Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Проектирование технологии и техники бурения скважины 5 страница






5.1.4. Кодирование PDC, алмазных долот, бурголовок

по системе IADC

Международной ассоциацией буровых подрядчиков принято следующее обозначение долот. В начале указывается буква S или M. При этом S соответствует долотам и бурголовкам со стальным корпусом, а М – матричным, получаемом методами порошковой металлургии из карбида вольфрама и медно-никелиевого сплава.

Далее цифрой указывается количество резцов PDC, или зернистость алмазов.

Вторая цифра кода указывает размер и тип резцов.

Третья цифра кода указывает форму профиля долота.

Пример: S 333 – долото PDC со стальным корпусом, содержащее 40-50 резцов диаметром от 11 до 13 мм, профиль торца долота – средняя парабола.

 

5.1.5. Долота ИСМ

Опытный завод института сверхтвердых материалов Академии наук Украины выпускает долота типа ИСМ, оснащенные вставками из композитного сверхтвердого материала. По характеру разрушения пород в зависимости от их твердости и абразивности долота могут быть режущего, микрорежущего и истирающего типов.

Преимущества долот:

1. Высокая проходка на долото;

2. Долота ИСМ в два, три раза дешевле алмазных;

3. Менее чувствительны к динамическим нагрузкам и неоднородностям в горных породах;

4. Не требуют специальной подготовки ствола и забоя скважины перед спуском.

Эти преимущества позволяют долотам ИСМ успешно конкурировать с алмазными и другими долотами при бурении на больших глубинах (более 2500 м). На малых глубинах из-за низкой механической скорости бурения долота ИСМ применять не целесообразно.

 

5.2. Выбор буровых долот

На первом этапе решения этой задачи необходимо провести разделение горных пород геологического разреза на пачки буримости. Общепризнанными характеристиками отдельной пачки являются следующие:

• твердость и абразивность пород пачки существенно не отличаются;

• толщина пачки не должна быть меньше проходки на долото;

• пачка разбуривается долотами одного типоразмера;

• пачка непрерывна.

Для разделения горных пород разреза на пачки существует несколько способов: способ Бинхема, «реперных» долот, последовательных разбиений, по стратиграфическим подразделениям. Каждый из них не лишен недостатков.

5.2.1. Выбор типа долота способом последовательных разделений стратиграфических подразделений на пачки

На первом этапе разрез подразделяется на стратиграфические пачки, для каждой из них определяется средневзвешенное значение категории твердости и абразивности пород по следующим формулам:

(21)

(22)

где Hi и Ai - категории твердости и абразивности породы i-й разновидности;

mi – толщина i-го прослоя породы, м;

M – толщина выделенной пачки пород, м.

Далее эти показатели сравниваются между собой для соседних стратиграфических подразделений и, ориентируясь на данные табл.23 и табл.24, определяется, возможно ли их объединение в одну пачку буримости.

Фактические значения твердости Hi и абразивности Ai пород для проектируемой скважины и толщины слоев пород mi принимаются из табличных данных физико-механических свойств пород по разрезу.

По твердости горные породы делятся на двенадцать категорий, разбитых на пять групп: мягкие, средней твердости, твердые, крепкие и очень крепкие (табл.23).

 

Таблица 23

Классификация горных пород по показателям твердости и пределу

текучести по штампу

Группа Категория Ршт , МПа Ро , МПа
Мягкие   < 100 100− 250 250− 500 < 40 40− 110 110− 250
Средней твердости   500− 1000 1000− 1500 250− 550 550− 850
Твердые   1500− 2000 2000− 3000 850− 1200 1200− 1900
Крепкие   3000− 4000 4000− 5000 1900− 2500 2500− 3500
Очень крепкие   5000− 6000 6000− 7000 > 7000 3500− 4200 4200− 5100 > 5100

По абразивности породы также подразделяются на двенадцать категорий, разбитых на три группы – малоабразивные (I – IV категория абразивности), среднеабразивные (V – IX категория), высокоабразивные (X – XII категория) (табл.24).

 

Таблица 24

Классификация горных пород по показателям абразивности

Тип породы Условный показатель абразивности, Аш Категория абразивности
Малоабразивные < 0.50 1–4
Среднеабразивные 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90  
Высокоабразивные > 0.90 10–12

 

Малоабразивным породам соответствуют долота с фрезерованными зубьями, высокоабразивным – долота с твёрдосплавными штырями. В среднеабразивных породах долота конкурируют, здесь определяющим фактором выбора является наработка полевых результатов отработки долот в этих породах, на основании которых делают заключение о целесообразности применения долот с тем или иным классом вооружения.

В случае отсутствия данных категорий твердости и абразивности пород по разрезу скважины, определяют эти свойства пород методом аналогий с использованием таблиц соответствия (табл.25).

 

Таблица 25

Классификационные характеристики горных пород, предложенные ВНИИБТ

Порода Общая пористость породы, % Плотность породы, г/см3 Категория твердости Категория абразивности
Песчаник:        
с карбонатным цементом 0–3 3–10 10–20 Выше 20 2, 67–2, 62 2, 62–2, 50 2, 50–2, 34 Ниже 2, 34 6–5  
с карбонатно – глинистым цементом 0–3 3–10 Выше 10 2, 67–2, 62 2, 62–2, 50 Ниже 2, 50 6–5  
с глинистым цементом 0–3 3–10 Выше 10 2, 67–2, 62 2, 62–2, 50 Ниже 2, 50 5–4 4–3  
с кварцевым цементом 0–3 3–10 10–20 Выше 20 2, 65–2, 60 2, 60–2, 49 2, 49–2, 32 Ниже 2, 32 6–5  
Глина: 3–2 2–1 1, 5
Карбонатная 4–3 3–2 1, 5
Алевритовая 4–3 3–2  
Аргиллит:    
карбонатный 3–4  
кремнистый    
Мергель:        
глинистый 4–3  
карбонатный    
алевритистый    
Известняк: 0–3 3–10 10–20 Выше 20 2, 72–2, 67 2, 67–2, 55 2, 55–2, 38 Ниже 2, 38 7–6 4–3 2, 5 2, 5
доломитизированный 0–3 3–10 10–20 Выше 20 2, 76–2, 61 2, 71–2, 58 2, 58–2, 41 Ниже 2, 41 6–5 5–4 3, 5 2, 5
глиносодержащий 4–5  
кремнистый 0–3 3–10 10–20 Выше 20 2, 70–2, 65 2, 65–2, 53 2, 53–2, 36 Ниже 2, 36 8–7 6–5 5–4  
Доломит: 0–3 3–10 10–20 Выше 20 2, 87–2, 81 2, 81–2, 68 2, 68–2, 50 Ниже 2, 50 9–7 7–5 5–4 3, 5 2, 5
известковый 0–3 3–10 10–20 Выше 20 2, 83–2, 78 2, 78–2, 65 2, 65–2, 46 Ниже 2, 46 8–7 6–5 5–4 3, 5 2, 5
глиносодержащий 2, 83   2, 5
Алевролит:        
с кварцевым цементом 0–3 3–10 10–20 Выше 20 2, 67–2, 62 2, 62–2, 50 2, 50–2, 34 Ниже 2, 34 6–5  
с глинистым цементом 0–3 3–10 Выше 10 2, 65–2, 60 2, 60–2, 50 Ниже 2, 50 5–4 4–3  
с карбонатным цементом 0–3 3–10 10–20 Выше 20 2, 67–2, 62 2, 62–2, 50 2, 50–2, 34 Ниже 2, 34 6–5  
с карбонатно – глинистым цементом 0–3 3–10 Выше 10 2, 67–2, 62 2, 62–2, 50 Ниже 2, 50 6–5  
Мел    
Ангидрит 5–4  
Песок    

 

После разделения стратиграфического разреза на пачки буримости для каждой из них выбирается тип долота. Возможно, что диапазон изменения твердости породы окажется шире области применимости долота, тогда о соответствии следует судить только по верхним значениям твердости. Выбирая долото, следует также учитывать приведенные выше достоинства и недостатки перечисленных типов долот, а также рекомендации завода-изготовителя.

Выбранное долото должно:

• соответствовать твердости и абразивности горных пород;

• обеспечивать наиболее эффективное разрушение породы на забое скважины;

• быть одинаковым по стойкости вооружения и опоры для шарошечных долот;

• обеспечивать минимальную стоимость метра скважины.

Пример решения задачи выбора типа долота

Задание. Для заданного геологического разреза подобрать долота, предварительно разделив разрез на стратиграфические пачки (табл.26).

Решение: В соответствии с геологическими данными на первом этапе разрез подразделяется на стратиграфические пачки, и для каждой из них определяется средневзвешенное значение категории твердости и абразивности пород. Далее эти показатели сравниваются между собой в соседних стратиграфических подразделениях и, затем ориентируясь на данные табл. 23 и табл.24 определяется, возможно ли их объединение в одну пачку буримости, а затем подбираются необходимые для бурения в каждой из этих пачек пород долота.

Таблица 26

Стратиграфическое подразделение Интервал, м Всего Породы Категория твердости Категория абразивности Примечание
от до
2-3ev       Пески      
1-2 an + ol       Глины 2 – 1   Образование сальников
      Пески      
      Известняк     Пористость 3 – 10 %
1bul       Известняк глиносодержащий 4 – 5    
      Известняк кремнистый 6 – 5   Пористость 3 – 10 %

 

 

В нашем случае, выделим в разрезе три стратиграфические пачки:

 

Таблица 27

Номер пачки I II III
Интервал, м 0-30 30-1200 1200-2500

 

Подставляя данные из табл. 26 в формулы (21) и (22) получаем:

I стратиграфическая пачка состоит из одного пласта:

II стратиграфическая пачка состоит из трех пластов:

III пачка состоит из двух пластов:

Результаты расчетов сведем в табл. 28:

 

Таблица 28

Номер пачки Интервал, м Средневзвешенная категория
от до твердости абразивности
I     1.00 5.00
II     3.20 2.19
III     5.00 5.84

 

Представленные в табл.28 пачки буримости I и II несущественно отличаются по средневзвешенным значениям твердости и абразивности. Объединяем их в одну пачку буримости, для которой вновь проводим расчет по формуле (21) и (22):

 

Полученное средневзвешенное значение твердости соответствует мягким породам (табл.23), а значение абразивности – малоабразивным горным породам (табл.24).

Здесь необходимо сделать следующие замечания.

1. В определение отдельной взятой пачки заложено условие разбуривания пачки долотами одного типоразмера. Отсюда следует, что выделенная нами пачка в интервале 0 – 1200 м должна быть поделена на две: первая – интервал 0 – 700 м в случае бурения под кондуктор; вторая – 700 – 1200 м бурение под эксплуатационную колонну.

2. Последняя III пачка существенно отличается средневзвешенными значениями механических свойств от вышезалегающей пачки, однако вмещает пропласток глиносодержащего известняка сопоставимых с указанной пачкой значениями твердости и абразивности. Учитывая определение отдельной пачки, добавим данный пропласток мощностью 300м во II пачку.

Таким образом, сформированные нами три пачки буримости залегают в следующих интервалах:

• первая, интервал 0 – 700м

• вторая, интервал 700 – 1500м

• третья, интервал 1500 – 2500м.

В интервале бурения 0–700 м под кондуктор выбираем шарошечные долота, поскольку применять долота PDC в глинистых сальникообразующих породах (см. примечание в табл.26) не рекомендуется по причине налипания разбуренной породы на долото. В том случае, если промывка скважины производится полимерглинистым раствором с добавками смазочных материалов применение долот PDC обосновано. По табл.15 принимаем долото типа М с верхней границей распределения Ндв = 4.4. В случае если диаметр долота под кондуктор вычислен, и равен, например 295 мм, по табл. 16 учитывая способ бурения, находим типоразмер долота со стальным фрезерованным вооружением 295, 3 M-ГНУ-R188 пригодное для бурения ротором или винтовым двигателем. Возможна ситуация, при которой принятый ранее способ бурения (см. раздел «Выбор способа бурения») не будет соответствовать выбранным долотам и тогда потребуется его корректировка.

В интервале бурения 700–1500 м под эксплуатационную колонну применимы шарошечные долота типа МС со стальным фрезерованным вооружением и верхней границей распределения Ндв = 5, 5 (например долото типаразмера 190, 5 MC-ГАУ-R92). Выбор данного типа долота обусловлен наличием в пачке твердого пропластка известняка (категория твердости – 5) значительной мощности. Очевидно, что лучшие технико-экономические показатели будут показаны при использовании долот PDC. Выбирать долота PDC по предложенному выше способу разделений стратиграфических подразделений на пачки буримости не следует из-за значительного диапазона изменения твердости и абразивности пропластков в пачках. Наиболее правильным решением выбора будет оценка пропластков в стратиграфических подразделениях на соответствие рекомендаций областей применения долот PDC заводами-изготовителями долот, например ООО НПП «Буринтех» (табл. 21). Согласно данной таблицы и табл.26 в рассматриваемом интервале бурения применимо долото типа БИТ-215, 9 С9 до глубины 1500 м. Ниже этой отметки залегают кремнистые известняки с высоким значением абразивности. В интервалах представленными такими породами, а также породами типа окварцованных песчаников, высокоабразивных алевролитов и другими твердыми абразивными породами долота PDC не применяются.

В интервале бурения 1500 – 2500м под эксплуатационную колонну можно использовать шарошечные долота со штыревым твердосплавным вооружением например долото типоразмера 190, 5 TЗ-ГНУ-R60.

Выбранные комплекты долот по интервалам бурения скважины заносятся в таблицу (табл. 29).

Таблица 29

Комплекты долот по интервалам бурения

Наименование колонны Интервалы бурения, м Типоразмеры долот, мм
от до
Направление Кондуктор Эксплуатационная колонна      

 

В производственных условиях интервал бурения под кондуктор на пачки не делят, так как он проходится, как правило, одним долотом. При бурении наклонных и горизонтальных скважин желательно выделять интервалы бурения с отклоняющими приспособлениями в отдельную пачку.

Выбор типа долота способом последовательных разделений стратиграфических подразделений на пачки несовершенен и может использоваться в случаях отсутствия достаточной геолого-технической информации по разрезу, например при бурении первых разведочных скважин. В условиях наработки производственных данных бурения скважин в пределах одного месторождения анализируются промысловый опыт применения различных конструкций и типоразмеров долот, отработанных не менее чем в трех скважинах одной площади или аналогичных условиях. Особое внимание обращается на опыт работы передовых бригад, показатели которых значительно отличаются от средних по данному буровому предприятию. На основе этого анализа устанавливаются тип, конструкция и размеры долот, наиболее эффективно работающих на данном месторождении (площади). Сведения об износе и показателях работы этих долот увязываются с литолого-стратиграфической характеристикой горных пород разбуриваемой площади для выявления интервалов со сходными условиями по буримости.

5.2.2. Использование методов статистической обработки данных при выборе буровых долот

В буровой практике результаты сравнительных испытаний чаще всего представляют в виде двух или большего числа выборок [ ]. При этом необходимо установить существенность различия этих выборок. Как правило, сравнению подвергаются средние арифметические значения выборок, реже их дисперсии. Сравнение осуществляется путем проверки различного рода статистических гипотез. Выдвинутая гипотеза называется основной или нулевой и обозначается Н0. Наряду с ней рассматривается одна из альтернативных (конкурирующих) гипотез – Н1.

Обычно гипотеза Н0 утверждает, что различие между сравниваемыми средними арифметическими значениями или дисперсиями двух выборок отсутствует, т.е.

. (23)

При этом в качестве альтернативной может быть принята одна из гипотез:

(24)

Правило, по которому принимается решение о том, верна или нет нулевая гипотеза Н0, называется критерием.

Для сравнения выборок используют целый ряд различных критериев, которые делятся на две группы:

Ø параметрические критерии;

Ø непараметрические критерии.

Параметрические критерии сравнения требуют, чтобы исследуемые случайные величины были распределены по нормальному закону. Эти критерии имеют хорошее теоретическое обоснование, но ограниченную область применения.

Непараметрические критерии универсальны, т.е. не зависят от закона распределения случайной величины (закон распределения не известен, или же не соответствует нормальному закону). Помимо этого их достоинством является простота вычислений. Однако непараметрические критерии не лишены недостатков, в частности, они практически неприменимы для сравнения выборок с n > 30 (больших).

Вероятность принятия ложной гипотезы зависит от мощности критерия (чем больше мощность критерия, тем меньше вероятность принятия ложной гипотезы). Принятая гипотеза (Н0 или Н1) используется в качестве рабочей до тех пор, пока новые накопленные результаты испытаний не позволят ее отвергнуть.

Основные сведения о наиболее широко используемых критериях сравнения приведены в табл.30.

 

Таблица 30






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.