Донецкий национальный технический университет

Название магистерской работы: Разработка технологии бескернового бурения в условиях поглощения.
Специальность: Технология и техника геолого-разведочных работ
Автореферат магистерской выпускной работы
Руководитель работы:
доц. каф. ТТГР Филимоненко Н.Т.

e-mail: muravskaya@rambler.ru

        Актуальность темы. Магистерская работа определяется необходимостью решения проблемы выноса шлама на поверхность и поглощения промывочной жидкости, наиболее часто возникающих при перебуривании трещиноватых пород, зон геологических разломов и т.д. Это зачастую приводит как к авариям, так и к негативным экологическим последствиям.

        Главная цель магистерской работы: разработать технологию и принципиальную схему устройства, позволяющих осуществить бускерновое бурение шарошечным долотом с минимальными подачами промывочной жидкости и энергозатрат насоса. В соответствии с поставленной целью основными задачами являются следующие:
        -  определить степени влияния плотности восходящего потока промывочной жидкости и подачи очистного агента на энергоемкость процесса бурения;
        -  проанализировать степень влияния режима промывки при бескерновом бурении на кальматацию газоносных пород, слагающих разрез скважины;
        -  определить степень влияния скорости восходящего потока и желаемой скорости выноса частиц шлама на подачу промывочной жидкости насосом;
        -  определить степень влияния потерь давления на различных участках разрабатываемого устройства на подачу промывочной жидкости насосом.

         Научная новизна:
        1.На основе анализа существующих конструкций разработана принципиально новая схема устройства, позволяющего перебуривать проницаемые зоны с одновременным сбором шлама;
        2.Предложена технология бурения, позволяющая сократить энергозатраты и расход промывочной жидкости при перебуривании проницаемых зон шарошечным долотом.

        Практическая ценность. В результате проведенного расчета скорости восходящего потока промывочной жидкости, желаемой скорости выноса частиц шлама, потерь давления на различных участках разрабатываемого устройства и анализа их влияния на значения подачи очистного агента, предложена технология перебуривания шарошечным долотом проницаемых зон с минимальным расходом промывочной жидкости, а следовательно и с минимальными энергозатратами насоса.

        Апробация работы. По теме магистерской научной работы был сделан доклад на республиканской студенческой научно-технической конференции 27 апреля 2001 года.

        В подразделе 1.1.1 определяется степень влияния плотности восходящего протока промывочной жидкости на мощность электродвигателя.
        Результаты расчета иллюстрируются на рис. 1.1.

N, кВт
						rв, кг/м3

         Из рисунка 1.1 видно, что при увеличении плотности промывочного агента восходящего потока на 2 кг/м3, происходит равномерное возрастание мощности двигателя на привод насоса в среднем на 0,1кВт.

         1.1.1 Влияние подачи очистного агента на энергоемкость процесса промывки при бескерновом бурении

         В настоящем подразделе определяется степень влияния подачи очистного агента на мощность двигателя на привод насоса.
         Результаты расчета изображены на рис. 1.2.

	N,кВт
					Q, л/мин.

        Из рис. 1.2 видно, что при увеличении расхода промывочной жидкости от 15 до 70 л/мин мощность возрастает от 0,44 до 4,13 кВт и чем выше значение подачи, тем больше затраты энергии на процесс промывки. При стандартной схеме промывки при бескерновом бурении скважин подачи очистного агента достигают значений свыше 300 л/мин, что приводит к существенным энергозатратам.
         Уменьшить энергоемкость технологического процесса бескернового бурения скважин в условиях поглощения очистного агента можно путем снижения подачи промывочной жидкости и уменьшения количества шлама в восходящем потоке. В связи с этим необходимо создать устройство, позволяющее реализовать бескерновое бурение при минимальных расходах промывочной жидкости и обеспечивающее максимальную очистку восходящего потока от выбуренной породы.

         1.2 Влияние режима промывки при бескерновом бурении на кальматацию газоносных пород, слагающих разрез скважины

         В подразделе 1.2 анализируется влияние высокой плотности и подачи промывочной жидкости при бескерновом бурении на кальматацию пористых коллекторов на примере скважины ЦД № 1697, пробуренной Центрально-Донбасской экспедицией ПО «Укруглегеология» в отложениях карбона.

         1.3 Анализ устройств для бурения скважин с промывкой, создаваемой путем преобразования прямого потока в обратный

         В настоящем подразделе рассматриваются существующие устройства для реализации схемы бурения с делением потока промывочной жидкости в призабойной зоне и с одновременным сбором шлама.

         В результате проведенного анализа был выявлен ряд недостатков:
         -   расширение скважины твердосплавными резцами, что уменьшает гидравлическое сопротивление восходящему потоку жидкости и снижает вероятность деления потока;
         -    сложность регулирования направления потока промывочной жидкости в призабойной части гидравлического контура;
         -    необходимость бурения с большим расходом промывочной жидкости;
         -   при наличии в снаряде пакера, быстрый износ резиновых колец вследствие их трения о стенки скважины, как в процессе бурения, так и при спуске и подъеме снаряда из скважины.
         Устранить перечисленные недостатки сможет предложенный в магистерской работе снаряд, который обеспечит максимальный сбор шлама, при бурении с небольшими подачами очистного агента, что весьма актуально как при бурении в условиях поглощения очистного агента, так и при перебуривании газоносных горизонтов.

          Проблема перебуривания проницаемых зон остается актуальной до настоящего времени. Ее решением может явиться технология, предлагаемая в данном подразделе. Принципиальная схема разрабатываемого снаряда для бескернового бурения скважин в проницаемых зонах изображена на рис.2.1. Промывочная жидкость подается к снаряду по бурильным трубам 1 от бурового насоса, установленного на поверхности. Проходя через переходник, она попадает в кольцевой зазор между наружной 2 и внутренней 3 колонковыми трубами. В призабойной зоне поток разделяется. Поскольку потери давления в проходных отверстиях снаряда значительно меньше, чем в затрубном пространстве, то большая часть промывочной жидкости вместе со шламом поступает через переходник и шламопроводящую трубу 5 во внутреннюю колонковую трубу 3. На выходе из шламопроводящей трубы 5 наиболее крупные частицы шлама оседают в шламосборнике (кольцевой зазор между колонковой трубой 3 и шламопроводящей трубой 5) за счет перепада давления, под действием сил гравитации, центробежных сил (за счет вращения снаряда), сил удара о стенки снаряда (поскольку шламопроводящая труба изогнута) и отражатель 6. Далее промывочная жидкость поступает в шламопроводящую трубу 8 меньшего диаметра через отверстие в перфорированной трубе 7, которая служит фильтром. При выходе из нее на оставшиеся частицы шлама действуют те же силы, что и в предыдущей камере. Вместо отражателя 6 здесь предусмотрена перфорированная пластина 9. В результате в шламосборник (кольцевой зазор между трубами 3 и 8) оседают более мелкие частицы шлама. Через отверстия в перфорированной пластине 9 промывочная жидкость попадает в зону, где конструктивно предусмотрено наличие гидроциклона 10. Он представляет собой трубу с навитым в виде спирали стальным листом.

          1 - бурильные трубы; 2 – наружная колонковая труба; 3 – внутренняя колонковая труба;   4 – долото; 5, 8 – шламопроводящая труба; 6 – отражатель; 7 – перфорированная труба; 9 – перфорированная пластина; 10 - гидроциклон

          Здесь промывочная жидкость проходит последнюю стадию очистки. Она движется по винту гидроциклона. При этом оставшиеся мельчайшие частицы шлама отбрасываются к стенкам внутренней колонковой трубы 3 и сползают в шламосборник. Промывочная жидкость через внутреннюю полость гидроциклона 10 вытекает в затрубное пространство.

          2.2 Теоретическая оценка работоспособности выбранной конструкции

Результаты расчета приведены в табл.2.1, табл.2.2, табл.2.3.

          Таблица 2.1 - Скорости восходящего потока промывочной жидкости, м/с

Рассчитываемый участок	Подача промывочной жидкости, л/мини						Площадь участка, м2
	19	32	40	55	70	105
Участок 1	0,447	0,75	0,959	1,29	1,649	2,47	0,00059
Участок 2	0,085	0,14	0,179	0,246	0,314	0,47	0,0031
Участок 3	0,668	1,169	1,463	2,011	2,561	3,847	0,0038
Участок 4	0,085	0,14	0,179	0,246	0,314	0,47	0,0031
Участок 5	0,463	0,78	0,975	1,34	1,707	2,56	0,00057

          Таблица 2.2 - Cкорость выноса частиц шлама, м/с

Рассчитываемый участок	Подача промывочной жидкости, л/мини
	19	32	40	55	70	105
Участок 1	0,3707	0,6737	0,8827	1,2137	1,5727	2,3937
Участок 2	0,0087	0,0637	0,1027	0,1697	0,2377	0,3937
Участок 3	0,5917	1,0927	1,3867	0,19347	2,4847	3,7707
Участок 4	0,0087	0,0637	0,1027	0,1697	0,2377	0,3937
Участок 5	0,3867	0,7037	0,8987	1,2637	1,6307	2,4837

          По данным табл. 2.2 можно сделать вывод, что минимальные скорости выноса частиц шлама будут на участках с большими площадями 2 и 4 (рис. 2.1) и меньшими значениями подачи очистного агента. Значит, чем ниже Q, тем выше качество сбора шлама.

          Таблица 2.3 - Потери давления, Па

Рассчитываемый участок	Подача промывочной жидкости, л/мини
	19	32	40	55	70	105
Участок 1	197,72	444,94	690,91	1076,60	1615,75	3172,83
Участок 2	0,73	1,59	2,33	3,85	5,59	10,39
Участок 3	394,46	985,70	1430,5	2275,4	3666,54	7330,07
Участок 4	1,46	3,19	5,42	7,69	11,17	20,78
Участок 5	3108,20	8702,22	12173,23	21868,07	34184,60	72307,53

          Из табл. 2.3 видно, что потери давления в затрубном пространстве в десятки раз превышают потери давления на остальных участках. Таким образом, промывочная жидкость, обогащенная шламом, из призабойной зоны потечет по линии наименьшего сопротивления в снаряд, а не в затрубное пространство. При этом, чем выше значение подачи промывочной жидкости, тем выше потери давления. Уже при Q = 105 л/мин значение р возрастает в 2 раза.

         Раздел 3. Технология промывки при бескерновом бурении скважин в проницаемых зонах
         3.1 Сравнительная характеристика параметров режима промывки при разработанной и стандартной схеме циркуляции

         В подразделе 3.1 приведена сравнительная характеристика параметров режима промывки при разработанной и стандартной схеме шарошечного бурения в проницаемых зонах.

         3.2 Технология бескернового бурения в условиях поглощения промывочной жидкости

         В настоящем подразделе излагается разработанная технология перебуривания проницаемых зон.

Литература