Двойное роторное бурение
Журнал National Driller, 1 февраля 2010
Перевод с английского: Середа О.В.
Выполнение работы на нестабильных перекрывающих пластах
Отличительной чертой буровой установки двойного роторного бурения является вращающийся нижний привод, который используется для опережения забоя до 40 дюймов, в зависимости от модели. Нижний привод осуществляет спуск, подъем и передает вращение обсадной колонне. Армированный карбидом башмак, приваренный ко дну обсадной колонны, разрушает перекрывающие пласты.
Верхний вращающийся привод имеет собственную систему подачи, он поднимается и опускается независимо от нижнего двигателя. Верхний вращающийся привод управляет внутренней бурильной колонной, которая обработана погружным пневмоударником, головкой для бурения или долотом с коническими шарошками. Выбуренная порода обычно удаляется при помощи воздуха из встроенного компрессора или вспомогательного компрессора. Т.к. верхний и нижний приводы функционируют независимо друг от друга, буровая коронка может находиться спереди или сзади башмака обсадной колонны. Например, обсадная колонна может продвигаться вверх буровой коронки, минимизируя перекрестное загрязнение водоносного пласта и потерю циркуляции, и, устраняя проблему устойчивости ствола скважины, которая связана с артезианскими условиями. При типичной процедуре бурения, буровая коронка продвигается слегка вперед обсадной колонны для большой скорости проходки. Если обсадная колонна зажата в нижнем двигателе, она может быть выкручена по часовой стрелке или против часовой стрелки.
Когда обсадная колонна установлена на необходимую глубину, буровая установка двойного роторного бурения может продолжать бурить открытое отверстие таким же образом как обычная буровая установка с верхним пневматическим двигателем без переключения для смены головки.
Все модели буровых установок двойного роторного бурения имеют уникальные особенности конструкции:
Гидравлическая система подачи – как верхний, так и нижний приводы поднимаются и опускаются посредством напрямую соединенных гидравлических цилиндров. Преимущества этой конструкции включают высокую грузоподъемность, снижение нагрузок на коронки, буры, вышку, а отсутствие кабелей, цепей, шкивов и зубчатых барабанов в системе подачи способствует уменьшению числа профилактических ремонтов.
Нижний привод как приспособление для развинчивания – в дополнение к выполнению подачи и вращению, которые необходимы для продвижения обсадной колонны, нижний привод используется для того, чтобы развинчивать бурильные замки, молотки и головки бура.
Наклонный верхний привод – у верхнего привода есть функция гидравлического наклона, которая позволяет осуществить безопасную и эффективную нагрузку и разгрузку бурильной колонны и обсадной колонны. Некоторые модели имеют возможность давать нагрузку с помощью утяжеленных труб.
Отводной вертлюг – выбуренная порода, которая поднимается в кольцевом пространстве между бурильной и обсадной трубой, сбрасывается через отводной вертлюг, который соединен с верхней частью обсадной колонны. Встроенный подшипник, защищенный уплотнителем из твердого металла, обеспечивает опору между вращающейся обсадной колонной и стационарным разгружаемым патрубком. Конический уплотнитель препятствует выходу выбуренной породы при вращении бурильной колонны. Выбуренная порода транспортируется по гибкому шлангу к удобному месту выгрузки или к циклонному уловителю.
Башмак обсадной колонны – армированный карбидом башмак, впаянный в обсадную колонну, разрушает валуны и твердые образования, когда вращается обсадная колонна. Этот башмак позволяет установке двойного роторного бурения поставить обсадную колонну в неразрушенную породу. Важно заметить, что башмаки обсадной колонны, которые используются для двойного роторного бурения, имеют такой же внутренний диаметр, как и диаметр обсадной колонны. Поэтому отсутствует сужение диаметра ствола буровой скважины при переходе на бурение без обсадки. Наружный диаметр башмака обсадной колонны слегка превышает диаметр обсадной колонны для уменьшения трения наружной стенки обсадной колонны. Башмаки обсадной колонны применяются в легком, стандартом и тяжелом режиме работы, что зависит от количества карбидных пластин.
Челюсти обсадной колонны – нижний роторный привод захватывает обсадную колонну с помощью набора из трех активных мощных челюстей. После того, как обсадная колонна зажата челюстями, ее можно вращать как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, пока одновременно используются спуск и протягивание. Упрочненные стальные челюсти используются для всех основных размеров обсадных колонн, и имеют сменные вкладыши в колонне. Конструкция нижнего привода позволяет быстро заменить челюсти на буровой.
Режим работы на перекрывающих пластах
Метод двойного роторного бурения обладает некоторыми преимуществами, которые обеспечивают экономическую прибыль буровым подрядчикам. На любой установке для двойного роторного бурения, максимальный диаметр обсадной колонны равен диаметру шпинделя нижнего двигателя. На некоторых проектах бурильщики используют переходники в нижнем двигателе для установки поверхности обсадной колонны, которая больше, чем обычно может позволить нижний двигатель.
Валуны – армированный карбидом башмак обсадной колонны позволяет обсадной колонне прорезать валуны без разбуривания ствола скважины или торпедирования скважины. Так как отклонение обсадной колонны минимально, скважина остаётся вертикальной.
Обваливающиеся образования – в условиях обваливающихся стенок скважины в обсадную колонну может быть вставлено долото, которое, создавая пробку в обсадной колонне, позволяет продолжать процесс бурения при контролируемых условиях в большинстве ситуаций.
Установленная и сваренная обсадная колонна – операция по установке и свариванию частей обсадной колонны упрощается благодаря использованию буровой установки двойного роторного бурения. Наклонный верхний привод позволяет наклонной бурильной колонне и обсадной колонне присоединяться и закрепляться к отводному вертлюгу, причем оператор находится в безопасном положении на поверхности. Как только верхний двигатель поднимается, бурильная труба и обсадная колонна возвращаются в вертикальное положение. Верхний двигатель вращается, чтобы направить бурильную трубу в скважинную колонну, затем убирается ключ для крепления опоры. Далее верхний двигатель опускается, пока две обсадные колонны не выровняются, после они прихватываются временной сваркой на месте. Теперь, когда скважинная обсадная колонна держится крепко на нижнем двигателе, начинается основная операция сварки. В процессе сварки, сварщик может периодически вращать нижний двигатель, чтобы следить за его работой. С использованием двойного роторного бурения, сварщику не надо карабкаться сзади роторного стола, чтобы закончить сварку.
Установка фильтров – нижний двигатель также эффективен при извлечении обсадной колонны, упрощая процесс установки и извлечения фильтров.
Отбор проб – метод двойного роторного бурения, который используется вместе с циклонной системой сбора, обеспечивает получение ненарушенного образца выбуренной породы. Когда обводная колонна продвигается вперед одновременно с буровой коронкой, выбуренная порода, которая возвращается в циклон, не смешивается с материалом стенки ствола буровой скважины, а образец породы удерживается на забое. Более того, вместо сварки, нарезная обсадная колонна может использоваться в буровой установке двойного роторного бурения для мониторинга и отбора проб.
Наклонное бурение – опциональный наклонный блок способствует бурению и/или установке обсадной колонны под углом до 45 градусов. При некоторых условиях бурение выполнялось даже при маленьких углах, т.к. установка шахты для коммуникаций при канале в 21 градус не является горизонтальной.
Вертикальность скважины – основной выгодой вращения обводной колонны – есть вертикальность скважины, даже при бурении гальки и валунов. Вертикальная скважина помогает уменьшить трение боковой стенки, уменьшает давление на соединения и сварные швы обсадной колонны, и помогает достичь больших глубин установки обсадной колонны.
Общая универсальность – в большинстве случаев, все, что необходимо для бурения с установкой двойного роторного бурения – это обычная бурильная колонна, обсадная колонна и башмак обсадной колонны. Однако, установка двойного роторного бурения универсальна, так, что она может использовать большое количество инструментов, доступных на рынке для специальных работ или уникальных ситуаций. Система обратной промывки используется для эрлифтов и откачки жидкости из затопленных участков. Бурение с промывкой также возможно, при разбуривании ствола скважины.
Статья предоставлена с разрешения Foremost Industries LP; это выборка из публикации компании «Преимущества двойного роторного бурения на нестабильных перекрывающих пластах»
Библиотека
© ДонНТУ 2010 Середа Оксана