Разработка технологии применения гидрофицированных буровых установок с подвижным вращателем и специальных бурильных колонн для бурения в осадочных комплексах пород

Development of technology for the application of hydraulic drill rigs with a movable rotator and special drilling drill columns for drilling in  sedimentary rock complexes

N. MURATOV,
State Enterprise
«Complex GSPE»
The Rebublic of Uzbekistan

Дается подробное описание разработанной автором новой технологии бурения с применением гидрофицированных буровых установок, специальных бурильных колон ССК с обоснованием их преимущества. Анализируются недостатки существующей технологии бурения при применении шпиндельных станков в сложных горно-геологических условиях урановых месторождений песчаникового типа. Предлагается беспрерывная циркуляция ПЖ и холостого вращения бурильного вала даже при подъеме керноприемной трубы – путем дополнительного оснащения специальным вертлюг-сальником и вспомогательным нижним вращателем буровой установки ZBO S15. Приведена сравнительная таблица для сопоставления ТЭП существующей и предлагаемой технологий.

The detailed description of new technology developed by author on drilling with application of hydroficated drill rigs with movable rotator and special drilling columns with retrievable core receiver along with justification of its preferences is presented in this article. There is also given the analyses of existing technology of drilling with application of spindle drill rigs in complicated geological conditions of sedimentary type’s uranium deposits. There is also offered the uninterrupted circulation of washing fluid and idle running of drilling shaft even in time of lifting of core lifter by force of additional fitting-out by special drive-head carriage and auxiliary lower rotator of drill rig ZBO S15. There is shown the comparison table for comparison technical & economical indexes of existing and offered technologies.

При геологоразведочных работах на урановые месторождения песчаникового типа в Республике Узбекистан буровые работы проводятся, в основном, в осадочных комплексах пород с категорией буримости от 2 до 7. Породы, в основном, представлены в четвертичных отложениях в верхней части в виде лессовидных пород, песков, гипса, мергеля, битумозных и бентонитоподобных глин и частично в виде песчаников и известняков, гравий-галечных прослоек и  др. На глубинных интервалах от 200 до 450 м часто встречаются прослойки глин с разбухающим свойством. Кроме того, случаются интервалы песков с сыпучими характеристиками и гравий-галечными прослойками слабосвязанными, которые образуют завалы в стволах скважин.
Многолетняя практика бурения показывает, что наиболее надежным и экономически целесообразным способом крепления стенок скважин является использование бентонитовых растворов с хорошими реологическими характеристиками. Использование других химических реагентов в данных условиях является малоэффективным и дорогостоящим по причине того, что их структурно-связывающие свойства и фоликулянтность предназначены для более твердых формаций. Обсаживание геологоразведочных скважин глубиной 400 – 500 м считается экономически невыгодным из-за очень короткого срока службы этой скважины (в период получения керна в рудных интервалах и проведения ГИС 3 – 5 дней). Сложное геологическое строение интервалов этих скважин требует их быстрой проходки, так как остановка циркуляции промывочной жидкости (ПЖ) во время спуско-подъемных операций (СПО) способствует обрушению и обвалу стенок скважин из-за снижения гидродинамического давления ПЖ на стенки скважины.
Однако по действующей технологии бурение на таких месторождениях проводится буровыми установками со шпиндельным вращателем типа ЗИФ-1200МРК со штатной комплектацией в буровом тепляке с мачтой МРУГУ-18/20, буровым насосом НБ-32, труборазворотом РТ-1200 с использованием бурильных труб с приваренными замками ТБСУ-63,5х5,0х4700 или СБТН-50х5,0х4500, в комплекте колонны долота Д3Л-118 и твердосплавные коронки М2-112.
При бурении данной установкой в данной комплектации СПО производятся часто. На глубине 350 – 650 м этот процесс занимает от 45 до 90 минут. На урановых месторождениях Узбекистана объем бескернового бурения на одну скважину в среднем составляет 70 % и, соответственно, керновое – 30 %. СПО во время кернового бурения на одну скважину глубиной 400 – 700 м производятся от 30 до 45 раз.
Во время бескернового бурения при проходке одним долотом Д3Л-118 в вышеназванных породах в зависимости от абразивности проходимых интервалов пород, толщины и склонности к обвалу стенок ресурс долота составляет от 75 до 160 м, после чего необходима его замена, а это осуществляется путем СПО. Таким образом, время, затрачиваемое на СПО при бурении одной скважины, увеличивается до 84 часов.
Во время СПО приостанавливается циркуляция промывочной жидкости. По данным многократных наблюдений этот процесс способствуют возникновению аварий из-за обвалов, происходящих в это время. Таким образом, чем чаще спуско-подъемные операции, тем больше вероятность аварий.
Практика показывает, что цикловая скорость проходки скважин глубиной 650 м в вышеперечисленных геологических условиях занимает 6 – 8 дней, из которых только СПО занимают 2 – 3,5 дня (48 – 84 часа). Но согласно проведенному анализу, чем выше цикловая скорость проходки скважин, тем скважины более подвержены геологическим осложнениям. Проанализировав процесс бурения 10 скважин со средней глубиной 620 м на участке Северный Канимех, установлено, что 4 скважины меньше подвергались геологическим осложнениям по причине меньшей цикловой скорости (4 – 5 дней), остальные 6 скважин были пройдены с относительно большим количеством СПО и были подвержены более частым геологическим осложнениям, а их цикловая скорость составила 6 – 8 дней.
Большое количество СПО и возникающие в связи с ними частые осложнения и аварийные ситуации увеличивает цикловую скорость бурения скважины буровыми установками со шпиндельными вращателями.

Многолетняя практика бурения показывает, что наиболее надежным и экономически целесообразным способом крепления стенок скважин является использование бентонитовых растворов с хорошими реологическими характеристиками. Использование других химических реагентов в данных условиях является малоэффективным и дорогостоящим по причине того, что их структурно–связывающие свойства и фоликулянтность предназначены для более твердых формаций.

Все выше перечисленные факторы являются основными недостатками существующей технологии бурения.
По статистическим данным, производительность бурения по разведке урана песчаникового типа, в среднем, составляет 1890 пм на станко-месяц. Поэтому в целях повышения производительности бурения и увеличения выхода керна в сложных продуктивных интервалах скважин предлагается разработка и внедрение технологии с применением гидрофицированных буровых установок с подвижным вращателем и специальных бурильных колонн для бурения в осадочных комплексах пород.
Изучив разные модели гидрофицированных буровых установок от разных мировых производителей, автор предлагает применение буровой установки ZBO S15 производства ООО «Завод бурового оборудования» (Россия, г. Оренбург) с учетом ее модернизации для эксплуатации в осадочных комплексах пород.
Тяговое усилие этой буровой установки составляет 15 тонн, глубина бурения 700 м при бурении в размере H (89 мм) с одновременным расширением скважины до 118 мм. Скорость вращения вращателя на второй передаче составляет 225 – 405 об/мин., крутящий момент: 2860 – 1690 H.м. Эти характеристики являются подходящими для бурения в осадочных комплексах пород. Тем не менее для осуществления бесперебойного и производительного бурения с максимальным увеличением чистого времени бурения необходимо внести существенные изменения в технологию бурения и конструкцию установки. Для изменения технологии бурения в осадочных комплексах пород предлагается следующая модернизация буровой установки:

Обсаживание геологоразведочных скважин глубиной 400 – 500 м считается экономически невыгодным из–за очень короткого срока службы этой скважины. Сложное геологическое строение интервалов этих скважин требует их быстрой проходки, так как остановка циркуляции промывочной жидкости (ПЖ) во время спуско–подъемных операций (СПО) способствует обрушению и обвалу стенок скважин из-за снижения гидродинамического давления ПЖ на стенки скважины.

1.Как было указано выше, в качестве промывочной жидкости применяются, в основном, бентонитовые глины. Гидрофицированные буровые установки комплектуются буровыми насосами плунжерного типа, которые рассчитаны на использование химических реагентов для ПЖ. Для использования ПЖ с бентонитовыми глинами предлагается применять буровые насосы поршневого типа как дополнительную опцию к комплектации буровой установки (главный промывочный насос), причем привод этого насоса должен быть гидравлическим (плавно регулируемым). Насос должен иметь производительность от 30 до 550 л/мин с рабочим давлением до 60 атм.
2.Вспомогательный промывочный насос будет использоваться для следующих целей: в процессе кернового бурения после определения заполнения керноприемного снаряда керном и во время подъема керноприемной трубы циркуляция ПЖ должна продолжаться за счет включения в работу вспомогательного гидрофицированного плунжерного насоса, подающего раствор с химическими реагентами, совместимыми по реологической характеристике с бентонитовой глиной. Для этого буровая площадка должна быть оснащена специальной матерчатой водонепроницаемой круглой емкостью объемом 2,0 – 3,0 куб. м – для изготовления химического реагента. Вспомогательный насос подает раствор с химическими реагентами через рукав и специальный вертлюг-сальник, закрепленный на резьбе последней трубы буровой колонны.
3.На дополнительной установке на нижней части мачты будет смонтирован рабочий стол, низкооборотного вращателя для холостого вращения бурильного вала, приподнятого от груди забоя на 2,0 – 2,5 м. Вращатель должен крутить буровую колонну со скоростью 100 – 120 об/мин по часовой стрелке во избежание откручивания бурильных труб, а специальный вертлюг-сальник должен иметь обратную резьбу. Этот же вращатель будет выполнять функции трубодержателя для откручивания и закручивания бурильных труб при наращивании или выполнении СПО бурильной колонны.
4.Дополнительная опция к буровой установке в виде специального вертлюг-сальника с небольшими конструктивными изменениями существующего WL BU 12.01.00.000 вертлюга промывочного или
WL BU 12.02.00.000 нагнетателя. Трубка внутренним диаметром 27 мм толщиной стенки 6,0 мм должна быть приварена к корпусу вертлюга-сальника под углом 90 градусов. В середине вращающейся трубки вертлюга-сальника сверлится вертикальный канал диаметром 7,0 мм и в верхней части не вращающегося корпуса со­осно с вертикальным каналом вращающейся трубки также сверлится отверстие диаметром 10 мм. Этот канал и отверстие в центре верхней части корпуса служат для движения троса от лебедки ССК при спуске овершота и его подъеме после заполнения керном керноприемной трубы. Во избежание повреждения движущегося троса д-6,8 мм в отверстие диаметром 10 мм, просверленное в центре верхней части корпуса, устанавливается манжета из прочной резины с внутренним проходным отверстием 7,0 мм. Эта же манжета служит преградой для выхода ПЖ наружу корпуса.

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ
По технологии и принципам работы колонкового набора ССК при заполнении керна в керноприемной трубе манжета сигнализатора дает сигнал и наблюдается скачкообразное повышение давления на манометре бурового насоса. После этого машинист и его помощник должны выполнить работу в следующей последовательности:
–останавливают вращение снаряда, но не главный промывочный насос (пока не поднимут буровую колонну на высоту 2,0 – 2,5 м от забоя скважины). Поднятие буровой колонны на такую высоту производится во избежание прихвата колонкового набора интенсивно осаж­даемой тяжелой фракцией, находящейся в составе шлама, в период остановки главного промывочного насоса (затрачиваемое время 1 – 3 мин);
–машинист приостановливает работу бурового насоса, надежно зажимает верхнюю бурильную трубу гидрозажимами нижнего вращателя, при этом конец трубы буровой колонны от верхней части вращателя должен выступать на 50 – 70 см (затрачиваемое время 1 – 2 мин) для создания удобства работы помощнику;
–машинист отворачивает ведущую трубу главным вращателем и поднимает его по мачте на высоту 3,5 м также для обеспечения удобства работы помощнику (затрачиваемое время 1 – 2 мин);
– помощник машиниста берет заранее подготовленный овершот со специальным вертлюг-сальником, спускает его во внутрь бурильной колонны, а вертлюг-сальник соединяет с верхней бурильной трубой (затрачиваемое время 3 – 4 мин);
–помощник машиниста включает вспомогательный насос, который качает химический реагент в скважину (затрачиваемое время 0,5 – 1 мин);
–убедившись, что помощник закончил все операции, машинист включает рычаг подачи овершота и через минуту включает нижний вращатель для холостого вращения бурильного вала (затрачиваемое время 1 – 2 мин);

По статистическим данным, производительность бурения по разведке урана песчаникового типа в среднем составляет 1890 пм на станко–месяц. Поэтому в целях повышения производительности бурения и увеличения выхода керна в сложных продуктивных интервалах скважин предлагается разработка и внедрение технологии с применением гидрофицированных буровых установок с подвижным вращателем и специальных бурильных колонн для бурения в осадочных комплексах пород.

–машинист и его помощник должны следить за процессом и ходом подачи овершота во внутрь вращающегося бурильного вала до застегивания головки овершота копьевидным наконечником керноприемной трубы (затрачиваемое время в зависимости от глубины скважины от 2 до 6 мин);
–машинист, определив соединение керноприемной трубы с овершотом, начинает подъем керноприемной трубы путем переключения рычага на «подъем», продолжая холостое вращение бурильного вала по часовой стрелке. Определив, что овершот приближается к вертлюг-сальнику, останавливает нижний вращатель и дает команду помощнику приостановить вспомогательный насос и развинтить вертлюг-сальник (затрачиваемое время в зависимости от глубины скважин от 2 до 6 мин) Вспомогательный насос приостановлен;
–помощник машиниста быстрым движением развинчивает специальный вертлюг-сальник цепным ключом и освобождает от овершота керноприемную трубу, кладет ее на стол и тут же берет рядом лежащую, заранее подготовленную вторую керноприемную трубу, быстро соединяет ее с овершотом и спускает вовнутрь бурильного вала, одновременно включает нижний вращатель холостого вращения (затрачиваемое время 2 – 3 мин.). Вспомогательный насос приостановлен;
–машинист, убедившись, что керноприемная труба на месте (т.е. в своем гнезде), отсоединяет овершот и поднимает его на поверхность. Помощник отталкивает овершот в сторону, чтобы не мешал для ведения других операций (затрачиваемое время 2 – 3 мин.). Вспомогательный насос приостановлен;
–машинист быстрым движением подсоединяет ведущую трубу к бурильному валу и освобождает гидравлические зажимы нижнего вращателя. Медленным вращением бурильного вала главным вращателем и одновременным спуском до забоя (доход до забоя) он включает главный промывочный насос (затрачиваемое время 1 – 2 мин).
Затем начинается новый цикл бурения.
Таким образом, время, затрачиваемое на СПО, сокращается от 48 – 84 часов на 6 – 12 часов. Это позволяет повысить производительность в 1,5 – 2 раза.
В процессе работы машинист постоянно должен отслеживать циркуляцию промывочной жидкости, соответствие объема выкачиваемого насосом ПЖ объему выходящего шлама со скважины, т.е. установить, восстановлена ли полностью циркуляция ПЖ, ход бурильного вала, прием керна в керноприемную трубу.
Бескерновые интервалы скважины проходятся высокопроходимыми долотами диаметром 118 мм. Бурение осадочных комплексов пород считается скоростным бурением из-за мягкой горной формации. При бурении со сплошным забоем выделение шлама резко увеличивается и повышается вероятность сальникообразования на поверхности буровой колонны, особенно на колонковой трубе. Поэтому кольцевое затрубное пространство должно быть не менее 10 – 12 мм. Исходя из этих соображений, для применения вышеназванной технологии подходит буровой комплекс размером Н (д-89 мм) со специфическими характеристиками: усиленными резьбовыми соединениями, толщиной стенок бурильных труб 7 мм во избежание отрицательных влияний вибрации буровой колонны.
Буровая колонна должна комплектоваться:
–бурильными трубами размером Н не менее 650 пм;
–колонковыми наборами с головными блоками Н –не менее 5 комплектов и овершотами Н – 3 комплекта;
–кернорвательными кольцами пружинными или цанговыми – по 100 шт.;
–переходниками, муфто-переходниками и другими расходными материалами;
–твердосплавными трехлопастными долотами типа Д3Л -118;
–трехлопастными бурголовками БИТ 118/63 с PDS вставками.
Для обеспечения выхода керна более 90 % и уходки бурового снаряда в несвязанную, высокообразивную породу в сложных интервалах гравий-галечных отложений предлагается буровую установку дополнительно комплектовать:
–кернопремным снарядом СК-102/67 с БИТ 118/67;
–пружинными и цанговыми кернорвателями по 50 шт.;
–переходниками, ключами и аварийными инструментами для использования этого комплекта.
Подготовка скважины к проведению ГИС осуществляется по инструкции.
Примечание: под термином «Цикловая скорость бурения скважин» подразумевается время, затраченное от начала и до конца бурения одной скважины с учетом проведения ГИС (геофизические исследования скважины).
В табл. приведено сопоставление технико-экономических показателей существующей и предлагаемой технологий бурения. При сопоставлении следует, что за счет двойного увеличения роста производительности труда наблюдается удешевление одного погонного метра бурения с 7,1 до 4,3 доллара США. Сроки изучения площадей также сокращаются на 30 – 40 %. Эти цифры свидетельствуют об экономической эффективности предлагаемой технологии и ускорении проведения ГРР на месторождениях урана песчаникового типа.

Литература

1.Каталог геологоразведочного инструмента, Оренбург, 2017–2018 гг.
2. Каталог 2017. БУРИНТЕХ. Высокотехнологичная неф­те­сервисная компания.

References

1.Katalog geologorazvedochnogo instrumenta [Catalog of the geological exploration tool]. Orenburg, 2017–2018.
2. Katalog BURINTEKH. Vysokotekhnologichnaya nefteservisnaya kompaniya [Catalog BURINTEH. High-tech oilfield services company]. 2017.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Муратов Н.Д.

    Муратов Н.Д.

    главный инженер

    ГП «Комплексная ГСПЭ» Республика Узбекистан

    Просмотров статьи: 79

    Rambler's Top100

    admin@burneft.ru