Вращательно-ударное бурение | Энциклопедия МДПИ

Системы бурения с пневматическим ротором и погружным пневмоударником аналогичны по конструкции и функционированию, с основным отличием в системе лестницы, имеющей дополнительное режущее действие пневматического молота.

Сначала мы профилируем пневматическую роторную систему, а затем погружной пневмоударник. Система пневматического роторного бурения в первую очередь предназначена для бурения и консолидированных пород, обеспечивая хорошую скорость проходки и быстрое удаление шлама. Эта система обычно состоит из установленной на грузовике буровой установки и отдельной вспомогательной машины, которые перевозят материалы, необходимые для процесса бурения, такие как вода в сварочном оборудовании.

Если требования к мощности для грузовика аналогичны требованиям к мощности для буровой установки, один двигатель можно использовать для обоих, используя раздаточную коробку. Оборудование этой буровой установки включает в себя воздушный компрессор, а также водяной и буровой насосы, которые облегчают удаление шлама в зависимости от геологических условий.

Обратите внимание, что в демонстрационных целях не используется поверхностный кожух, чтобы лучше проиллюстрировать эти процессы. Системы пневматического вращательного бурения могут использовать ряд режущих действий, вращательное дробление, вращательное резание или вращательное ударное воздействие. Здесь показано вращательное дробящее действие. Используемая промывочная среда определяется геологией, и варианты включают только воздух, смесь воздуха и воды или с добавлением пены для бурения и полимеров для дальнейшего улучшения удаления шлама.

Только первый эфир. Обратите внимание на качество черенков. Они представляют собой очень чистые репрезентативные образцы формации. Вода добавляется для улучшения способности воздуха удалять шлам. Использование резервов грузовых автомобилей и системы прямой циркуляции. Вода закачивается нагнетательным насосом из грузовика в скважину, через бурильную колонну и вверх по затрубному пространству между экраном и скважиной. Удаление черенков из лунки на прилегающую землю.

Обратите внимание, как изменилось качество черенков. Добавление воды замаскировало шлам, что затрудняет идентификацию образований и их точную запись.

В воду можно добавлять буровую пену, которая помогает заполнить пустоты и удержать буровой шлам в затрубном пространстве. Операторы должны тщательно перемешивать, чтобы пенообразование происходило в скважине, а не в смесительном баке. Руководства и рекомендации производителя должны строго соблюдаться, чтобы обеспечить оптимальную производительность и безопасность при использовании этих продуктов. Пена заполняет кольцевое пространство, дополнительно улучшая удаление шлама. После того, как пена рассеется, вы снова сможете ясно видеть черенки.

Секции бурильной колонны соединены резьбой вместе, чтобы обеспечить продвижение бурения.

Скорость проходки определяется геологией. Для уплотненного материала низкая скорость проникновения требует низких скоростей вращения и меньших объемов промывочной среды. По мере того как материал становится менее уплотненным, скорость вращения и скорость проникновения увеличиваются, как и требования к промывочной среде.

Затем бурильная колонна спускается из скважины для облегчения установки обсадной колонны.

Благодаря использованию реберного стабилизатора на бурильной колонне скважина получается гладкой, прямой и правильной. Лучшее облегчение операций затирки, чтобы следовать за ними.

Этапы, связанные с установкой кожуха, могут включать первоначальную сварку башмака кожуха на первой секции трубы. Этот башмак защищает конец обсадной трубы во время строительства скважины и обеспечивает правильную посадку обсадной трубы в породе. Башмак должен быть приварен для обеспечения водонепроницаемого уплотнения вокруг трубы. Следует соблюдать осторожность при сборе. отработанные концы сварочных прутков.

Для дополнительных секций кожуха может потребоваться приваривание центраторов к кожуху для обеспечения равномерного размещения на земле в соответствии с правилом 903. Элеваторы кожуха крепятся к одному концу кожуха и поднимаются в воздух и устанавливаются на место безопасно и надежно.

Для безопасной установки обсадной трубы требуется два техника, поскольку один человек управляет подъемником, а другой помогает с помощью канатной стропы. Дополнительные секции свариваются или соединяются резьбой по мере установки кожуха.

Заполнение цементным раствором кольцевого пространства между стволом скважины и обсадной колонной осуществляется в соответствии с передовой практикой управления и правилом 903.

Способы бурения на воду: шнековый, вращательный, ударно-канальный.

Спасибо Вам за Ваш вклад! Вы также можете загрузить видеозапись, связанную с этой темой, по ссылке ниже: https://encyclopedia.pub/user/video_add?id=10212

Вращательно-ударный метод бурения является перспективным способом снижения затрат на бурение. На основании анализа литературы и завершенного геотермального бурения очевидно, что Люблинскую впадину можно рассматривать как ту, где можно использовать ударно-вращательное бурение для бурения вскрыши сланцевых пород. В документе объяснялась геология Люблинского бассейна, его геологические структуры и возможность использования бурения с погружным пневмоударником, что могло бы значительно снизить стоимость всех инвестиций в бурение сланцевого газа. Данные, полученные из скважин, пробуренных в Люблинском бассейне, были сопоставлены и проанализированы для определения целесообразности вращательно-ударного бурения. Предоставленные анализы показали, что использование метода роторно-ударного бурения в Люблинском бассейне имеет большую возможность применения, чем в других польских сланцевых бассейнах (Балтийском и Подлясье).

1. Введение

Потребность в энергии постоянно растет во всем мире, что можно описать как экспоненциальную функцию. По словам министра экономики, потребность в конечной энергии природного газа в Польше вырастет на 20% за 20 лет (с 2010 г.) [1] . Учитывая сокращающиеся ресурсы природного газа в традиционных месторождениях, мир столкнулся с ситуацией, при которой необходимо эксплуатировать этот вид углеводородов из менее доступных коллекторов (так называемых нетрадиционных коллекторов). В Польше возлагают большие надежды на природный газ, добываемый из нижнепалеозойских сланцев. Сланцевый пояс площадью ок. 37,000 2 км 1920 , простирается от северных частей страны (Балтийский бассейн) через центральные районы (Подлясье бассейн) до восточных пределов (Люблинский бассейн). Суммарные предполагаемые извлекаемые ресурсы природного газа в сланцевых образованиях польской земли и морской части Балтийско-Подляшско-Люблинского бассейна могут составить максимум 3 млрд м 2 [XNUMX] .

С учетом параметров оценки эти ресурсы, скорее всего, составляют примерно 346–768 млрд м 3 . Даже самая маленькая сумма может оказать впечатляющее влияние на многие отрасли отечественной промышленности. Тем не менее, эксплуатация этого вида углеводородов из Люблинского бассейна по традиционной технологии является дорогостоящей и нерентабельной. Следовательно, желательно использовать технологии, которые менее затратны и дают возможность добиться успеха. Старая, но обновленная версия метода вращательно-ударного бурения считается наиболее эффективной [3] .

В случае вращательно-ударного бурения присутствует работа погружного пневмоударника. Движущим фактором может быть как сжатый воздух, так и жидкость (вода), которая направляется к молоту по бурильным трубам. Воздух или вода также очищают скважину от шлама, действуя как скруббер.

Воздух выдувается из молотка через отверстия в дрели. Преимуществами такого бурения являются, прежде всего, более низкая цена по сравнению с традиционным методом, меньшее негативное воздействие на окружающую среду, меньший уровень шума, возможность работы на небольшой площади. Дополнительным преимуществом является прямолинейность ствола скважины, особенно для погружных гидромолотов. Кроме того, использование воздуха вместо бурового раствора может уменьшить повреждение пласта. Повреждение пласта во время операций бурения, заканчивания и капитального ремонта является широко известным и важным вопросом, который необходимо учитывать, поскольку он снижает эффективность извлечения нефти и газа. Чжу и др. [4] исследовали влияние насыщения фильтрованным буровым раствором и пришли к выводу, что его определение может способствовать прогнозированию повреждения пласта при бурении на депрессии. Они отметили, что более высокая насыщенность наблюдается в пластах с более высокой пористостью и проницаемостью, более низкой водонасыщенностью и более высокой вязкостью нефти. Davarpanah и Nassabeh [5] обнаружили, что определение механической удельной энергии может помочь в обнаружении нестабильности бурения и проверке характеристик бурения и долота. Это может помочь с оптимизацией параметров бурения. Оба вышеупомянутых документа представили рентабельный способ помочь бурению. Техника вращательно-ударного бурения известна своей экономичностью в сочетании с повышенной скоростью проходки. Обычно рекомендуется для использования в твердых, абразивных горных породах из-за его эффективности разрушения горных пород [2] [5] [6] [7].

Вращательно-ударный метод широко изучался с целью дальнейшего повышения его преимуществ. Было доказано, что скорость проходки может быть увеличена более чем на 30% при использовании метода роторно-ударного бурения по сравнению с обычным методом роторного бурения [7] [8] [9]. Дердор и др. [10] представили свою работу по оптимизации скорости проходки при ударно-вращательном бурении в карьере Хаджер-Суд. Они приняли во внимание давление воздуха, удельное форсированное давление, скорость вращения и диаметр долота и использовали метод Тагучи, отношение сигнал/шум, ANOVA (дисперсионный анализ) и RMS (среднеквадратичный) для моделирования. Они пришли к выводу, что наибольшее влияние на скорость проходки оказало давление воздуха, за которым следует удельное давление опережения, а также доказали, что использованные анализы эффективны в практическом применении. Лю и др. [7] заявили, что, регулируя частоту импульсов, можно получить более высокую эффективность бурения. Wu и Ye [6] отметили, что импульсная нагрузка и скорость вращения долота оказали значительное влияние на эффективность гидроразрыва горных пород, в то время как влияние частоты импульсов было меньшим по сравнению с ним. Донг и Чен [8] отметили, что параметры бурения не имеют линейной зависимости от эффективности гидроразрыва породы. Они отметили, что использование метода роторно-ударного бурения при формировании сланцев требует дальнейшего изучения из-за механических свойств сланца. Они рекомендовали небольшое поперечное смещение и приемлемую частоту осевых колебаний для достижения энергоэффективного гидроразрыва горных пород. Сяохуа и др. [11] исследовали механизм разрушения породы и пришли к выводу, что объемное разрушение было вызвано напряжением сдвига при кручении. Затем оно было дополнительно ускорено вместе с расширением трещины растягивающим напряжением сдвига, а сжимающее напряжение было определено как вторичный фактор разрушения породы.

2. Возможность вращательно-ударного бурения

В методе ударно-вращательного бурения применяется ударный инструмент для удара по горной породе. Система с верхним ударником передает примерно 84 % энергии на буровое долото, в то время как погружной пневмоударник в этом отношении более эффективен — передается почти 100 % энергии [12] [13]. Механизм работает следующим образом: вращение вызывается головкой, расположенной на вершине буровой установки. Вращение передается через бурильную колонну на молоток и далее на буровое долото. Поскольку трубы соединены резьбой, бурильная колонна может удлиняться во время бурения.

ППУ может приводиться в действие сжатым воздухом или жидкостью (также водой), которая течет за счет вращения бурильной колонны к ударнику, расположенному за буровым долотом. Среда, питающая ППУ, вытекает через отверстия в торце бурового долота и выносит шлам со дна скважины на поверхность [14] .

Погружной пневмоударник с гидроприводом хорошо подходит для бурения длинных и прямых скважин, а также в деликатных местах, предотвращая возникновение искривлений. Такой инструмент способен проникать в большинство горных пород, сохраняя при этом высокую скорость и точность проникновения (wassara.com, доступ 20 июня 2020 г. [15]); однако для этого требуется высокая скорость потока воды. Предлагаются системы рециркуляции бурового раствора, чтобы свести к минимуму этот недостаток [16]. Пример погружного пневмоударника диаметром 203.2 мм (8 дюймов) с гидроприводом представлен на рис. 1. На рис. 2 показаны примеры буровых долот с погружным пневмоударником.

Рисунок 1. Погружной гидромолот Wassara W200 (1 — сверло; 2 — патрон; 3 — комплект уплотнений; 4 — держатель биты; 5 — корпус молотка; 6 — корпус поршня; 7 — внутренняя трубка; 8 — поршень; 9 — скользящий корпус. ; 10 — клапанная коробка; 11 — клапан; 12 — втулка; 13 — направляющая крышка; 14 — фильтр; 15 — опора фильтра; 16 — задняя головка API 4 ½” IF; источник: wassara.com [15] ).

Рисунок 2. Головки сверл (aплоские – для твердых, среднетвердых и абразивных пород (например, гранита, базальта, твердого известняка); (b) вогнутый – для использования в твердых, среднетвердых и однородных породах (например, в граните, твердом известняке). Хороший контроль отклонения оси скважины и промывки забоя скважины; (c) выпуклые – для использования в мягких и среднетвердых породах, а не в абразивных породах (например, сланцах, известняках, песчаниках). Очень хорошее продвижение буровых работ) [17] .

Выбор метода бурения, оборудования и бурильной колонны, особенно в отношении бурового долота и параметров технологии бурения, является ключевым фактором в процессе бурения скважины. Среди вращательно-ударных методов бурения на практике популярен ПБУ, так как он более эффективен, чем бурение перфораторами. Качество выбора существенно зависит от конструкции скважины и имеющейся информации о свойствах пород, подлежащих бурению. Ниже приведен пример выбора буровых долот с погружным пневмоударником для Sandvik (Sandvik Top Hammer Rock Drilling Tools — Каталог) путем выбора соответствующих кодов, отмеченных буквами для пород, предназначенных для бурения, в зависимости от:

Аналогичный набор инструментов для бурения горных пород представлен Copco Secoroc Atlas (Secoroc Rock Drilling Tools, Каталог продукции — ППУ). Выбор ограничен профилем долота, твердыми и абразивными породами и показывает примеры горных пород.

Еще одним критерием выбора метода бурения является система очистки забоя скважины и выноса бурового шлама на поверхность. На практике применяются как погружной ударный молот с гидроприводом (DTH), так и пневматический погружной пневмоударник. По сравнению с обычными погружными пневмоударниками с пневмоприводом и погружными пневмоударниками с гидравлическим приводом мы можем сказать, что погружной пневмоударник предлагает широкий спектр преимуществ, включая низкое энергопотребление, минимальное отклонение ствола, более чистую окружающую среду, возможность более глубокого бурения и минимальное воздействие на окружающая земля. Водяные ППУ не создают пыли, а использование воды в качестве промывочной среды также лучше очищает скважину.

Ударно-вращательный метод бурения с погружным пневмоударником можно разделить на два типа: с одинарной и двойной бурильной колонной. Метод с одной бурильной колонной используется в основном в твердых породах с низким риском обрушения стенок. В случае, если рыхлые слои породы предшествуют сплошному слою породы, для предотвращения обрушения стенок скважины первоначальное бурение производят обсадной колонной с буровым долотом. Механизм вращательно-ударного бурения с одиночной бурильной колонной основан на дистанционно управляемом пневмокомпрессоре ПБУ. Метод двойной бурильной колонны применяется в основном в рыхлых или менее емких породах. Бурение осуществляется за счет одновременной работы двух колонн: обсадной колонны, оснащенной буровым долотом, вращаемым против часовой стрелки нижней головкой, и бурильной колонны, оснащенной молотковыми или пилообразными буровыми долотами, вращаемыми по часовой стрелке верхней головкой. голова [14] .

При вращательно-ударном бурении используются различные типы буровых долот [17]: Плоский тип используется для твердых, среднетвердых и абразивных пород. Вогнутое буровое долото используется для твердых, среднетвердых и однородных пород, что делает контроль отклонения и очистку ствола скважины менее сложными, чем другие типы буров. Выпуклое буровое долото используется для мягких и среднетвердых пород с преимуществом повышенной скорости проходки.

На ход сверления также влияет форма вставок сверла. Цементированные карбиды сферической формы устойчивы к растрескиванию, но не гарантируют высокую скорость проходки. Полубаллистические вставки из цементированного карбида имеют более низкую стойкость к растрескиванию по сравнению со сферическими вставками, но обеспечивают гораздо более высокую скорость проникновения. Баллистические вставки из цементированного карбида имеют более низкую устойчивость к растрескиванию, чем сферические и полубаллистические вставки, но гарантируют высокую скорость сверления. Цилиндрические вставки из цементированного карбида сильно подвержены растрескиванию, но гарантируют очень хороший ход сверления.

Буровые растворы, используемые при вращательно-ударном бурении, в основном представляют собой воздух, воду или пену. При бурении глубоких скважин их можно запускать через ППД для более эффективного выноса шлама на поверхность и снижения потерь напора.

Давление воздуха может быть увеличено бустером до 20 МПа сразу и до 170 МПа постепенно в течение нескольких циклов. Для воды с применением усилителя давления скважина может достигать глубины примерно 3500 м. Эмпирическое правило состоит в том, чтобы увеличивать давление воды на 0.1 МПа на каждые 10 м бурения и добавлять 0.7 МПа на буровое долото. С применением пены можно достичь дополнительных 30% первоначально предполагаемой глубины ствола скважины, повысить эффективность удаления шлама и пластовых флюидов, а при большом водопритоке снизить обратное давление на пневмоударник [14] .

Рекомендации

1. Министерство экономики. Энергетическая политика Польши до 2030 г. В Приложении к Постановлению № 202/2009 Совета Министров от 10 ноября 2009 г.; Совет министров: Варшава, Польша, 2009 г.; стр. 10–11.
2. Отчет Национального геологического института. Варшава, март 2012 г. Доступно в Интернете: (по состоянию на 10 мая 2021 г.). (На польском)
3. Сапинска-Слива, А.; Вишневский, Р .; Коржец, М .; Гайдош, А .; Слива, Т. Метод роторно-ударного бурения – исторический обзор и современные возможности применения. Сверло АГХ. Нефть Газ 2015, 32, 313–323.
4. Чжу, М .; Ю, Л.; Чжан, X .; Даварпанах, А. Применение метода неявного давления-явного насыщения для прогнозирования влияния насыщения фильтрованным буровым раствором на повреждение пласта углеводородных коллекторов. Математика 2020, 8, 1057.
5. Даварпанах, А .; Насабе, М.М. Оптимизация параметров бурения путем анализа прочностных свойств пласта с использованием удельной механической энергии. болг. хим. коммун. Спец. Выпуск J. 2016, 364–375.
6. Ву, К .; Е, З. Численное исследование механизма разрушения и подъема горных пород при вращательно-ударном бурении. араб. J. Sci. англ. 2019, 44, 10561–10580.
7. Лю, В .; Чжу, X .; Ли, Б. Анализ механизма разрушения горных пород при вращательно-ударной резке одиночным резцом PDC. араб. Дж. Геоски. 2018, 11, 192.
8. Донг, Г .; Чен, П. Трехмерное численное моделирование и экспериментальная проверка характеристик динамического повреждения анизотропного сланца для ударно-вращательного бурения с полномасштабным долотом PDC. Энергии 3, 2018, 11.
9. Ли, Б.; Жан, ГД; Суо, З .; Сан, М. Повышение механической скорости гидроэффлюксного молота в твердых и абразивных породах. В материалах Международной конференции по нефтяным технологиям, Пекин, Китай, 26–28 марта 2019 г.
10. Дердур, ФЗ; Кеззар, М .; Хочемане, Л. Оптимизация скорости проходки при вращательно-ударном бурении с использованием двух методов: анализа Тагучи и методологии поверхности отклика (RMS). Порошковая технология. 2018, 339, 846–853.
11. Сяо, X .; Чжу, Х .; Лю, В.; Фан, Ю.; Ван, Д.; Чен, Б. Методология 3D FEM для разрушения горных пород при вращательно-ударном бурении. В материалах Международной конференции по вычислительным и информационным наукам 2010 г., Чэнду, Китай, 17–19 декабря 2010 г.
12. Слива, Т .; Снежек П. ДОЛОТА в ТЕХНОЛОГИИ ударно-вращательного бурения (погружной пневмоударник). Сверло АГХ. Нефть Газ 2012, 29, 453–462.
13. Жуков, И.А.; Смоляницкий, Б.Н.; Тимонин В.В. Повышение эффективности погружного пневмоударника за счет оптимизации формы соударяющихся частей. Дж. Мин. науч. 2018, 54, 212–217.
14. Слива, Т .; Коржец, М .; Ящур, М.; Сапинска-Слива, А.; Гайдош, А .; Крушевский М. Возможное применение метода роторно-ударного бурения в скважинах на сланцевый газ в Подляском бассейне. Тех. Пощук. геол. 2018, 2, 197–221.
15. Бюллетень компании Вассара. Доступно в Интернете: (по состоянию на 20 июня 2020 г.).
16. Йоран, Т. Эффективное использование воды в системе бурения с гидроударником. Танн. Подгр. Космическая техника. 2004, 19, 69–78.
17. Atlas Copco в вашей стране. Доступно в Интернете: (по состоянию на 20 марта 2020 г.).

© Текст доступен на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY); могут применяться дополнительные условия. Используя этот сайт, вы соглашаетесь с Условиями использования и Политикой конфиденциальности.

Бурение скважин на воду: буровые долота в сравнении с погружными пневмоударниками

Когда дело доходит до бурения скважин на воду, что лучше: роторное или погружное бурение? Lone Star Drills стремится урегулировать спор.

Ударное движение погружного пневмоударника позволяет ему бурить горные породы, такие как известняк, песчаник и базальт.