Вращательное бурение скважин

Вращательное бурение по способу привода долота делят на:

• роторное (вращение долоту передается от ротора, установленного на устье, через колонну бурильных труб, выполняющих функцию полого вала);
• бурение забойными двигателями (турбинное, электробурение на трубах и шлангокабеле, бурение объемными двигателями).

При вращательном бурении горная порода на забое разрушается вращающимся долотом, на которое передастся осевая нагрузка и крутящий момент. Разрушенная порода удаляется с забоя потоком промывочной жидкости, непрерывно подаваемой по колонне бурильных труб.

Крутящий момент на долото передается с поверхности от ротора (вращателя) через колонну бурильных труб или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.

Осевая нагрузка создается в основном частью веса находящихся над долотом утяжеленных (толстостенных) бурильных труб и забойного двигателя. Например, на долото диаметром 215,9 мм создается нагрузка 150-250 кН.

Крутящий момент в процессе бурения в зависимости от типа долота и свойств пород при диаметре скважины 216 мм составляет 1000-3000 Нм.

Частота вращения долота при роторном бурении 20-200 об./мин, при бурении винтовыми двигателями - 150-250, при турбинном и электробурении - 250-800, с редукторами - 200-300 об./мин.

При общей установленной мощности буровых установок в 1000-1500 кВт для бурения на глубину до 4500 м на долото передается от 200 до 500 кВт.

На рис. 4.4 приведена схема установки для бурения глубоких скважин. Подаваемая для очистки забоя промывочная жидкость совершает непрерывный кругооборот: буровой насос - нагнетательная линия - вертлюг - бурильная колонна - забойный двигатель - долото - забой -кольцевое пространство между бурильной колонной и стенками скважины-желоба и устройства для очистки промывочной жидкости - приемная емкость для очищенного раствора - подпорный насос - всасывающая линия бурового насоса.

Рис. 4.4. Схема установки для бурения глубоких скважин:
1 – долото; 2 – утяжеленная бурильная труба; 3 – переводник; 4 – центратор; 5 – муфтовый переводник; 6,7 – утяжеленные бурильные трубы; 8 – переводник; 9 – предохранительное кольцо; 10 – бурильные трубы; 11 – предохранительный переводник; 12, 14 – переводники штанговые; 13 – ведущая труба; 15 – переводник вертлюга; 16 – вертлюг; 17 – стояк; 18 – шланг; 19 – крюк; 20 – талевый блок; 21 – вышка; 22 – кронблок; 23 – редуктор; 24 – лебедка; 25 – ротор; 26 – шламоотделитель; 27 – буровой насос

Подача буровых насосов при диаметре долота 215,9 мм составляет 20-30 л/с, давление на выкиде насосов - 5-20 МПа, установленная мощность на приводе - около 600 кВт. Циркулирующая промывочная жидкость удаляет разбуриваемую породу, частицы осыпающихся пород, охлаждает долото, создает противодавление на стенки скважины, что
предупреждает прорыв пластовых флюидов, обвалообразование.

Для смены изношенного долота поднимают бурильную колонну, а затем спускают ее с новым долотом. Спуск и подъем бурильной колонны и спуск обсадных колонн осуществляют с помощью подъемного оборудования - вышки, лебедки, талевой системы, подъемного крюка.

При спуско-подъемных операциях (СПО) используют ключи и различные приспособления для свинчивания и развинчивания труб, других элементов бурильной колонны, удержания колонны на весу в процессе свинчивания и развинчивания, захвата труб и подачи их к устью или от устья для установки на подсвечник.

Для удобства изготовления, эксплуатации и транспортирования бурильные трубы выпускают длиной не более 12 м. Для ускорения СПО в глубоком бурении бурильную колонну собирают из свечей, включающих две - четыре трубы. В зависимости от объема СПО в глубоком бурении применяют свечи длиной 25 и 37 м и соответственно вышки высотой 41 и 53 м.

Грузоподъемность вышки и другого оборудования определяется массой бурильной колоны с запасом на возможные осложнения, затяжки и заклинивания инструмента в скважине.

Ротор необходим не только для передачи вращения бурильной колонне, но и при СПО как опора для установки и ее удержания клиновыми захватами или элеватором. Ротор применяют для проворачивания бурильной колонны во время ориентированного спуска ее при наклонном бурении.

Перед подъемом инструмента скважину промывают до выравнивания плотности подаваемой и выходящей из нее промывочной жидкости, что свидетельствует об отсутствии шлама, газа в скважине и косвенно - угрозы осложнений (образование сальников, выброс, обвал).

После проходки ствола скважины под очередную обсадную колонну механическое бурение прекращают, ствол скважины готовят к креплению. В скважину спускают обсадную колонну и цементируют.

После цементирования каждой колонны скважину проверяют на герметичность путем создания давления внутри колонны (опрессовка) или путем понижения уровня (откачки) жидкости в колонне. На кондукторы, промежуточные колонны после проверки скважины на герметичность устанавливают противовыбросовую арматуру. Эксплуатационная колонна, выдержавшая проверку на герметичность, соединяется с пластом путем перфорации против пласта. Устье скважины оборудуется эксплуатационной арматурой, после чего приступают к освоению скважины, вводу ее в эксплуатацию.

В разведочных скважинах испытывают объекты (пласты), которые при опробовании в процессе бурения показали возможную промышленную продуктивность.

Вращательное бурение от ударного отличается:

• высокой производительностью вследствие передачи на долото большой мощности, непрерывного разрушения горной породы и удаления ее с забоя на поверхность циркулирующей промывочной жидкостью;
• эффективностью применения для самых различных целей, возможностью вскрытия пластов с низким и высоким давлением и т.д.;
• большой мощностью привода буровой установки, сложностью бурового бурения, КИП и системы управления, высокой начальной стоимостью (покупная цена) и стоимостью эксплуатации, монтажа, транспортирования.