Часть 1
Режим бурения - это совокупность параметров, определяющих эффективность проходки скважины бурением.
Режим бурения представляется совокупностью параметров, в которые обычно входят: осевая нагрузка на долото, частота вращения инструмента и расход промывочной жидкости.
Основные требования к параметрам режима бурения - контролируемость - мы должны знать чему равен тот или иной параметр и иметь возможность оперативно его скорректировать. Поэтому, например, для сильно искривленных и горизонтальных скважин осевая нагрузка на долото оценивается не относительно действующего веса на крюке, а через перепад давления на нагнетательной линии.
Выделяют три разновидности режимов бурения:
Оптимальный - это такое сочетание параметров, которое позволяет разрушать горную порожу с максимальной скоростью и минимальными затратами. То есть себестоимость механического бурения в данном случае минимальна.
Специальный - режим бурения, который закладывается для определенных условий и связанный либо с применением какой-то технологии (бурение на депрессии, бурение с отбором керна, срезка в наклонный ствол) или с осложнением (поглощение бурового раствора, интенсивные осыпи и обвалы). Задача данного режима либо обеспечить максимальную эффективность реализации технологии, либо снизить вероятность возникновения и развития осложнений.
Эффективный - режим бурения, при котором основной акцент делается на скорость разрушения пород и не учитывается степень реального износа оборудования. То есть в моменте скорость бурения высока, но из-за интенсивного износа оборудования в длительной перспективе - себестоимость увеличивается.
Основным технико-экономическим показателем режима бурения является - механическая скорость проходки, поскольку она напрямую отражает влияние всех параметров режима на скорость сооружения скважины. Прочие технико-экономические показатели связаны с режимом бурения не настолько тесно.
(Сообщение последний раз редактировалось: 25-08-2023, 10:01 AM EpikhinAV.)
Часть 2
Режим бурения характеризуется параметрами. Параметры режима бурения – это совокупность показателей, которые определяют эффективность строительства скважины. Правильнее даже говорить, не «строительства», а «углубления», поскольку в базовом представлении они связаны механической скоростью проходки.
К параметрам режима бурения относят следующие:
- Осевая нагрузка на инструмент;
- Частоты вращения инструмента;
- Расход промывочной жидкости;
- Параметры промывочной жидкости.
Осевая нагрузка и частота вращения инструмента определяют скорость разрушения горной породы. Другими словами, они отвечают за эффективность работы долота.
Расход промывочной жидкости и ряд параметров промывочной жидкости (плотность, вязкость, СНС, ДНС) определяют эффективность очистки забоя скважины от разрушенной горной породы. Важно понимать, что плохая очистка забой от шлама ведет к его переизмельчению на забое и снижению механической скорости проходки.
Ряд параметров промывочной жидкости (pH, водоотдача, толщина фильтрационной корки) определяют устойчивость ствола скважины, что также влияет на скорость углубки (при массовом обрушении горных пород – углубка скважины затруднена или вовсе невозможна).
Таким образом, управляя параметрами режима бурения мы управляем эффективностью разрушения горной породы и углубки ствола скважины, что напрямую влияет на технико-экономические показатели строительства скважины.
Часть 3
Параметры режима бурения определяют не только эффективность разрушения горной породы, но и в более широком смысле – технико-экономические показатели бурения. К таким показателям относятся:
1. Механическая скорость бурения (проходки) – это скорость разрушения горной породы на забое.
Формула для расчета:
Vмех = H/tбур,
где H – величина проходки, м;
tбур – время работы долота на забое, ч.
Единицы измерения механической скорости бурения – [м/ч].
В раннее время механическая скорость бурения использовалась для оценки эффективности работы буровых бригад, но в настоящий момент это не актуальный подход, поскольку в современных реалиях за 1 вахту (15-30 дней) бригада может пробурить 1-3 полноценных скважины и необходимо учитывать эффективность не просто по скорости углубления, а более комплексно (с учетом спускоподъемных операций, процедур подготовки ствола скважины, спуска обсадных колонны и цементирования).
Данный показатель остается актуальным в случае оценки эффективности работы различного забойного оборудования, которое может влиять на эффективность и скорость разрушения горной породы (буровые долота, забойные двигатели, роторные управляемые системы). Также этим показателем можно оценить эффективность перехода на новые технологические решения, например, сравнивать традиционную технологию бурения и альтернативные варианты (бурение на обсадных трубах, бурение на депрессии).
Часть 4
Следующим технико-экономическим показателем процесса бурения является «рейсовая скорость»:
2. Рейсовая скорость бурения – это скорость строительства скважины, учитывающая не только время механического бурения, но и длительность спускоподъемных операций.
Формула для расчета:
Vр = H/(tбур+tспо),
где H – величина проходки, м;
tбур – время работы долота на забое, ч;
tспо – время спускоподъемных операций, ч.
Единицы измерения рейсовой скорости бурения – [м/ч].
Данный показатель является актуальным, если оценивается работа буровой вахты в рамках работы буровой бригады. Данный показатель не репрезентативен, если оценивается эффективность строительства скважины, в целом, поскольку он не учитывая ряда прочих важных технологических операций – подготовка ствола скважины, спуск обсадной колонны, процедуры цементирования.
3. Техническая скорость бурения – это скорость строительства скважины, которая в совокупности отражает, как эффективность работы бурового станка, так и буровой бригады, выполняющей работы на нем.
Формула для расчета:
Vр = H/Tпр,
где H – величина проходки, м;
Tпр – производительное время работы буровой бригады, которое включает время на бурение, СПО, цементирование, нормативное время на ремонт, вспомогательные работы и т.д., мес.
Единицы измерения рейсовой скорости бурения – [м/ст.-мес.]. Данная единица измерения оценивается, как количество метров, пробуренное одной буровой установкой (станком) за 1 месяц.
Данный показатель в сравнении с механической и рейсовой скоростью отражает наиболее точно эффективность работы буровой бригады, поскольку учитывает фактически все этапы строительства скважины. Другими словами, оценивается не только процесс бурения или ведения СПО, но и, в целом, скорость строительства скважины. В более ранние периоды времени он был не настолько актуален, поскольку среднестатический срок строительства скважины не был сопоставим с длительностью одной вахты. В настоящее время, оценить по нему эффективность работы бригады сложно, если строительство скважины имеет продолжительность более 1 вахты (что обычно относится к параметрическим или поисковым скважинам).
Часть 5
4. Коммерческая скорость бурения – это скорость строительства скважины, которая определяет сколько скважин, тысяч метров может быть пробурено буровой бригадой за месяц, квартал, год, сколько бригад надо иметь, чтобы выполнить план.
Формула для расчета:
Vр = L/Tк,
где L – длина скважины по стволу, м;
Tк – календарное время от начала подготовительных работ к бурению до сдачи скважины в эксплуатацию (или бригадам по испытанию скважин), мес.
Единицы измерения коммерческой скорости бурения – [м/ст.-мес.]. Данная единица измерения оценивается, как количество метров, пробуренное одной буровой установкой (станком) за 1 месяц.
Данная скорость характеризует в некоторой степени скорость «оборачиваемости» материальных ресурсов, поскольку обычно оплата работ по бурению скважины осуществляется после ввода скважины в эксплуатацию.
5. Цикловая скорость бурения – это скорость строительства скважины, которая в характеризует использование буровых установок, являющихся основными фондами. Позволяет определить сколько буровых необходимо для выполнения плана.
Формула для расчета:
Vр = L/Tц,
где L – длина скважины по стволу, м;
Tц – календарное время от начала строительно-монтажных работ до окончания демонтажа буровой установки, мес.
Единицы измерения цикловой скорости бурения – [м/ст.-мес.]. Данная единица измерения оценивается, как количество метров, пробуренное одной буровой установкой (станком) за 1 месяц.
Данный показатель характеризует эффективность использования основных фондов у конкретного бурового подрядчика. Благодаря этому показателю административно-управленческий персонал буровой компании может стратегически планировать необходимое количество объемов на следующие периоды ведения работ, а такж производить стратегические перестановки в составе компании (приобретение новых станков и набор новых бригад, отправка оборудование и работников на субподряд, сокращения персонала и продажа бурового оборудования).
Часть 6
Осевая нагрузка
Осевая нагрузка – это параметр режима бурения, который определяет усилие, создаваемое на контакте «вооружение долота – горная порода». Исходя из этого обеспечивается определенная глубина внедрения вооружения в массив горной породы.
Логично, что определяющими факторами при определении эффективной осевой нагрузки являются:
- тип горной породы, а точнее ее прочностные свойства (твердость – способность сопротивляться внедрению инородного тела в массив горной породы);
- площадь контакта вооружения и горной породы – здесь срабатывает закон физики характеризующий давление. Давление это отношение приложенной силы (осевой нагрузки) в площади. Чем меньше площадь контакта, тем больше давление и более вероятно достижение предела прочности горной породы (который, кстати, измеряется в Па, также как и давление).
Принято считать, что нагрузка на забой создается за счет веса КНБК, а не всей бурильной колонны. Это обусловлено физикой работы инструмента в скважине. Протяженная бурильная колонная ведет себя не как жесткий стержень, а как гибкая струна, что исключает возможность передачи сколько угодно большого веса на породоразрушающий инсторумент.
Таким образом, требуется комплектовать низ бурильной колонны достаточно жесткими (а, соответственно, тяжелыми) элементами – такие, как утяжеленные бурильные трубы и толстостенные бурильные трубы. Согласно общим рекомендациям, вес УБТ должен составлять 80% от ожидаемой нагрузки на долото. Остальные 20%, принято считать, что будут создаваться оставшимися элементами КНБК и, частично, весом вышележащей бурильной колонны (но на нее ключевую ставку никто не делает). С этой рекомендацией необходимо учитывать несколько нюансов:
- Это закономерно для скважин с углом наклона (зенитный угол) менее 60 градусов – при больших значениях угла – утяжеленные трубы «ложатся» на стенку скважины и совокупное действие сил трения и гравитации приводит к снижению эффективности доведения нагрузки;
- При очень протяженной длине колонны УБТ (особенно при малом диаметре относительно диаметра долота) имеется риск потери устойчивости (жесткости) ею под действием собственного веса, что вызовет синусоидальный или спиральный изгиб инструмента;
- Важно, чтобы выбранная колонна УБТ или ТБТ не создавала слишком высоких гидравлических сопротивлений – если рассматривать исключительно трубный канал – это будет определять возможность насоса прокачивать раствор через такую компоновку инструмента. Если давать оценку гидравлическим сопротивлениям в кольцевом пространстве, то здесь помимо нагрузки на насос необходимо оценивать еще изменение ЭЦП, которое может привести к поглощениям бурового раствора в интервалах слабых пластов.
Создание осевой нагрузки на забой осуществляется двумя основными способами:
- в ручную – когда бурильщик растормаживает лебедку и осуществляет контроль нагрузки на долото по датчику веса на крюке. Важно понимать, что данный подход актуален для наклонно-направленных скважин с зенитными углами до 60-70 градусов, а при больших значениях наклона за счет увеличения сил трения о стенки скважины данный показатель становится нерепрезентативным. Для сильноискривленных, субгоризонтальных и горизонтальных скважин актуально использовать оценку осевой нагрузки по перепаду давления на долоте (изменению давления на стояке).
- с помощью регулятора нагрузки (подачи) на долото – это система, которая позволяет автоматически поддерживать заданную осевую нагрузку (аналог круиз контроля автомобиля) на инструмент за счет считывания показателей контрольно-измерительных приборов и корректировки согласно изменениям на них тормоза лебедки (например, вес на крюке начинает увеличиваться, система это считывает и ослабляет тормоз лебедки до восстановления ранее установленного веса).
Важно понимать, что для эффективного доведения нагрузки (особенно при наклонно-направленном и горизонтальном бурении) необходимо бороться с силами трения и подвисаниями инструмента. Здесь наиболее эффективными методами (если не учитывать управление свойствами бурового раствора и увеличение его смазочной способности) являются придание вращения инструменту, а также использование осцилляторов.
Часть 7
Осевая нагрузка
В процессе бурения важно осуществлять контроль осевой нагрузки, равно, как и других параметров режима бурения. Это может осуществляться несколькими способами:
1. По значению веса на крюке – по сути разница между фактическим весом инструмента и весом на крюке характеризует осевую нагрузку. Другими словами, мы определяем осевую нагрузку за счет разгрузки инструмента на забой.
Но важно учитывать, что данный подход становится менее актуальным, если речь идет о сильноискривленных или наклонно-направленных скважинах, поскольку сложно оценить какая часть инструмента разгружается на стенки скважины из-за синусоидального изгиба.
Также, важно учитывать, что осевая нагрузка по датчику веса на крюке должна определяться после получения значения «веса на майна» – то есть, когда оцениваем значение веса на крюке с учетом сил трения, возникающим при спуске.
2. По перепаду давления на долоте – правильнее говорить по значению давления на стояке. Логика заключается в том, что с увеличением нагрузки на долото степень прижатия его к забою увеличивается, а, значит, растет величина гидравлических сопротивлений (перепад давления на долоте) и как следствие увеличивается давление на стояке (в нагнетательной линии).
Конкретной формулы расчета увеличения осевой нагрузки от увеличения давления на стояке не существует, поскольку это слишком сложный для физического описания процесс, но известно, что в среднем при увеличении давления на 10-15 атм – нагрузка увеличивается на 1-2 тонны. Важно осознавать, что это актуально для начального нагружения долота, затем при сильных разгрузках – эта корреляция существенно меняется (поскольку происходит развитие изгиба инструмента вплоть до синусоидального или спирального).
3. По показаниям забойного датчика – подобные датчики могут устанавливаться в специальном наддолотном переводнике и функционируют в комплексе с телеметрической системой.
Чаще всего принцип их функционирования основан на использовании эффекта пьезопроводности – грубо говоря, изменение силы тока, проходящей через тело датчика при его деформировании (от нагрузки, вибрации, давления). Логика в том, что при деформировании пьезоэлемента – меняется его сопротивление и пропорционально изменяется амплитуда электрического сигнала, проходящего через него.
Данный тип датчика может обеспечивать достаточно точную фиксацию осевой нагрузки, но стоит учитывать, что такие измерения более дорогостоящие, чем рассмотренные выше методы измерения. Кроме того, всегда имеются риски потери сигнала от телеметрической системы (по причине нештатной работы канала связи «забой-устье»), что также ограничивает его применение.
|
