Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Ресурсосберегающая технология бурения разведочных скважин в аридной области бассейна Масила (Йемен)

ВАК РФ 25.00.14, Технология и техника геологоразведочных работ

Автореферат диссертации по теме "Ресурсосберегающая технология бурения разведочных скважин в аридной области бассейна Масила (Йемен)"

На правах рукописи

БА САЛЕХ САИД САЛЕМ САИД

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ РАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН В АРИДНОЙ ОБЛАСТИ БАССЕЙНА МАСИЛА (ЙЕМЕН)

Специальность:

25.00.14 - Технология и техника геологоразведочных работ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2009

003466744

Работа выполнена на кафедре разведочного бурения имени проф. Б.И. Воздвиженского в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе».

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, профессор Ганджумян Рубен Александрович

доктор технических наук, профессор Лачинян Леонид Артемьевич

кандидат технических наук, доцент Калинин Иван Сергеевич

Ведущая организация:

ООО «Ай Ди Эс Дриллинг»

Защита диссертации состоится 13 мая 2009 года в 14 ч. 30 мин. в аудитории 4-15л на заседании диссертационного Совета Д.212.121.05 при Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе по адресу: 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГГРУ.

Автореферат разослан 10 апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук

Назаров А.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Основной объем разведочного бурения в республике сосредоточен (на ближайший и более отдаленный период времени) в малодоступной, неосвоенной аридной области бассейна Масила. Основные особенности бурения скважин в этой области - широкий разброс геологических условий бурения, которые характеризуются наличием твердых, крепких и трещиноватых пород, пород с невысокими показателями механических свойств, поглощающих и гидратирующихся пород, взаимодействующих с буровым раствором. При этом конечные диаметры разведочных скважин, без какого-либо обоснования принимаются равными 215,9 мм. Это обстоятельство, кроме значительных затрат времени, энергии, расхода металла и других материалов для приготовления и химической обработки буровых и тампонажных растворов, наносит невосполнимый экологический ущерб. Следует ожидать, что в дальнейшем, с ростом глубин и объемов бурения, трудоемкость работ будет увеличиваться.

Наряду с этим, бурение скважин малого диаметра позволяет отказаться от последовательного поэтажного бурения. Таким образом верхние продуктивные горизонты могут быть с успехом изучены скважинами, закладываемыми для прослеживания глубокозалегающих нефтяных пластов. Существующие малогабаритные бурильные головки и керноприемные устройства обеспечивают извлечение представительного керна диаметром 76, 2 мм.

Несомненную проблему представляют интенсивные вибрации бурового инструмента при бурении шарошечными долотами в трещиноватых магматических и метаморфических породах, выходящих на поверхность и составляющих кристаллический фундамент. Вибрации разрушительно действуют на долото, трубы, снижая технические показатели работы.

Разработка ресурсосберегающей технологии бурения в аридной области бассейна Масила (Республика Йемен) является актуальным направлением научных исследований.

Цель работы - повышение эффективности бурения разведочных скважин в неблагоприятных природно-климатических условиях.

Объект исследования. Изменение основных технических параметров процесса бурения с уменьшением диаметра скважины. Влияние наддолотного амортизатора на изменение параметров колебаний и показатели отработки долот.

Основные задачи исследований

Для достижения поставленной цели в процессе научных исследований необходимо было решить следующие задачи:

- изучить и провести анализ горно-геологических условий бурения разведочных скважин в бассейне Масила;

- выделить технологические и технические предпосылки к бурению скважин малого диаметра;

- изучить параметры продольных колебаний бурильной колонны при бурении шарошечными долотами в твердых, трещиноватых породах и обосновать целесообразность применения наддолотного амортизатора;

- провести экспериментальные исследования влияния диаметра скважины и наддолотного амортизатора на показатели отработки долот в натурных условиях;

- установить закономерности изменения крутящего момента и мощности на долоте с глубиной скважины;

- установить снижение степени загрязнения окружающей природной среды при бурении по облегченной конструкции скважины.

Методика исследований

Для решения поставленных задач применялись общие принципы методологии научных исследований, включающие в себя анализ и обобщение литературных источников, проведение теоретических и экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования проводились на действующих буровых. При проведении экспериментов проводились хронометражные наблюдения с применением современной виброизмерительной аппаратуры и система измерения забойных параметров Полученные при экспериментальных исследованиях результаты

обрабатывались с помощью методов математической статистики (оценка численных характеристик выборки; корреляционно-регрессионный анализ).

Научная новизна диссертации

1. Выявлена зависимость амплитуды продольных перемещений долота от жесткости бурильной колонны и частотных характеристик системы, с уменьшением значения которых амплитуда продольных перемещений возрастает.

2. Установлен линейный характер регрессионной зависимости крутящего момента и мощности на долоте с ростом глубины скважины.

3. Установлена зависимость времени механического бурения от глубины при бурении с амортизатором и без него.

4. Установлены сравнительные зависимости механической скорости проходки и проходки на долото при бурении скважин по традиционной и облегченной конструкциям скважин в сопоставимых условиях.

Практическое значение

- Разработана классификация особенностей строительства разведочных скважин в бассейне Масила.

- Разработаны три варианта облегченных конструкций скважин (один из которых внедрен в производственных условиях), обеспечивающих значительное снижение объема разрушаемой породы, расхода материалов и энергии, степени загрязнения окружающей среды.

- Предложен показатель, характеризующий целесообразность применения наддолотного амортизатора.

- Экспериментально установлено, что введение наддолотного амортизатор позволяет не только снизить уровень вибрации бурильной колонны, но и добиться роста показателей отработки долот в сопоставимых условиях.

Результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе в

рамках дисциплины «Технология и техника бурения скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые».

Достоверность научных положений, выводов н рекомендаций

Практические рекомендации и защищаемые положения обоснованы достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, а также проверкой положений, выводов и рекомендаций при бурении экспериментальных скважин в натурных условиях.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского и аспирантского состава «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже XX - XXI вв» в 2006 г и на международных конференциях «Новые достижения в науках о Земле» в 2007 - 2009 гг».

Публикации

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ (3 научные статьи и 3 доклада, тезисы которых опубликованы), в которых раскрываются основные теоретические положения в результате проведенных исследований.

Объем и структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 98 наименований, содержит 22 рисунка и 15 таблиц.

Работа выполнена в период обучения (2006 - 2009 гг) соискателя на очном отделении аспирантуры при РГГРУ.

Автор считает своим долгом выразить особую признательность своему научному руководителю, к.т.н., профессору, члену-корреспонденту РАЕН, Ганджумяну P.A.

Автор выражает искреннюю благодарность зав. кафедрой разведочного бурения им. Б.И. Воздвиженского д.т.н., профессору Соловьеву Н.В., а также всему коллективу кафедры за помощь в выполнении работы и подготовке ее к защите.

Автор благодарен к. г-м.н. Халиду Салим Башамеху за содействие на разных этапах экспериментальных исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи работы.

В первом разделе проведен анализ современного состояния решения проблемы ресурсосберегающей технологии бурения скважин.

Значительный вклад в развитие и прогресс науки и практики в области ресурсосберегающей и экологически безопасной технологии бурения скважин в сложных горно-геологических условиях внесли отечественные ученые: Ангелопуло O.K., Афанасьев И.С, Башкатов Д.Н., Блинов Г.А., Булатов А.И., Воздвиженский Б.И., Калинин А.Г., Кардыш В.Г., Киселев А.Т., Козловский Е.А., Кудряшов Б.Б., Куличихин Н.И., Курочкин Б.М., Лачинян Л.А., Мурзаков Б.В., Окмянский А.С, Пономарев П.П., Симонов В.В., Соловьев Н.В., Тимофеев Н.С, Федоров B.C., Шамшев Ф.А., Шацов Н.И., Шеметов В.Ю., Чихоткин В.Ф., Эпштейн Е.Ф., Яковлев A.M. и др., а также зарубежные: Вудс Г.Б., Галле Е.М., Гетлин К., Маурер B.C., Фредерик P.O. и др.

Заметный вклад в исследование динамики бурильной колонны и решение проблемы борьбы с вибрациями, при взаимодействии шарошечного долота с забоем, внесли П.В. Балицкий, В.П. Балицкий, О.Ю. Бергштейн, Ю.С. Васильев, B.C. Владиславлев, М.И. Ворожбитов, P.A. Ганджумян, Г.И. Дранкер, C.JI. Залкин, Т.А. Кирия, A.B. Кичигин, В.Е. Копылов, А.Г. Мессер, П.И. Огородников, М.И. Пехньо, JI.E. Симонянц, С.Л. Симонянц, М.Г. Эскин, P.M. Эйгелес, Е.К. Юнин и др., а среди зарубежных - Бредбери, Гаретт, Дейли, Каннингхэм, Ливсей, Миллер и др.

В диссертационной работе автором были использованы некоторые положения и выводы в области бурения нефтяных и газовых скважин уменьшенного и малого диаметра, принадлежащие Н.И. Шацову, С.И. Кувыкину, А.П. Смирнову и А.Ф. Замятиной.

Второй раздел посвящен теоретическому обоснованию поставленных задач исследований: обоснованию конечных диаметров бурения; изменению основных энергетических параметров с уменьшением диаметра скважины и влиянию диаметра долота на механическую скорость проходки; оценке возможных значений амплитуд колебаний и сил, действующих на долото, в вертикальном направлении; изменению параметров вибрации бурильной колонны в условиях виброгашения, а также показателю целесообразности ввода амортизатора в КНБК.

Третий раздел посвящен методике проведения экспериментальных исследований.

Четвертый раздел посвящен результатам экспериментальных исследований в натурных условиях.

В заключении приведены основные выводы по диссертационной работе и практические рекомендации.

Проведенные исследования позволили сформулировать следующие защищаемые научные положения.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Первое защищаемое положение.

Существенно снизить материальные и энергетические параметры строительства скважин при одновременном обеспечении роста механической скорости проходки с наименьшим вредным воздействием на окружающую природную среду возможно на основе уменьшения диаметров стволов и обсадных колонн.

Количественные представления объема разрушаемой породы для трех вариантов облегченных конструкций скважин (рис. 1) свидетельствуют, что переход на уменьшенные диаметры бурения позволит достигнуть значительной экономии материалов.

Уменьшение диаметра бурения приводит к сокращению объема шлама, отработанного бурового раствора, буровых сточных вод и шламовых амбаров (рис. 2).

С уменьшением диаметра долота изменяются и основные энергетические параметры процесса бурения. Выразив механическую энергию, затрачиваемую на работу долота зависимостью

Е = Рл 2шп, (1)

Конст- Диаметр, мм (дюймы)

рукция обсадных

скважин труб долота

339,7 (13%") 444,5 (17Й")

Тради- 244,5 (97.") 311,1 (1214")

циионная 168,3 (6s/.") 215,9 (87.")

298,4(11%") 374,6 (14%")

193,7 {ТА") 250,8 (97.")

I 114,3 (4'/2") 158,5 (6'/4")

273,0 (10%") 374,6 (14%")

а I 177,8 (7") 241,3 (9W)

и II 101,6(4") 149,2 (57.")

U и 273,0 (10%") 374,6 (14%")

ю 168,3 (б5/.") 222,3 (8%")

о III 88,9 (З'/г") 142,9 (57s")

г

3 *

s

-в в

Й-

Глубина спуска колонн: направление -7 м; кондуктор - 410 м; эксплуатационная колонна - 2150 м

Рис. 1. Изменение объема разрушаемой породы при различных вариантах

конструкции скважин

а удельную энергию через

получим

V, nr2VM

„ 2 Рдп 4РДп

rVM DVM

В приведенных формулах: Рд - нагрузка на долото, Н; г - радиус долота, м; п - частота вращения долота, мин"1; V, - объем выбуренной породы в единицу времени он пропорционален квадрату радиуса скважины г и механической скорости проходки Ум; D - диаметр скважины или долотам.

Уменьшение диаметра долота приводит к снижению расчетных значений мощности на разрушение породы (рис. 3), вычисленных по эмпирической формуле фирмы «Хьюз Тул».

Исследования, проводившиеся многими учеными (B.C., Федоровым, Н.И. Шацовым, В. Маурером, Г. Вудсом, К. Канингхэмом, М.Бингхэмом и др.) показали,

Рис. 2. Теоретические зависимости Ус, У„.п., Уш и Уш.а от диаметра скважины

Л'.,, кВт

Твердые

Породы средней твердости

100 200

Диаметр долота, мм

Рис. 3. Расчетные зависимости мощности на долоте от диаметра долота

что с уменьшением диаметра долота возрастает и механическая скорость проходки, о чем свидетельствуют приведенные ниже зависимости:

пР?

Ум=^гКБЛ 4)

D¿

b= 1,1-2,4;

D

•,(6)

VM =an

f p \b гд

к»;

,(5)

Уы =

4 VtN EydD2n

,(7)

h

— = a n

f p \b y»;

i» = 0,9 + 3.

где КБ - коэффициент буримости; а и b - опытные коэффициенты; hin - критерий эффективности процесса бурения (углубление долота за 1 оборот).

Свита

Механическая скорость проходки, Л1/Ч

I .......

Проходка на долото, м I I_

200 300

Джеза

Шарвейн

Мукалла

Фортаг

Y

jr

Харшият

Гишн

Саар

J

Найфа

Мадби

Шугра

Кохлан

J

I

)

Для оценки влияния уменьшения диаметра скважины на показатели отработки долот на площади Тавила пробурена первая в Республике Йемен разведочная скважина №37 малого диаметра.

Эффективность бурения скважины малого диаметра с точки зрения разрушения пород хорошо видна на графиках (рис. 4).

Для сохранения одинакового времени контакта зубков долота малого диаметра с породой частота вращения его (лм) была увеличена пропорционально уменьшению диаметра, согласно выражению пм=пъОШ (Д с1 - диаметры скважин большого и малого диаметра).

Бурение данной скважины способствовало существенному снижению материальных затрат, зависящих непосредственно от диаметра скважины.

Сравнительные данные по металлоемкости при бурении по традиционной и облегченной конструкциям скважин приведены на рис. 5. Осуществление программы бурения скважины малого диаметра на площади Тавила незамедлительно дало положительный эффект и на окружающую природную среду (рис. 5): значительно сократились объемы шлама, шламовых амбаров, объемы отработанного бурового раствора, буровых сточных вод, а, следовательно, и степень загрязнения окружающей среды.

Фундамент

| | по традиционной конструкции скважин буровой I-1 установкой NABORS -98

I____I по облегченной конструкции скважины

I-' (экспериментальная скв. 37 Тавила)

буровой установкой JOECO - 40

Рис. 4. Изменение показателей работы долот

Рис. 5. Сравнительные данные металлоемкости и отходов при бурении по традиционно

и облегченной конструкции скважин

Проведенные экспериментальные исследования в натуральных условиях позволили сформулировать второе защищаемое положение.

Второе защищаемое положение

Осевые вибрации, возникающие при взаимодействии шарошечного долота с забоем, ускоряют разрушение долот и элементов бурильной колонны, снижают ее энергопроводность и технические показатели бурения.

Целесообразность применения амортизаторов для продления срока службы долот, УБТ, бурильных труб и поверхностного оборудования может устанавливаться с помощью показателя, характеризующего отношение жесткости пары зубок - порода к жесткости динамически возмущенного участка бурильной колонны.

Работами ряда исследователей (П.В. Балицкий, B.C. Владиславлев, Д. Га-ретт и др.) установлено, что вибрации вызывают отскоки долота, появление усталостных напряжений, уменьшают прочность и долговечность долота и бурильной колонны.

Аналитическое выражение амплитуды продольных перемещений долота Х(0 под воздействием возмущающей силы Р - РА sincoi при допущении, что бурильная колонна представляет собой длинный однородный стержень на который среда не оказывает заметного сопротивления колебаниям; верхний конец закреплен, а нижний свободен в теории колебаний имеет вид:

Р.а со/

Х(1) =

--=-tg — , (9)

EF(ú а

где Рд и со - соответственно амплитуда (м) и частота (с1) возмущающей силы; а -скорость распространения упругой волны м/с; Е - модуль упругости материала труб, Па; F - площадь поперечного сечения, м2; I - длина бурильной колонны, м.

Формула (9) получена путем решения волнового уравнения для установившихся вынужденных колебаний, которые описываются законом

u(x, t) = Х(х) sin Ш. (10)

Из формулы (9) следует, что Х(1) зависит от жесткости бурильной колонны и частотных характеристик системы, с уменьшением значения которых амплитуда продольных перемещений возрастает. При частоте со = па / 21, амплитуда перемещений Х(/) —> оо, что соответствует резонансу, при этом частота со равна низшей собственной частоте. Динамичность работы бурильной колонны характеризует коэффициент ц:

а И/

\i = —tg—, (11) ю/ а

который возрастает с уменьшением частоты и длины бурильной колонны.

Для поддержания колебаний с амплитудой X в течение времени от 0 до t расходуется энергия

Е = -лРАсоХ2, Н-м/с.

(12)

Поскольку источники возбуждения колебаний (волнообразная поверхность забоя скважины, его твердость, пульсация давления промывочной жидкости и др.) связаны с условиями работы бурильной колонны и долота в процессе бурения и не могут быть устранены регулированием каких-либо заданных параметров режима бурения, целесообразно снижать амплитуду вертикальных перемещений долота с целью упорядочения процесса его работы и исключения из динамики влияния упругости бурильной колонны и массы УБТ. Это может быть достигнуто путем ввода в КНБК виброзащитного устройства - амортизатора.

Предложен показатель, оценивающий целесообразность ввода наддолотно-го амортизатора в КНБК, характеризующий отношение жесткости Ь\ пары зубок-порода к жесткости £>2 динамически возмущенного (ударного) участка (П.В. Балиц-кий, 1970):

где /г - длина зубка в м; рш - твердость горной породы в МПа; 2у - угол заострения зубка, к\ < 1 - коэффициент, выражающий отношение высоты непосредственного контакта зубка с породой к глубине его внедрения.

Для выяснения общей закономерности К=Д1дин) составлен график (рис. 6), позволяющий установить:

• для одного и того же материала, длины и поперечного сечения /диш с увеличением рш, а следовательно, Ь\ значение К возрастает;

• при низкой частоте колебаний о - 1 - 30 сек"1 /ди„ приобретает максимальное значение, при этом К также возрастает;

• условие целесообразности ввода виброгасителя в КНБК, а, следовательно, и степень эффективности его применения зависят от типоразмера долота, его угловой скорости, частоты продольных перемещений, жесткости, системы зубок-порода-динамически возмущенный участок и для различных геолого-технических условий бурения может устанавливаться по кривым, представленным на рис. 6. При этом должны быть заранее известны значения частоты продольных перемещений долота при перекатывании с зубка на зубок и по волнообразной поверхности забоя.

Третье защищаемое положение

Исследование осевых вибраций ведущей бурильной трубы в реальных условиях бурения следует производить в соответствии с методикой, учитывающей влияние амортизатора на изменение параметров колебаний и показатели отработки долота в сопоставимых условиях

В табл. 1 приведены некоторые участки виброграмм продольных перемещений ведущей бурильной трубы, снятые с помощью виброметра У\У-7.

к =

ь, =

Ъ 2ЕР

(13)

Кривые а - соответствуют твердым породам; б - средней твердости; в - мягким

1,2 и 3 - различные сечения динамически возмущенного участка

Рис. 6. Зависимость показателя целесообразности ввода виброзащитного устройства от длины динамически возмущенного участка бурильной колонны

Визуальный осмотр виброграмм показывает, что полученные кривые продольных перемещений носят периодический или близкий к периодическому характер и позволяет выделить пики двух категорий: сильно выраженные с низкой частотой, и незначительные, но более высокой частоты, т.е., приведенные записи представляют собой двухкомпонентные кривые, состоящие из двух переменных составляющих и характеризуются следующими свойствами (рис. 7):

- огибающие, касающиеся или проходящие поблизости от вершин и впадин кривой, являются синусоидами;

- высокочастотные составляющие лежат между огибающими.

Значения частот и амплитуд для виброграмм, приведенных в табл. 1, сведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что число колебаний на 1 оборот долота низкочастотной составляющей изменяется от 4 до 4,2. Наиболее вероятно, что эти частоты образуются вследствие вращения долота по волнообразной поверхности забоя.

Таблица 1

Участки виброграмм продольных перемещений ведущей бурильной трубы при бурении долотом ЕВХ8 (Б) 95-12*4" (311 мм) в породах докембрийского возраста

Глубина скважины, м Нагрузка на долото, Л,кН Частота вращения, и, мин 1 Виброграммы продольных перемещений

117 53 50 к А ьААал АЛ 1 ЛААЛ^Л»

238 110 50 тн шш

174 78 50 шшшт « Ч ш 1 п \ч п п V у п

Таблица 2

№ п/п Число колебаний Двойная амплитуда

виброграмм в сек на 1 оборот (размах колебаний),

мм

VI У2 / г 2А, 2А2

1 5,6 33 4,2 24,7 3,8 0,62

2 5,6 31 4,2 25,2 4,16 0,83

3 6,6 30 4,0 15 4,0 0,58

Многими исследователями (Гаретт, Дейли, П.В. Балицкий и др.) отмечается, что условие образования трех волн, на один оборот долота справедливо для длинных бурильных колонн, где упругие волны, бегущие по колонне от долота к устью скважины, назад не возвращаются. Исследования же проводились при бурении на глубине 100 - 300 м, где имеют место отраженные волны, вследствие того, что волна, бегущая от долота к устью по колонне небольшой длины, отражаясь от верхнего свободного конца колонны, достигнув долота, вновь отражается, вызывая отскок его от забоя.

В силу этого, полученное несоответствие (4 ± 4,2 кол/об против 3 кол/об) объясняется появлением дополнительных частот порядка 1 - 1,2 кол/об, возбуждаемых динамической силой, вызывающей отскок долота.

А

I/

II /1

л

\1 и

т

п

А

! I

У

,1

1\

I I ■ /

К!

огибающая

0 12 3

1_I_1_1

и сек

Рис. 7. Кривая продольных перемещений ведущей бурильной трубы

и ее огибающая.

V А Ь

\Л'

\У

"к - без амортизатора

Рд = 93-117 кН; п = 80 мин1 Породы: метагранодиориты и метадиориты, местами трещиноватые. Долото ЕВХв (I)) 95 -12'//' (311 мм)

Рис. 8. Сравнительные виброграммы продольных перемещений ведущей трубы в сопоставимых условиях при наличии и отсутствии амортизатора.

На рис. 8 показаны сравнительные виброграммы продольных перемещений ведущей трубы в сопоставимых условиях при наличии и отсутствии наддолотного амортизатора. Полученные кривые с амортизатором характеризуют степень изменения амплитуды перемещений над амортизатором. Введение амортизатора позволило не только снизить уровень вибрации бурильной колонны, но и выявить условия повышения механической скорости бурения, за счет увеличения частоты вращения.

Всего за время исследований с наддолотными амортизаторами было пробурено 691 м и отработано 24 долота (табл. 3).

На основании производственных исследований построена зависимость времени механического бурения от глубины (рис. 9) при бурении в метадиоритах и метагранодиоритах местами трещиноватых с амортизатором ЯЬоск-Еге и без него по площади Тавила. Построенные зависимости показывают, что в сопоставимых условиях работы долот, при работе с амортизатором полученная кривая имеет более крутой характер.

Одновременно с увеличением показателей работы долот уменьшается расход долот по сопоставимым интервалам. За время бурения с наддолотными амортизаторами ни на одной из упомянутых скважин не было случаев аварии с бурильной колонной.

Вопрос о влиянии амортизатора на износ элементов долота специально не исследовался, поскольку не входил в задачу настоящей работы и требует отдельного изучения. Однако следует заметить, что при бурении с наддолотным амортизатором резко сократилось число заклиниваний долот. Визуальный осмотр долот показал, что тела качения изнашиваются в меньшей степени, а износ зубков долот был более равномерным, твердосплавные зубки меньше выпадали и реже скалывались. С уменьшением вибрации ведущей бурильной трубы сократились затраты на обслуживание наземного бурового оборудования.

Из табл. 3 видно, что время механического бурения удалось снизить при бурении в верхней части разреза на 10% и на глубине 1800 - 1900 м на 32,6%.

Объяснение возможности увеличения механической скорости проходки, когда все факторы, определяющие режим бурения оставались неизменными, надо искать в закономерностях процесса виброгашения:

- силовой контакт зубков с породой при перекатывании шарошек с зубка на зубок не нарушается, т.е. отскок долота и холостые провороты его по забою не происходят;

- значительно снижаются амплитуда продольных колебаний и знакопеременные нагрузки, передаваемые на бурильную колонну; передача низкочастотных составляющих вибраций долота на колонну происходит в меньшей степени, чем высокочастотных; значительно снижаются потери мощности (рассеивание части энергии), передаваемой бурильной колонной как энергопровода долоту.

Дать оценку энергопроводности бурильной колонны диаметром 127 мм путем измерения и регистрации крутящего момента на долоте (Мк) удалось при бурении долотом ЕО(Б)83 - 8'/г" (215,9 мм). Провести измерения в скважине диаметром 158,8 мм (скв. 37 Тавила) не представилось возможным из-за отсутствия системы М\УО для УБТ диаметром 127 мм.

Таблица 3

Бурение с амортизатором на разведочных площадях Тавила и Суна бассейна Масила

Компоновка низа бурильной колонны Интервал бурения, м Размах продольных перемещений, мм Расход долот, шт Проходка на долото, м Время пребывания долота на забое, ч Механическая скорость, Vm, м/ч Рост показателей Примечание

hath V„IV

EBXS(D)95-1214" (311мм); УБТ-190,5 мм -51,2м; СБТ. 16-238 4,15 7 31,7 200 1,11 Поломки УБТ в резьбовом соединении (112, 187 и 209 м)

EBXS(D)95-12'/4" (311мм); Sub-Shock-Eze-241,5; УБТ-190,5 мм-64 м; СБТ. 24-282 0,8-0,9 7 36,8 180 1,43 1,16 1,28

XS(D)97-11" (279,4 мм); Sub-Shock-Eze -241,5 УБТ-184,8 мм-76,8 м; СБТ. 12-408 0,9-1,0 12 33,0 262 1,51 1,21 1,17

Ti3085C-614" (158,8 мм)*; УБТ-152,4 мм--76,8 м; СБТ. 18411889 Замерить не представлялось возможным, поскольку вибрации значительно затухали по всей длине бурильной колонны 8 16,0 57,14 0,84 При л=80 мин зафиксированы 2 случая поломок УБТ в резьбовом соединении и 1 поломка долота по лапе шарошек (193 м

Ti3085C-6'/4" (158,8 мм)*; (165,1мм); Shock-Tool-152,4, УБТ-152,4 мм-76,8 м; СБТ. 18891926 5 17,4 38,5 0,96 1,23 1,14

* - бурение с отбором керна

Время механического бурения, час

• - с амортизатором "к - без амортизатора

Рд = 93-117 кН; и = 80 мин1 Породы: метагранодиориты и метадиориты, местами трещиноватые. Долото ЕВХБ (Б) 95 - Шл" (311 мм)

Рис. 9. Сравнительная зависимость времени механического бурения от глубины с амортизатором и без него (площадь Тавила)

Мощность на долоте, кВт ^ тш

3,35 6,79 10,05 13,40 16,75 д к 30 —1-\-1-\-\-

Крутящий момент, кНм

0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 Мк —1-1-1-1-1-►

2000 -

ТУ=^-(2,033-0,842 L1(K))

Долото диаметром 215,9 мм; СБТ - 127 мм; УБТ -178 мм; I = 128 м; Р = 180 - 200 кН; п = 80 мин1

Рис. 10. Регрессионная прямая, отражающая изменение крутящего момента

с глубиной скважины

Эмпирическая линия регрессии, построенная по данным 12-ти измерений Мк в интервале 520-1960 м (после спуска кондуктора) приведена на рис. 10. Значения мощности на долоте рассчитывались согласно известной зависимости /Уд = Мк -(та/ЗО).

Проведенные испытания показали, что степень соответствия результатов измерения в реальных условиях бурения значениям полученным расчетным путем по формуле фирмы «Хьюз Тул» вполне удовлетворительна, а величина мощности, затрачиваемой на работу шарошечного долота на глубине около 2000 м, существенно (в 3,85 раза) меньше мощности замеренной на глубине 520 м. В этой связи мощность Ыл, затрачиваемая на работу долота на текущей (¿т) и конечной (¿к) глубине бурения при п=80 мин"1 в породах средней твердости и твердых может быть определена по откорректированной формуле

=^-(2,033-0,8421^)),

где ЛГд - мощность, требуемая для преодоления сопротивления при работе долота.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертационная работа направлена на решение актуальной научно-практической задачи - значительного сокращения сроков разведки и промышленного освоения месторождений нефти в аридной области бассейна Маси-ла за счет реализации ресурсо-энергосберегающей экологически безопасной технологии бурения, устранения нежелательных вибраций бурильной колонны.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Повысить эффективность буровых работ можно путем облегчения конструкций скважин (уменьшения диаметров стволов и обсадных колонн). При средней глубине сравниваемых скважин 2190 м объемы выбуренной породы и шлама в скважине, основной ствол которой пройден диаметром 158,8 мм меньше объема скважины диаметром 215,9 мм в 2 раза; расход обсадных труб сокращается на 65%, цемента на 53%, глины и химических реагентов соответственно на 50 и 56%.

2. Эффективность бурения 158,8 мм долотами дает основание рекомендовать их для широкого применения при бурении разведочных скважин в данных геологических условиях и в отдаленных экологически чувствительных районах Республики Йемен.

3. Впервые для условий бурения в бассейне Масила с помощью забойной измерительной системы дана оценка мощности, потребной на работу долота. Установлено, что большая часть мощности подводимой к ротору на поверхности рассеивается за счет трения между бурильной колонной и стенками скважины.

4. В результате анализа переменных сил, действующих на долото, и изучения аналитических выражений амплитуд продольных перемещений нижней части бурильной колонны от различных сил и импульсов, установлены условия возникновения интенсивных продольных колебаний. Показано, что развитие колебаний зави-

сит не только от интенсивности возбуждающих сил и свойств разбуриваемых пород, но и от параметров колонны и частотных характеристик системы.

5. Предложен показатель, характеризующий целесообразность ввода над-долотного амортизатора в компоновку нижней части бурильной колонны.

6. Введение наддолотного амортизатора позволяет не только снизить уровень вибрации ведущей бурильной трубы, но и добиться роста показателей отработки долот в сопоставимых условиях: механическая скорость проходки увеличивается в среднем на 21%, проходка на долото на 19,5%.

7. Степень эффективности применения амортизатора зависит от свойств разбуриваемых пород и увеличивается с ростом их твердости.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ба Салех С.С. Бурение скважин в сложных горно-теологических условиях в республике Йемен. Известия высших учебных заведений «Геология и разведка», №3, 2007, с. 75-76.

2. Ба Салех С.С., Ганджумян P.A. Ресурсосберегающая технология бурения разведочных скважин на нефть в аридной области бассейна Масила (Республика Йемен). Известия высших учебных заведений «Геология и разведка», №4, 2008, с. 80-82.

3. Ба Салех С.С. Геолого-технические условия бурения в Йеменском нефтегазовом районе. VIII Международная конференция "Новые идеи в науках о Земле». Доклады. Том 7. - М., 2007, с. 177.

4. Ба Салех С.С. Облегчение конструкций разведочных скважин в бассейне Масила. Геоэкологические и инженерно-геологические проблемы развития гражданских и промышленных комплексов г. Москвы. 15.17.04.2008

5. Ганджумян P.A., Сердюк Н.И., Ба Салех С.С. Показатель целесообразности ввода виброзащитного устройства в компоновку низа бурильной колонны. Инженер-нефтяник, №3, 2008.

117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23, РГГРУ, кафедра разведочного бурения.

Тел. 433-59-96.

Подписано в печать 25.03.09. Формат 60x90/16. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 42