействий.

Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости (модуль Юнга) и коэффициентом Пуассона. Модуль упругости горных пород зависит от их минералогического состава, вида нагружения и величины приложенной нагрузки, от структуры, текстуры и глубины залегания пород, от состава и строения цементирующего вещества, от степени влажности, песчаности и карбонатности пород.

Пластичность - способность горных пород изменять форму и объем под влиянием силовых воздействий и сохранять остаточные деформации после устранения воздействий.

Разрушению некоторых пород предшествует пластическая деформация. Она начинается, как только напряжения в породе превысят предел упругости. Пластичность зависит от минералогического состава горных пород и уменьшается с увеличением содержания кварца, полевого шпата и некоторых других минералов. Высокими пластическими свойствами обладают глины и некоторые породы, содержащие соли.

Прочность – способность горной породы сопротивляться механическому разрушению.

Основным показателем прочностных свойств горной породы является Твердость – способность породы сопротивляться внедрению в нее постороннего тела.

Твердость по штампу – местная прочность на вдавливание в образец породы стального штампа, имеющего плоскую опорную поверхность.

По характеру деформации под штампом все осадочные породы поделены на 12 категорий:

Мягкие (категории 1 – 3) М

Средние (категории 4 – 5) С

Твердые (категории 6 – 7) Т

Крепкие (категории 8 – 9) К

Очень крепкие (категории 10 – 12) ОК

Абразивность – способность горной породы изнашивать контактирующий с ней породоразрушающий инструмент в процессе их взаимодействия.

Оценивается по интенсивности износа эталонного образца при взаимодействии с породой.

Среди горных пород наибольшей абразивностью обладают кварцевые и полевошпатовые песчаники и алевролиты (сцементированные обломочные породы с обломочными зернами размером от 0,01 до 0,1 мм).

По показателю абразивности все горные породы поделены на 8 категорий (от малоабразивных до высокоабразивных)

Сплошность характеризует структурное состояние горных пород, которое зависит от внутриструктурных нарушений (трещин, пор, поверхностей рыхлого контакта зерен и т. д.).

Сплошность определяется пористостью горной породы и характеризует возможность передачи внутрь породы давления внешней жидкостной или газовой среды.

Разделяют четыре категории сплошности:

1- породы, внутрь которых может проникнуть исходный глинистый раствор;

2- породы, внутрь которых проникает не только жидкость, но и твердые (глинистые) частицы;

3- породы, внутрь которых передается давление только маловязкой жидкости (типа воды);

4- породы, внутрь которых внешнее гидравлическое давление не передается.

Анизотропность горных пород – неравнозначность их механических свойств в разных направлениях. Анизотропность связана со структурой и с текстурой горных пород.

Осадочные горные породы состоят из твердого скелета – зерен, кристаллов, обломков различных минералов и вещества, связывающего (цементирующего) эти частицы, а также пор (пустот), заполненных пластовым флюидом – жидкостью или газом.

Коэффициент пористости m = Vп / V

Vп - общий объем пустот в горной породе;

V - объем горной породы.

Процессы разрушения горных пород

Резание – непрерывный процесс отделения и снятия тонкого слоя горной породы с забоя. Разрушению резанием поддаются слабосвязанные пластичные ГП с низкой контактной прочностью.

Раздавливание – процесс разрушения ГП под воздействием контактного давления породоразрушающего инструмента, перемещающегося в постоянном контакте с забоем.

Дробление – дискретный процесс разрушения ГП под воздействием контактного давления, появившегося в момент соприкосновения рабочего органа с забоем (ударная нагрузка).

Скалывание – периодический процесс отделения частиц ГП от забоя под воздействием усилия сдвига со стороны внедрившегося в забой инструмента. Скалыванию предшествует раздавливание или дробление ГП под рабочим органом инструмента.

Истирание (микроскалывание) – процесс разрушения ГП, когда в результате применения рабочих органов очень малых размеров (мелкие алмазные зерна) удается создать чрезвычайно высокое контактное давление и вызвать пластическое деформирование ГП под индентором с одновременным микроскалыванием в прилегающей зоне.

Способы разрушения горных пород

Горная порода разрушается долотом в основном посредством резания, скалывания или дробления.

При резании осевая нагрузка действует непрерывно и ее можно считать статической. В процессе скалывания и дробления приложенное усилие действует на забой прерывно, что вызывает дополнительные динамические нагрузки на забой (удары).

Резание может осуществляться лопастными долотами и долотами с алмазно-твердосплавными пластинами PDC.

Скалывание происходит при использовании лопастных или шарошечных долот.

Дробление может осуществляться только шарошечными долотами.

Алмазные долота разрушают породу путем истирания и резания.

Напряженное состояние горных пород

Горные породы в условиях естественного залегания находятся в сложном напряженном состоянии. На них давит вес вышележащих пород и пластовое давление насыщающих их флюидов.

Давление в проницаемых породах – коллекторах, называется пластовым, а в непроницаемых породах – поровым.

Пластовое давление с глубиной возрастает. В нормальных условиях оно равно гидростатическому давлению столба воды от рассматриваемой точки до поверхности моря.

Коэффициент аномальности пластового давления

Kа = Pпл / ρв g zпл

Pпл - пластовое давление;

ρв - плотность воды (1000 кг/м³);

g - ускорение свободного падения;

Zпл - глубина пласта.

При 1,0 < Kа < 1,1 пластовое давление нормальное.

При Kа > 1,1 пластовое давление аномально высокое.

При Kа < 1,0 пластовое давление аномально низкое.

При увеличении глубины залегания горных пород

• Растет уплотнение горных пород, снижается их пористость.

• Увеличивается температура горных пород.

• Растут горное и пластовое давления, увеличивается прочность пород.

• Растет разность давления столба бурового раствора на забой скважины и пластового давления – дифференциальное давление.