На интервале 650 - 2510 м геологический разрез представлен глинами, песками, супесями, песчаниками, аргиллитами с твердостью по штампу 100 - 200 МПа, категорией пород по промысловой классификации М, МС и абразивностью IV- X категории. Выбирается высокооборотное долото с типом опор "В" - опоры шарошек на подшипниках качения с боковой промывкой, диаметром 215,9 мм. Для бурения под эксплуатационную колонну применяем долота III 215,9 МЗ-ГВ в верхней части интервала и III 215,9 С-ГВ в нижней части.
На интервале 2510 - 3105 м геологический разрез представлен песчаниками, аргиллитами, алевролитами с твердостью по штампу 200 - 500 МПа, категорией пород по промысловой классификации МС, С и абразивностью VI- X категории. Опыт работ на данном месторождении в последние годы показал высокую эффективность применения на этом интервале долот с маслонаполненными опорами 8 ½ MF- 15 производства фирмы "Смитт".
Применяемые долота по интервалам бурения представлены в табл.2.3
Таблица 2.3 Типоразмеры долот по интервалам бурения
| Интервал, метр | Типоразмер долота |
| 0 - 650650 - 25502550 - 3105 | III 295,3 СЗ-ГВIII 215,9 МЗ-ГВ, III 215,9 С-ГВ8 ½ MF- 15 |
При расчете осевой нагрузки на долото используют следующие методы:
Статистический анализ отработки долот в аналогичных геолого-технических условий.
Аналитический расчет на основе качественных показателей физико-механических свойств горной породы и характеристик шарошечных долот, применение базовых зависимостей долговечности долота и механической скорости бурения от основных параметров бурения.
Наиболее точным считается статистический метод расчета осевой нагрузки, после расчета полученное значение сравнивается с допустимой нагрузкой по паспорту долота и принимается нагрузка в пределах вычисленных величин.
Осевая нагрузка на долото рассчитывается по формуле:
GOC=gO· Д Д кН, (2.19)
где gO - удельная нагрузка на 1 м диаметра долота для бурения в породах данной категории, кН/метр.
Для данного района работ ЗапСибНИИ рекомендует применять следующие удельные нагрузки [4]:
для пород категории М: gO<200 кН/м;
для пород категории МС: gO<200 - 400 кН/м;
для пород категории С: gO<400 - 800 кН/м.
Для бурения под кондуктор на интервале 0 - 650 м gO=200 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М. Тогда по формуле (2.19):
GOC=200·0,295=59,06 кН.
Расчетное значение осевой нагрузки не должно превышать 80% от допустимой по паспорту долота:
GOC<0,8· GДOП кН, (2.20)
где GДOП - допустимая нагрузка на долото по паспорту, кН.
Для долота III 295,3 СЗ-ГВ GДOП=400кН, тогда по формуле (2.20):
GOC<0,8· 400=320 кН.
Условие выполняется. Из полученных данных следует, что на интервале кондуктора осевая нагрузка составит 60 кН.
Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 650 -1400 м gO=300 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М, МС. Тогда по формуле (2.19):
GOC=300·0,2159=70 кН.
Для долота III 215,9 МЗ-ГВ GДOП=250кН, тогда по формуле (2.20):
GOC<0,8· 250=200 кН.
Условие выполняется. Из полученных данных следует, что для бурения под эксплуатационную колонну осевая нагрузка на интервале 650 -1400 метров составит 70 кН.
Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 1400 - 2550 м gO=400 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации МС. Тогда по формуле (2.19):
GOC=400·0,2159=86,36 кН.
Для долота III 215,9 С-ГВ GДOП=250кН, по формуле (2.20):
GOC<0,8· 250<200 кН.
Условие выполняется. Из полученных данных следует, что для бурения под эксплуатационную колонну осевая нагрузка на интервале 1400 - 2550 м составит 90 кН.
Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 2550 - 3105 м gO=800 кН/м, так как в интервале представлены породы промысловой классификации МС. Тогда по формуле (2.19):
GOC=800·0,2159=172,72 кН.
Для долота 8 ½ MF-15 GДOП=319кН, тогда по формуле (2.20):
GOC<0,8· 319<255,2 кН.
Условие выполняется. Из полученных данных следует, что для бурения под эксплуатационную колонну осевая нагрузка на интервале 2550 - 3105 м составит 180 кН.
Расчетные значения осевой нагрузки по интервалам бурения представлены в табл.2.4
Таблица 2.4 Расчетные значения осевой нагрузки по интервалам бурения
| Интервал, метр | Осевая нагрузка, кН |
| 0 - 650650 - 14001400 - 25502550 - 3105 | 607090180 |
Каждому классу пород соответствуют свои оптимальные частоты вращения долот, при которых разрушение горных пород максимально.
Оптимальные частоты вращения долот находятся в диапазонах:
для долот типа М 250 - 400 об/мин;
для долот типа МС 150 - 300 об/мин;
для долот типа С 100 - 200 об/мин.
Превышение оптимальных частот вращения вызывает снижение механической скорости бурения и, как следствие, быструю поломку долота.
Расчет частоты оборотов ведется по 3 методам:
Статистический метод (по предельной окружной скорости).
Технологический метод (по износу опор долота).
Аналитический метод (по времени контакта зубьев долота с породой).
Расчет оптимальной частоты вращения долот статистическим методом производится по формуле:
n= (60·Vлин) / (π·ДД) об/мин, (2.21)
где n - частота оборотов долота, об/мин;
Vлин - рекомендуемая линейная скорость на периферии долота, м/с;
Для пород:
типа М и МЗ Vлин =3,4…2,8 м/с;
типа МС и МСЗ Vлин =2,8…1,8 м/с;
типа С и СЗ Vлин =1,8…1,3 м/с.
для пород категории С: gO<400 - 800 кН/метр.
Для бурения под кондуктор на интервале 0 - 650 метров Vлин =3,4, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М, по формуле (2.21):
n= (60·3,4) / (3,14·0,2953) =220 об/мин.
Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 650 -1400 м Vлин =3,4, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М, МС, по формуле (2.21):
n= (60·3,4) / (3,14·0,2159) =300 об/мин.
Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 1400 - 2550 м Vлин =2,8, так как в интервале представлены породы промысловой классификации МС, по формуле (2.21):
n= (60·2,8) / (3,14·0,2159) =250 об/мин.
Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 2550 - 3105 м Vлин =1,3, так как в интервале представлены породы промысловой классификации С, по формуле (2.21):
n= (60·1,3) / (3,14·0,2159) =115 об/мин.
Расчет оптимальной частоты вращения долот технологическим методом по износу опор долот производится по формуле:
n=То/ (0,02· (α+2)) об/мин, (2.22)
где α - коэффициент, характеризующий свойства горных пород (для М=0,7…0,9; для С=0,5…0,7);
То - константа, характеризующая стойкость опор долота, которая определяется по формуле:
То=0,0935·Дд. (2.23)
Для бурения под кондуктор на интервале 0 - 650 м α=0,9, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М, по формуле (2.22):
n=0,0935·295,3/ (0,02· (0,7+2)) =521 об/мин.
Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 650 -2550 м, α=0,7, так как в интервале представлены породы промысловой классификации М, МС по формуле (2.22):
n=0,0935·215,9/ (0,02· (0,7+2)) =380 об/мин.
Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 2550 - 3105 м α=0,5, так как в интервале представлены породы промысловой классификации С, по формуле (2.22):
n=0,0935·215,9/ (0,02· (0,5+2)) =404 об/мин.
Расчет оптимальной частоты вращения долот аналитическим метод по времени контакта зубьев долота с породой производится по формуле:
n=39/ (τК·Z) об/мин, (2.24)
где Z - количество зубьев на периферийном венце шарошки;
τК - минимальная продолжительность контакта зуба с породой, зависящая от категории горной породы:
для упругопластичных пород τК = 6·10-3 сек;
для пластичных пород τК =3… 6·10-3 сек;
для упругохрупких пород τК = 6…8·10-3 сек.
Для бурения под кондуктор на интервале 0 - 650 м τК = 6·10-3 сек, так как интервал представлен упругопластичными породами. Для долота III 295,3 СЗ-ГВ Z=22, тогда по форм. (2.24):
n=39/ (6·10-3 ·22) =295 об/мин.
Для бурения под эксплуатационную колонну на интервале 650 -3105 м τК = 6·10-3 сек, так как интервал представлен упругопластичными породами. Для долота III 215,9 МЗ-ГВ, III 215,9 С-ГВ,8 ½ MF - 15 Z=22, тогда по формуле (2.24):
n=39/ (6·10-3 ·24) =270 об/мин.
Полученные значения частот вращения представлены в табл.2.5
Таблица 2.5 Оптимальнаячастота вращения долот на интервалах бурения
| Интервал, м | Частот вращения, об/мин |
| 0 - 650650 - 14001400 - 25502550 - 3105 | 220300160115 |
Буровые растворы выполняют функции, которые определяют не только успешность и скорость бурения, но и ввод скважины в эксплуатацию с максимальной продуктивностью. Основные из них - обеспечение быстрого углубления, сохранение в устойчивом состоянии ствола скважины и коллекторских свойств продуктивных пластов.
Выполнение указанных функций зависит от взаимодействия раствора с проходимыми горными породами. Характер и интенсивность этого взаимодействия определяется составом дисперсной среды.
Тип бурового раствора, его компонентный состав и границы возможного применения устанавливаются в первую очередь, учитывая геологические условия.
Исходя из опыта бурения в Западной Сибири, с лучшей стороны показывает себя полимерглинистый раствор. Параметры, необходимые для качественного бурения и вскрытия продуктивных горизонтов, этим раствором выдерживаются. Соотношение цены и качества приемлемо. Для приготовления бурового раствора используются: глина бентонитовая марки ПБМА, техническая вода и необходимый комплексный набор химических реагентов. В качестве химреагентов используют:; КМЦ марки Габроил HV- высоковязкая полианионная целлюлоза, применяется для снижения фильтрации и увеличения вязкости бурового раствора; сайпан - относится к классу полиакриламидных реагентов, предназначен для снижения фильтрации пресных растворов с низким содержанием твердой фазы, эффективно стабилизирует вязкость буровых растворов, образует по всей поверхности ствола прочную корку, эффективно уменьшающую фильтрацию раствора; нитрилтриметилфосфоновую кислоту (НТФ) - фосфоновый комплексон, применяется как разжижитель пресных неингибированных растворов; кальцинированная сода (карбонат натрия), применяется для связывание агрессивных ионов кальция и магния при загрязнении бурового раствора минерализованными хлоркальциевыми и хлормагниевыми водами и цементом, также применяется также как химический диспергатор глин и для регулирования рН бурового раствора; ФК - 2000 состоит из анионных, неионогенных поверхностно-активных веществ и полезных добавок, применяется как профилактическая антиприхватная смазочная добавка; ПКД - 515 - гармоничная сочетающуюся композиция неионогенного ПАВ, азотосодержащей добавки и растворителя, предназначен для снижения негативного влияния буровых растворов и других технологических жидкостей на проницаемость продуктивных горизонтов.