Všeobecné informácie o vŕtaní ropných a plynových vrtov. Spôsoby vŕtania studní na výrobu uhľovodíkov (ropa a plyn) Vŕtanie a ropa

Zavgorodnij Ivan Alexandrovič

Študent 2. ročníka, strojné oddelenie, špecializácia „Vŕtanie ropných a plynových vrtov“, Astrakhan State Polytechnic College, Astrachaň

Email:

Kuznecovová Marina Ivanovna

učiteľ špeciálnych disciplín, Astrakhan State Polytechnic College, Astrachaň

Email:

Úvod. Od staroveku ľudstvo ťažilo ropu, najskôr sa používali primitívne metódy: pomocou vrtov, zber ropy z hladiny nádrží, spracovanie vápenca alebo pieskovca nasiaknutého ropou. V roku 1859 sa v americkom štáte Pensylvánia objavilo mechanické vŕtanie ropných vrtov a približne v rovnakom čase sa začalo s vŕtaním vrtov v Rusku. V rokoch 1864 a 1866 boli na Kubani vyvŕtané prvé vrty s prietokom 190 ton/deň.

Pôvodne sa ropné vrty vŕtali ručnou tyčovo-rotačnou metódou, ale čoskoro sa prešlo na vŕtanie ručnou tyčovo-perkusnou metódou. Metóda šokovej tyče sa rozšírila na ropných poliach Azerbajdžanu. Prechod od ručnej metódy k mechanickému vŕtaniu studní viedol k potrebe mechanizácie vrtných operácií, k rozvoju ktorých zásadne prispeli ruskí banskí inžinieri G.D. Romanovský a S.G. Wojslaw. V roku 1901 sa v Spojených štátoch po prvýkrát použilo rotačné vŕtanie s preplachovaním dna cirkulujúcim prúdom kvapaliny (pomocou vrtnej kvapaliny) a francúzsky inžinier vynašiel zdvíhanie vyvŕtanej horniny pomocou cirkulujúceho prúdu vody. Fauvelle v roku 1848. Od tohto momentu sa začalo obdobie vývoja a zdokonaľovania metódy rotačného vŕtania. V roku 1902 bol v Rusku vyvŕtaný rotačnou metódou v oblasti Groznyj prvý vrt s hĺbkou 345 m.

Spojené štáty dnes zaujímajú vedúce postavenie v ropnom priemysle, ročne sa vyvŕta 2 milióny vrtov, z ktorých štvrtina je produktívna, Rusko je zatiaľ iba na druhom mieste. V Rusku av zahraničí sa používajú: ručné vŕtanie (ťažba vody); mechanický; riadené vretenové vŕtanie (bezpečný systém vŕtania vyvinutý v Anglicku); výbušné technológie vŕtania; tepelný; fyzikálno-chemické, elektrické iskry a iné metódy. Okrem toho sa vyvíja mnoho nových technológií na vŕtanie studní, napríklad v USA vyvinul Colorado Mining Institute technológiu laserového vŕtania na báze horiacej horniny.

Technológia vŕtania. Najbežnejšia je metóda mechanického vŕtania, ktorá sa vykonáva metódou príklepového, rotačného a príklepovo-rotačného vŕtania. Pri metóde nárazového vŕtania dochádza k deštrukcii horniny v dôsledku nárazov nástroja na rezanie hornín na dno vrtu. Deštrukcia hornín v dôsledku rotácie nástroja na rezanie hornín (dláta, koruny) pritlačeného na dno sa nazýva metóda rotačného vŕtania.

Pri vŕtaní ropných a plynových vrtov v Rusku sa používa iba metóda rotačného vŕtania. Pri použití metódy rotačného vŕtania sa vrt vŕta rotačným vrtákom, pričom vyvŕtané horninové častice počas procesu vŕtania sú vynášané na povrch kontinuálne cirkulujúcim prúdom vrtnej kvapaliny alebo vzduchu alebo plynu vstrekovaného do vrtu. Podľa umiestnenia motora sa rotačné vŕtanie delí na rotačné vŕtanie a turbovŕtanie. Pri rotačnom vŕtaní je rotátor umiestnený na povrchu, čo spôsobuje, že sa korunka otáča dole pomocou reťazca vrtných rúrok, rýchlosť otáčania je 20-200 ot./min. Pri vŕtaní s vrtným motorom (turbo vŕtačka, skrutkovacia vŕtačka alebo elektrická vŕtačka) sa krútiaci moment prenáša z vrtného motora inštalovaného nad vrtákom.

Proces vŕtania pozostáva z nasledujúcich hlavných operácií: spúšťanie vrtných rúr s hrotom do studne na dno a zdvíhanie vrtných rúr s použitým hrotom zo studne a prevádzka korunky na dne, t. j. zničenie vrtnej horniny. Tieto operácie sa periodicky prerušujú, aby sa spustili plášťové rúry do vrtu, aby sa chránili steny pred kolapsom a oddelili sa ropné (plynové) a vodné horizonty. Zároveň sa počas procesu vŕtania vrtov vykonáva množstvo pomocných prác: odber vzoriek jadra, príprava vrtného výplachu (výplachový výplach), ťažba dreva, meranie zakrivenia, vývin vrtu s cieľom spôsobiť prílev ropy (plynu ) do studne a pod.

Na obrázku 1 je technologická schéma vrtnej súpravy.

Obrázok 1. Schéma vrtnej súpravy pre rotačné vŕtanie: 1 - posuvné lano; 2 - jazdný blok; 3 - veža; 4 - hák; 5 - vŕtacia hadica; 6 - vedúce potrubie; 7 - žľaby; 8 - bahenné čerpadlo; 9 - motor čerpadla; 10 - potrubie čerpadla; 11 - prijímacia nádrž (kapacita); 12 - vŕtací spoj; 13 - vrtná rúrka; 14 - hydraulický dolný motor; 15 - dláto; 16 - rotor; 17 - navijak; 18 - motor navijaka a rotora; 19 - otočné

Vrtná súprava je súbor strojov a mechanizmov určených na vŕtanie a zaisťovanie studní. Proces vŕtania je sprevádzaný spúšťaním a zdvíhaním vrtnej kolóny, ako aj udržiavaním jej hmotnosti. Na zníženie zaťaženia lana a zníženie výkonu motora sa používa zdvíhacie zariadenie pozostávajúce z veže, vŕtacieho ťahadla a pojazdového systému. Pojazdový systém pozostáva z pevnej časti korunového bloku inštalovaného v hornej časti vrchlíka veže a pohyblivej časti pojazdového bloku, pojazdového lana, háku a popruhov. Pojazdový systém je navrhnutý tak, aby premieňal rotačný pohyb bubna navijaka na translačný pohyb háku. Vŕtací žeriav je určený na zdvíhanie a spúšťanie vrtnej kolóny a pažnice do vrtu, ako aj na držanie vrtnej kolóny zavesenej počas vŕtania a jej rovnomerné dodávanie a umiestnenie pojazdného systému, vrtných rúr a časti zariadenia v nej. Zdvíhacie operácie sa vykonávajú pomocou vŕtacieho navijaka. Ťažné zariadenie pozostáva zo základne, na ktorej sú upevnené a navzájom spojené hriadele navijaka ozubenými kolesami, všetky hriadele sú spojené s prevodovkou a prevodovka je zase spojená s motorom.

Pozemné vrtné zariadenie zahŕňa prijímací mostík určený na položenie vrtného potrubia a presun vybavenia, nástrojov, materiálov a náhradných dielov pozdĺž neho. Systém zariadení na čistenie preplachovacieho roztoku od vyvŕtanej horniny. A množstvo pomocných štruktúr.

Vŕtacia kolóna spája vrták (nástroj na rezanie skál) s povrchovým zariadením, t. j. vrtnou súpravou. Horná rúrka vo vrtnej kolóne je štvorcová a môže byť šesťhranná alebo drážkovaná. Hnacia rúrka prechádza cez otvor v rotorovom stole. Rotor je umiestnený v strede veže. Vodiaca rúrka je na svojom hornom konci pripojená k otočnému čapu, ktorý zabezpečuje otáčanie vrtnej kolóny zavesenej na háku a privádza cez ňu preplachovaciu kvapalinu. Spodná časť obratlíka je spojená s kelly a môže sa otáčať s vŕtacou šnúrou. Horná časť otáčania je vždy nehybná.

Uvažujme o technológii procesu vŕtania (obrázok 1). Ohybná hadica 5 je pripojená k otvoru stacionárnej časti obratlíka 19, cez ktorý sa premývacia kvapalina čerpá do studne pomocou vrtných čerpadiel 8. Premývacia kvapalina prechádza po celej dĺžke vrtnej kolóny 13 a vstupuje do hydrauliky dolný motor 14, ktorý spôsobí otáčanie hriadeľa motora a potom kvapalina vstupuje do korunky 15. Kvapalina vychádzajúca z otvorov korunky omýva dno, zachytáva častice vyvŕtanej horniny a spolu s nimi stúpa nahor nahor cez prstencový priestor medzi stenami studne a vrtnými rúrkami a je odoslaný do vstupu čerpadla. Na povrchu sa vrtná kvapalina očistí od vyvŕtanej horniny pomocou špeciálneho zariadenia, po ktorej sa opäť privedie do vrtu.

Technologický postup vŕtania do značnej miery závisí od vrtnej kvapaliny, ktorá sa v závislosti od geologických vlastností poľa pripravuje na vodnej báze, na ropnej báze, s použitím plynného činidla alebo vzduchu.

Záver. Z uvedeného je zrejmé, že technológie správania sa procesov vŕtania sú rôzne, ale treba zvoliť tú vhodnú pre dané podmienky (hĺbka vrtu, hornina, ktorá ho tvorí, tlak a pod.) na základe geologických a klimatické podmienky. Pretože ďalšie prevádzkové charakteristiky vrtu, a to jeho prietok a výdatnosť, závisia od kvalitného otvorenia produkčného horizontu v teréne.

Bibliografia:

1. Vadetsky Yu.V. Vŕtanie ropných a plynových vrtov: učebnica pre začiatočníkov. Prednášal prof. vzdelanie. M.: Edičné stredisko "Akadémia", 2003. - 352 s. ISBN # 5-7695-1119-2.

2. Vadetsky Yu.V. Driller's Handbook: učebnica. návod pre začiatočníkov Prednášal prof. vzdelanie. M.: Edičné stredisko "Akadémia", 2008. - 416 s. ISBN # 978-5-7695-2836-1.

Vŕtanie je vplyv špeciálneho vybavenia na vrstvy pôdy, v dôsledku čoho sa v zemi vytvorí studňa, cez ktorú sa budú ťažiť cenné zdroje. Proces vŕtania ropných vrtov sa vykonáva v rôznych smeroch práce, ktoré závisia od umiestnenia pôdy alebo skalnej formácie: môže byť horizontálna, vertikálna alebo naklonená.

V dôsledku práce sa v zemi vytvorí valcová dutina vo forme rovného kmeňa alebo studne. Jeho priemer sa môže líšiť v závislosti od účelu, ale vždy je menší ako parameter dĺžky. Začiatok studne sa nachádza na povrchu pôdy. Steny sa nazývajú kmeň a dno studne sa nazýva dno.

Kľúčové míľníky

Ak je možné použiť stredné a ľahké vybavenie pre vodné vrty, potom na vŕtanie ropného vrtu možno použiť iba ťažké vybavenie. Proces vŕtania je možné vykonať iba pomocou špeciálneho zariadenia.

Samotný proces je rozdelený do nasledujúcich etáp:

• Dodávka zariadenia na miesto, kde sa budú práce vykonávať.
• Vlastné vŕtanie bane. Proces zahŕňa niekoľko prác, jednou z nich je prehĺbenie šachty, ku ktorému dochádza pravidelným premývaním a ďalším ničením horniny.
• Aby sa zabránilo zničeniu vrtu a jeho upchatiu, vrstvy hornín sú spevnené. Za týmto účelom je do priestoru položený špeciálny stĺpec prepojených rúrok. Priestor medzi potrubím a skalou je upevnený cementovou maltou: táto práca sa nazýva upchávanie.
• Posledná práca je majstrovstvo. Otvorí sa tam posledná vrstva horniny, vytvorí sa zóna dna, baňa sa prederaví a tekutina sa vypustí.

Príprava miesta

Na organizáciu procesu vŕtania ropného vrtu bude potrebné vykonať aj prípravnú fázu. Ak sa zástavba vykonáva v lesnom území, je potrebné okrem vyhotovenia základnej dokumentácie získať súhlas na práce od lesného podniku. Príprava samotnej stránky zahŕňa nasledujúce kroky:

1. Výrub stromov na mieste.
2. Rozdelenie zóny na samostatné časti pozemku.
3. Vypracovanie plánu práce.
4. Vytvorenie osady na ubytovanie pracovnej sily.
5. Príprava základu pre vŕtaciu stanicu.
6. Vykonávanie značiek na pracovisku.
7. Vytvorenie základov pre inštaláciu nádrží v sklade s horľavými materiálmi.
8. Usporiadanie skladov, dodávka a odladenie zariadení.

Potom je potrebné začať s prípravou zariadenia priamo na vŕtanie ropných vrtov. Táto fáza zahŕňa nasledujúce procesy:

• Inštalácia a testovanie zariadení.
• Elektroinštalácia pre napájanie.
• Inštalácia podstavcov a pomocných prvkov pre vežu.
• Inštalácia veže a jej zdvihnutie do požadovanej výšky.
• Ladenie všetkých zariadení.

Keď je zariadenie na vŕtanie ropných vrtov pripravené na prevádzku, je potrebné získať záver od špeciálnej komisie, že zariadenie je v dobrom stave a pripravené na prácu a personál má dostatočné znalosti o bezpečnostných pravidlách pre tento druh výroby. Pri kontrole sa objasňuje, či osvetľovacie zariadenia majú správny dizajn (musia mať puzdro odolné voči výbuchu) a či je pozdĺž hĺbky šachty inštalované osvetlenie s napätím 12V. Poznámky týkajúce sa výkonu a bezpečnosti je potrebné vziať do úvahy vopred.

Pred začatím prác na vŕtaní studne je potrebné osadiť jamu, priviesť rúry na spevnenie vrtnej šachty, vrták, malé špeciálne vybavenie na pomocné práce, pažnicové rúry, prístroje na meranie pri vŕtaní, zabezpečiť prívod vody a vyriešiť iné problémy.

Súčasťou vrtného areálu sú ubytovacie zariadenia pre robotníkov, technické priestory, budova laboratória na analýzu vzoriek pôdy a získaných výsledkov, sklady zariadení a drobného pracovného náradia, ako aj zdravotnícke a bezpečnostné vybavenie.

Vlastnosti vŕtania ropného vrtu

Po inštalácii sa začnú procesy opätovného vybavenia jazdného systému: počas tejto práce sa nainštaluje zariadenie a testujú sa malé mechanické prostriedky. Inštalácia stožiara otvára proces vŕtania do pôdy; smer by sa nemal odchyľovať od axiálneho stredu veže.

Po dokončení zarovnania sa vytvorí studňa podľa smeru: tento proces znamená inštaláciu potrubia na spevnenie kmeňa a naplnenie počiatočnej časti cementom. Po nastavení smeru sa opäť upraví súososť medzi samotnou vežou a osami rotorov.

Vŕtanie jamy sa vykonáva v strede kmeňa a počas práce sa plášť vykonáva pomocou rúrok. Pri vŕtaní otvoru sa používa turbovŕtačka, na nastavenie rýchlosti otáčania je potrebné ju držať pomocou lana, ktoré je upevnené na samotnej veži a fyzicky držané druhou časťou.

Pár dní pred spustením vrtnej súpravy, keď prebehla prípravná fáza, sa koná konferencia za účasti členov administratívy: technológov, geológov, inžinierov, vrtákov. Na konferencii sa diskutuje o týchto otázkach:

• Rozloženie vrstiev v ropnom poli: vrstva ílu, vrstva pieskovca s nosičmi vody, vrstva ropných ložísk.
• Dizajnové prvky studne.
• Zloženie hornín v mieste výskumu a vývoja.
• Zohľadnenie možných ťažkostí a komplikujúcich faktorov, ktoré môžu vzniknúť pri vŕtaní ropného vrtu v konkrétnom prípade.
• Preskúmanie a analýza štandardnej mapy.
• Zváženie problémov súvisiacich s bezproblémovou elektroinštaláciou.

Dokumenty a vybavenie: základné požiadavky

Proces vŕtania ropného vrtu môže začať až po dokončení niekoľkých dokumentov. Patria sem nasledujúce položky:

• Povolenie na začatie prevádzky miesta vŕtania.
• Mapa noriem.
• Časopis o vrtných kvapalinách.
• Vestník o zaistení bezpečnosti práce pri práci.
• Účtovanie fungovania dieselových motorov.
• Denník posunu.

K hlavným mechanickým zariadeniam a spotrebným materiálom, ktoré sa používajú v procese vŕtania studne, Patria sem nasledujúce typy:

• Zariadenie na tmelenie, samotná cementová malta.
• Bezpečnostné vybavenie.
• Logovacie mechanizmy.
• Procesná voda.
• Činidlá na rôzne účely.
• Voda na pitie.
• Rúry na pažnicu a skutočné vŕtanie.
• Podložka pre vrtuľníky.

No typy

V procese vŕtania ropného vrtu sa v hornine vytvorí šachta, ktorá sa kontroluje na prítomnosť ropy alebo plynu perforáciou šachty, čo stimuluje prílev požadovanej látky z produkčnej oblasti. Potom sa vrtné zariadenie demontuje, studňa sa zapečatí s uvedením dátumu začiatku a konca vŕtania a potom sa odstráni odpad a kovové časti sa zlikvidujú.

Na začiatku procesu je priemer kmeňa až 90 cm a na konci zriedka dosahuje 16,5 cm. Počas práce sa výstavba studne vykonáva v niekoľkých etapách:

1. Prehĺbenie dna studne, na ktoré sa používa vŕtacie zariadenie: drví horninu.
2. Odstraňovanie trosiek z bane.
3. Zabezpečte kmeň rúrkami a cementom.
4. Práca, počas ktorej sa skúma výsledná chyba a identifikujú sa produktívne miesta ropy.
5. Zostup hĺbky a jej stmelenie.

Studne sa môžu líšiť v hĺbke a sú rozdelené do nasledujúcich typov:

• Malý (do 1500 metrov).
• Stredné (do 4500 metrov).
• Hlboké (až 6000 metrov).
• Ultra hlboké (viac ako 6000 metrov).

Vŕtanie studne zahŕňa rozdrvenie pevného skalného útvaru dlátom. Výsledné časti sa odstránia umývaním špeciálnym roztokom; Hĺbka míny sa zväčší, keď je zničená celá plocha čela.

Problémy pri ťažbe ropy

Pri vŕtaní studní sa môžete stretnúť s množstvom technických problémov, ktoré spomalia alebo takmer znemožnia prácu. Patria sem nasledujúce javy:

• Zničenie kmeňa, kolapsy.
• Vypúšťanie kvapaliny do pôdy na splachovanie (odstraňovanie častí horniny).
• Núdzové stavy zariadení alebo mín.
• Chyby pri vŕtaní hlavne.

Najčastejšie dochádza k zrúteniu stien v dôsledku skutočnosti, že hornina má nestabilnú štruktúru. Znakom kolapsu je zvýšený tlak, väčšia viskozita kvapaliny použitej na splachovanie, ako aj zvýšený počet kusov skál, ktoré sa dostanú na povrch.

K absorpcii kvapaliny najčastejšie dochádza, keď základná formácia úplne absorbuje roztok. K tomuto javu prispieva jeho porézny systém či vysoký stupeň nasiakavosti.

Počas procesu vŕtania studne projektil, ktorý sa pohybuje v smere hodinových ručičiek, dosiahne dno a stúpa späť. Vŕtanie studne zasahuje až do skalných útvarov, do ktorých dochádza k zárezom až do hĺbky 1,5 metra. Aby sa zabránilo vymytiu studne, je na začiatku ponorené potrubie, ktoré slúži aj ako prostriedok na vynášanie preplachovacieho roztoku priamo do výkopu.

Vrták, ako aj vreteno, sa môžu otáčať rôznymi rýchlosťami a frekvenciami; tento ukazovateľ závisí od toho, aké typy hornín je potrebné raziť a aký priemer koruny sa vytvorí. Otáčky sú riadené regulátorom, ktorý reguluje úroveň zaťaženia vrtáka používaného na vŕtanie. Pri práci vzniká potrebný tlak, ktorý je vyvíjaný na steny čela a rezáky samotnej strely.

Dizajn vŕtania studní

Pred začatím procesu vytvárania ropného vrtu sa vypracuje projekt vo forme výkresu, ktorý načrtáva tieto aspekty:

• Vlastnosti objavených hornín (odolnosť proti deštrukcii, tvrdosť, stupeň obsahu vody).
• Hĺbka studne, jej uhol sklonu.
• Priemer drieku na konci: je dôležitý na určenie toho, do akej miery je ovplyvnený tvrdosťou horniny.
• Metóda vŕtania studne.

Navrhovanie ropného vrtu musí začať určením hĺbky, konečného priemeru samotného hriadeľa, ako aj úrovne vŕtania a konštrukčných prvkov. Geologická analýza nám umožňuje vyriešiť tieto problémy bez ohľadu na typ studne.

Metódy vŕtania

Proces vytvárania studne na ťažbu ropy možno vykonať niekoľkými spôsobmi:

• Metóda šokového lana.
• Práca pomocou rotačných mechanizmov.
• Vŕtanie studne pomocou vrtného motora.
• Vŕtanie turbínového typu.
• Vŕtanie studne pomocou skrutkového motora.
• Vŕtanie studne pomocou elektrickej vŕtačky.

Prvá metóda je jednou z najznámejších a osvedčených metód a v tomto prípade sa hriadeľ preráža údermi dláta, ktoré sa vykonávajú v určitých intervaloch. Údery sú vykonávané vplyvom hmotnosti dláta a zaťaženej tyče. K zdvíhaniu zariadenia dochádza v dôsledku vyvažovača vŕtacieho zariadenia.

Práca s rotačným zariadením je založená na otáčaní mechanizmu pomocou rotora, ktorý je umiestnený pri ústí vrtu cez vrtné rúry, ktoré plnia funkciu hriadeľa. Vŕtanie malých vrtov sa vykonáva za účasti vretenového motora v procese. Rotačný pohon je spojený s kardanom a navijakom: toto zariadenie umožňuje ovládať rýchlosť otáčania hriadeľov.

Vŕtanie s turbínou sa vykonáva prenosom točivého momentu na stĺp z motora. Rovnaká metóda vám umožňuje prenášať hydraulickú energiu. Pri tejto metóde funguje iba jeden kanál na dodávanie energie na úrovni pred tvárou.

Turbovŕtačka je špeciálny mechanizmus, ktorý premieňa hydraulickú energiu v tlaku roztoku na mechanickú energiu, ktorá zabezpečuje rotáciu.

Proces vŕtania ropného vrtu pozostáva zo spúšťania a zdvíhania stĺpa do hriadeľa, ako aj jeho zavesenia. Stĺpec je prefabrikovaná konštrukcia vyrobená z rúr, ktoré sú navzájom spojené pomocou špeciálnych zámkov. Hlavnou úlohou je prenášať rôzne druhy energie na bit. Týmto spôsobom sa vykonáva pohyb, ktorý vedie k prehĺbeniu a rozvoju studne.

Vŕtanie ropných alebo plynových vrtov je zložitý a v niektorých prípadoch nebezpečný proces. Vŕtanie ropných alebo plynových vrtov je možné úspešne vykonávať iba vtedy, ak sa prísne dodržiavajú určité pravidlá a predpisy. Vŕtanie studní sa používa na rôzne účely, medzi ktoré patrí: štúdium štruktúry zemskej kôry, hľadanie a skúmanie ropy, plynu, vody a pevných nerastov, ako aj pri stavbe ciest na štúdium pôdy atď. V tomto prípade, keď pri hľadaní ropy a zemného plynu sa vykonáva hĺbkové vŕtanie, čo je zložitý proces a spravidla aj pracovne náročný pre ľudí, ktorí vŕtajú. Vyžaduje si to veľké materiálne a technické zdroje vrátane špeciálnych nástrojov, materiálov, zariadení a inštalácií.

Na viacerých miestach našej krajiny sa ťažba ropy a plynu vykonáva v náročných geologických a klimatických podmienkach s dosahovaním produktívnych horizontov v hĺbke pod 3 km, často 4-5 km.

Ako už bolo uvedené, vŕtanie vo veľkých hĺbkach, a to aj pod soľnými vrstvami, ako aj v ťažko dostupných oblastiach tundry s permafrostom a tajgou, si samozrejme vyžaduje, aby vŕtačky v moderných podmienkach vykonávali všetky druhy prác súvisiacich s vŕtanie hlbokých vrtov na ropu a plyn s osobitnou zodpovednosťou a vysokou kvalifikáciou. V opačnom prípade sú pri vŕtaní studní možné rôzne komplikácie, ktoré môžu mať škodlivý vplyv na ľudí a životné prostredie. Preto je starostlivý a zodpovedný prístup k svojim povinnostiam pre každého člena vrtnej posádky hlavnou zásadou bezproblémovej práce vŕtačov v procese vŕtania hlbokých vrtov na ropu a plyn.

Množstvo vrtných posádok v posledných rokoch, keď sa začal rozvoj neobývaných a ťažko dostupných oblastí vrátane západnej Sibíri, využíva rotačnú metódu, t.j. vrtné tímy chodia na krátky čas na miesto vŕtania studní, žijú v táborových podmienkach. A potom sa vrátia do svojich stacionárnych vrtných organizácií.

Vŕtanie hlbokých vrtov sa vykonáva mechanickým zničením hornín pomocou špeciálnych motorov. Existujú dva typy mechanického vŕtania: príklepové a rotačné. Príklepové vŕtanie, nazývané aj vŕtanie s príklepovým lanom, je nasledovné. Trochu visíme na lane, ktoré sa pravidelne spúšťa na steny a ničí skalu. Lano sa nachádza na bubne vrtnej súpravy a dá sa spustiť a zdvihnúť pomocou rôznych zariadení.

Zničená hornina na čele, nazývaná odrezky, sa pravidelne odstraňuje. Za týmto účelom zdvihnite vŕtací nástroj a spustite bailer (vedro s ventilom na dne). Pri ponorení vyklápača sa ventil otvorí a naplní sa zmesou formácie alebo pridanej kvapaliny a vyvŕtanej horniny. Keď sa vyklápač zdvihne, ventil sa zatvorí. Následkom opakovaného spúšťania a zdvíhania vyklápača sa dno vrtu vyčistí a vŕtanie vrtu opäť pokračuje.

Pri metóde nárazového vŕtania sa spravidla nepoužíva žiadna vrtná kvapalina. Ale v záujme zachovania vyvŕtanej šachty som studňu opláštila, to znamená, že spustím puzdro pozostávajúce z kovových rúrok spojených závitmi alebo zváraním. Keď sa vrt prehlbuje, puzdro sa posúva ku dnu a predlžuje sa predĺžením ďalšej rúry. Ak nie je možné skriňu posunúť nadol, dovnútra sa spustí druhé puzdro s menším priemerom. Za týmto účelom sa studňa prehĺbi dlátom a stĺp sa predĺži. Nasledujúce stĺpy menšieho priemeru je možné spúšťať až do dosiahnutia konštrukčnej hĺbky.

Účinnosť metódy príklepového vŕtania závisí od výberu korunky na vŕtanie konkrétnej horniny, hmotnosti vŕtacieho nástroja, počtu nárazov korunky na dno a ďalších dôvodov.

Metóda nárazového vŕtania využíva stroje s nízkou hmotnosťou (do 20 ton), čo uľahčuje ich prepravu na vŕtanie plytkých studní ďaleko od obývaných oblastí.

Ale pri vŕtaní ropných a plynových vrtov sa perkusná metóda nepoužíva. Vŕtanie ropy a plynu sa vykonáva metódou rotačného vŕtania.

Rotačné vŕtanie sa vykonáva v dôsledku súčasného vplyvu zaťaženia a krútiaceho momentu na korunku. Táto metóda vŕtania sa vykonáva pomocou rotora alebo vrtných motorov: turbodrill alebo elektrickej vŕtačky.

Počas rotačného vŕtania sa sila z motora prenáša na rotor - rotačný mechanizmus inštalovaný nad ústím vrtu v strede veže. Rotor otáča vrtnú kolónu rúr s korunkou.

Pri vŕtaní s vrtným motorom sa korunka priskrutkuje k hriadeľu a vrtná kolóna sa priskrutkuje k krytu motora. Keď motor beží, jeho hriadeľ a korunka sa otáčajú, ale vrtná kolóna sa neotáča. V dôsledku toho sa pri rotačnom vŕtaní korunka prehlbuje do horniny, zatiaľ čo sa vrtná kolóna pohybuje pozdĺž osi vrtu, a pri vŕtaní pomocou vrtného motora sa vrtná kolóna neotáča.

Pri metóde rotačného vŕtania sa studňa preplachuje vodou alebo ílovým roztokom počas celej doby prevádzky korunky na dne. Preplachovacia kvapalina sa vstrekuje do vrtu a vynáša vyvŕtanú horninu na povrch, do špeciálnych nádob (žľabov), potom sa čistí čistiacimi mechanizmami a opäť vstupuje do prijímacích nádrží vrtných čerpadiel a čerpá sa do vrtu.

Vŕtacie rúrky sa zdvihnú, aby sa vymenili opotrebované vrtáky, odskrutkujú sa na časti nazývané sviečky. Sviečky sú umiestnené aj na lampáši veže na svietniku. Potom sa vrtná kolóna spustí do studne v opačnom poradí.

Medzi vrtné motory patria: turbovŕtačka a elektrická vŕtačka. K rotácii hriadeľa turbovrtáka dochádza v dôsledku premeny hydraulickej energie prúdenia výplachovej kvapaliny pozdĺž vrtnej kolóny vstupujúcej do turbovrtáka na mechanickú energiu turbovrtáka, s ktorým je korunka pevne spojená.

Pri vŕtaní s elektrickou vŕtačkou sa jej motora privádza energia cez kábel, ktorého časti sú vo vnútri vŕtacej kolóny sústredne vystužené.

Rôzne metódy rotačného vŕtania majú špecifické vlastnosti režimu vŕtania. Režim vŕtania je charakterizovaný komplexom zákazníkov vŕtania vrátane: rýchlosti prieniku, zaťaženia dna, frekvencie otáčania bitov, spotreby výplachovej kvapaliny atď.

Optimálnym režimom vŕtania sa rozumie kombinácia parametrov vŕtania, pri ktorej sa dosiahne najväčší efekt, t.j. pri relatívne nízkych nákladoch na materiál a peniaze sa dosahujú vysoké rýchlosti vŕtania a skutočný vrt sa blíži projektovému.

Pre každý kameň si môžete zvoliť optimálne parametre vŕtania: zaťaženie vrtáka, rýchlosť otáčania vrtáka a prietok preplachovacej kvapaliny.

V prípade vŕtania rotorom nie je vzťah medzi parametrami režimu vŕtania, preto volím optimálny režim! pre každý parameter a samostatne. Zároveň sa v závislosti od geológie úseku, berúc do úvahy tvrdosť hornín, volí zaťaženie vrtáka a jeho frekvencia otáčania a prietok preplachovacej kvapaliny sa nastavuje v závislosti od stupňa čistenia. dna studne.

Na rozdiel od rotačného vŕtania, pri vŕtaní turbovrtákom existuje súvislosť medzi parametrami režimu vŕtania. Napríklad so zvýšením prietoku preplachovacej kvapaliny pri rovnakom zaťažení dna sa zvyšuje aj rýchlosť otáčania turbodrillu. A v závislosti od tvrdosti hornín sa mení zaťaženie a podľa toho sa mení aj rýchlosť otáčania vrtáka, čo vedie k optimálnemu výkonu pri vŕtaní studní. Pri vŕtaní elektrickou vŕtačkou na rozdiel od turbínového vŕtania nevzniká spojenie medzi parametrami režimu vŕtania, avšak rýchlosť otáčania korunky je vysoká, čo zaisťuje optimálny režim vŕtania.

Vo väčšine prípadov sú pod projektom vyvŕtané vertikálne studne, ktorých kmeň je blízko vertikálnej. Vertikálne studne zahŕňajú tie, v ktorých uhol medzi osou studne a vertikálou (zenitový uhol) pozdĺž celého hriadeľa má odchýlku nie väčšiu ako 2° Ak je odchýlka väčšia ako 2°, jamky sa považujú za zakrivené.

Dôvody zakrivenia vrtov môžu byť rôzne a závisia tak od prirodzených geologických podmienok vŕtania vrtov, ako aj od výsledkov činnosti vŕtačov a iných služieb spojených s vŕtaním ropných a plynových vrtov. Geologické dôvody zakrivenia studní zahŕňajú: naklonené vrstvy, tektonické poruchy, prítomnosť kaperín, medzivrstvy hornín rôznej tvrdosti, ako aj pevné inklúzie, ako sú balvany atď. Technické dôvody zahŕňajú: zakrivenie vrtných rúr, deformácia závitov prípojky a pod.. Technologické dôvody zahŕňajú: nesprávny výber konštrukcie studne, nesprávny pomer priemerov vrtných rúr a studní, použitie nepriaznivých podmienok vŕtania atď.

Výrazná odchýlka od projektovaného vrtu vedie k veľkým komplikáciám pri vŕtaní vrátane nehôd.

V dôsledku mimovoľného zakrivenia vrtu sa môžu vyskytnúť tieto ťažkosti: komplikácie pri vypínaní, intenzívnejšie opotrebovanie vrtných rúr a spojok, pády skál, obrusovanie pažnicových rúr, ťažkosti pri ich spúšťaní do vrtu, zvýšené riziko vzniku rúr kolaps, komplikácie pri cementovaní a pod.

Zalomené studne sú pri následnej prevádzke nespoľahlivé a rýchlo zlyhávajú v dôsledku predčasného opotrebovania hĺbkového čerpacieho zariadenia, sacích tyčí a výrobného plášťa.

V mnohých prípadoch sa však vykonáva špeciálne naklonené a horizontálne vŕtanie studní, a to aj pod morským dnom, pod roklinami, horami, v oblastiach obsadených prírodnými rezerváciami, pod priemyselnými zariadeniami a obytnými sídlami, pri hasení horiacich fontán a odstraňovaní otvorených emisie ropy a plynu atď.

V tomto prípade sa používajú špeciálne biče, ktoré sa inštalujú medzi turbodrill a vŕtaciu kolónu.

Na vŕtanie ropných a plynových vrtov sa používajú bity, ktoré sú vrtnými nástrojmi na mechanické ničenie hornín. Zvyčajne sa na vŕtanie hornín strednej tvrdosti, tvrdých, tvrdých a veľmi tvrdých hornín používajú drviace a strihacie vrtáky, takzvané valčekové vrtáky.

V niektorých prípadoch sa používajú aj rezné a brúsne bity s diamantovými a karbidovými doštičkami. Používajú sa pri razení úsekov, kde dochádza k striedaniu hornín rôznej tvrdosti, vrátane kombinácie vysokoplastických a stredne tvrdých hornín.

Okamih spúšťania vrtáka do studne, pri ktorom vŕtači používajú špeciálne stabilizátory, aby zabezpečili presné spustenie vrtáka do stredu dna.

Vrtáky je možné použiť na kontinuálne vŕtanie, kedy sa hornina deštruuje po celom čelbe, alebo na obvodové vŕtanie, kedy sa hornina deštruuje pozdĺž prstenca čelby. V druhom prípade sa bity nazývajú jadrové bity a používajú sa na odoberanie jadra z vrtu. V tomto prípade sa používajú vŕtacie hlavy: valčekové kužeľové, diamantové a karbidové. Kordová korunka sa skladá z vŕtacej hlavy, základného náteru, tela súpravy jadier a guľového ventilu. Pomocou nosiča pôdy, ktorý má zachytávače jadier a držiaky jadier a široký ventil v hornej časti, sa jadro vyberie a uloží, kým sa nevyzdvihne na povrch.

Vrtná kolóna je určená na vykonávanie procesu vŕtania studne. Spája vrták alebo vrtný motor s povrchovým zariadením. Vŕtacia kolóna pozostáva zo série vrtných rúrok. V hornej časti je vedúca štvorhranná rúra spojená s obratlíkom. Vŕtacie rúry sú zoskrutkované pomocou vŕtacích spojov a spojok. Úlohou vŕtacej kolóny je prenášať rotáciu na korunku, vytvárať zaťaženie korunky, zdvíhať a spúšťať korunky, vykonávať rôzne pomocné práce počas procesu vŕtania studne a testovania formácií.

Na otáčanie vrtáka na dne vrtu sa používajú vyššie uvedené mechanizmy: rotory, turbodrily a elektrické vŕtačky.

Rotory zabezpečujú rotačný pohyb vrtnej kolóny a korunky a tiež podporujú hmotnosť ťažkej vŕtacej kolóny. Rotor inštalovaný na ústí vrtu pozostáva z rámu, v ktorého vnútornej časti je inštalovaný otočný stôl. V strede stola je otvor (prechod) na spúšťanie bitov a vŕtanie rúrok. Priemer otvoru rotorového stola sa pohybuje od 400 do 700 mm, ktorý je určený maximálnym priemerom vrtáka, ktorý ním prechádza. Do stredového otvoru sa vkladajú vložky a svorky, ktoré zaisťujú zavesenie hnacieho potrubia štvorcového prierezu. Následná vrtná rúra je pripevnená k vedúcej rúre a potom ďalšie.

Turbodrills, ako vrtné motory, premieňajú hydraulickú energiu na mechanickú energiu, ktorá zabezpečuje rotáciu hriadeľa turbodrill a korunky. Turbodrill sa skladá z dvoch hlavných prvkov turbíny: statora, pevne pripevneného k skrini, a rotora, upevneného na hriadeli turbodrillu. Vďaka mnohým stupňom (až 350) hydraulický tok, prúdiaci z jedného stupňa na druhý, vytvára silnú mechanickú energiu, ktorá poháňa vrták. Čím viac stupňov v turbodrille, tým väčší výkon a krútiaci moment a tým efektívnejšia prevádzka turbodrillu.

Elektrické vŕtačky premieňajú elektrickú energiu dodávanú z povrchu na mechanickú energiu, ktorá otáča vrták v spodnej časti. Elektrické vŕtačky, pozostávajúce z dvoch hlavných častí - elektromotora a vretena naplneného olejom, so skrutkovacím vrtákom, sa spúšťajú do studne na vrtnej kolóne. Napájanie z výkonového transformátora sa dodáva cez vonkajší kábel a vnútorný kábel, z ktorých druhý je zapustený do vŕtacej kolóny. V tomto prípade premývacia kvapalina, ktorá prešla systémom pomocných a dubrikátorov, vstupuje do dutého hriadeľa elektromotora a potom do vrtáka. A potom, ako pri rotačnom a turbínovom vŕtaní, vrtná kvapalina strháva úlomky vyvŕtanej horniny a dvíha ich cez medzikruží na povrch.

Vŕtacie súpravy sa líšia svojimi charakteristikami v závislosti od hĺbky vŕtaných vrtov. Zaťaženie háku vrtnej súpravy musí zodpovedať hmotnosti vrtnej kolóny a hmotnosť vrtnej kolóny musí byť väčšia ako hmotnosť plášťa.

V tomto ohľade sa vrtné súpravy líšia parametrami (maximálne prípustné zaťaženie háku), ktoré závisia od priemeru studne a vrtných rúr, ako aj od ich hmotnosti.

Vrtné súpravy sa líšia charakteristikami vrtných a energetických zariadení.

Celkový pohľad na vrtnú súpravu na vŕtanie ropných a plynových vrtov.

Vrtná súprava obsahuje množstvo mechanizmov, ktoré sú namontované na spoločnej základni, čo umožňuje prepravu súpravy z jednej studne do druhej v zmontovanej forme. Typická inštalácia pre rotačné vŕtanie zahŕňa: vežu, žeriavový blok, pojazdný blok, hák, otočný hriadeľ, navijak, dieselové motory, prevodovku, vŕtacie čerpadlo, čerpacie nádrže, pneumatické ovládanie a rotor. Inštalácia má kovový rám, ktorý je pokrytý štítmi a doskami alebo pogumovanou tkaninou na ochranu mechanizmov a ľudí pred zrážkami a vetrom.

Inštalačná súprava navyše obsahuje cirkulačný systém, ktorý pozostáva z vibrujúceho síha, žľabov, zberných nádob na splachovaciu kvapalinu a výtlačného potrubia.

Na vŕtanie na mori sa používajú zložitejšie vrtné zariadenia a súpravy. Ako už bolo uvedené, vŕtanie na mori sa vykonáva buď z pevných plošín, alebo z plávajúcich plošín a špeciálnych plavidiel.

Stacionárne plošiny zároveň vyžadujú konštrukciu kovovej základne, pevne pripevnenej k morskému dnu. Na tento účel sa používajú nosné bloky, inštalované špeciálnymi bezpečnostnými jednotkami, ktoré sú spoľahlivo tmelené.

Vŕtacie základne sú prepojené stojanmi a všetky vrtné miestnosti sú umiestnené v priestoroch pri stojane veľmi kompaktne a sú zakryté kvôli ochrane zariadenia a pracovníkov vŕtacej čaty. Stavebné práce na mori pri výstavbe základov a inštalácii vrtného zariadenia sú veľmi náročné na prácu a vykonávajú ich špeciálne organizácie.

Najmodernejšie vrtné súpravy majú ovládací panel pre proces vŕtania studní, kde sa ovládanie vykonáva pomocou tlačidiel namontovaných na kompaktnej membránovej klávesnici. Napríklad konzola vŕtačky pre pohon Power Drill 2000, dodávaná americkou spoločnosťou General Electric Drive System, je vyrobená v štýle moderného priemyselného dizajnu a má uzavreté klávesy, ktoré boli špeciálne navrhnuté tak, aby ich mohol presne používať vŕtač. v hustých pracovných podmienkach.palčiaky.

Fluorescenčné digitálne displeje – tri programovateľné a jeden diagnostický – poskytujú vŕtačke informácie o stave a prevádzkových parametroch súpravy. Automatická diagnostika a priama komunikácia s pohonom Power Drill 2000 robí z konzoly jedinečný nástroj pre vŕtačku. Vždy, keď sa vŕtač pokúsi nastaviť neoprávnenú funkciu, konzola ho informuje o chybe. Najprv sa identifikuje chyba, ktorá s najväčšou pravdepodobnosťou spôsobí, že zariadenie prestane fungovať.

To poskytne vŕtačovi okamžitú spätnú väzbu, čo mu umožní opraviť chybu a rýchlejšie obnoviť normálnu prevádzku. Operátor môže prepínať diagnostické zobrazenia, aby získal viac informácií o zistených poruchách. Stav systému sa neustále zobrazuje jednoduchými, úplnými slovami na ľahko čitateľnom špecializovanom klávesnicovom programovacom zariadení namontovanom priamo na jednotke. Diagnostické signály sú dodávané do klávesnice pomocou ľahko čitateľného textu, čo umožňuje personálu zariadenia s minimálnymi elektrickými znalosťami identifikovať akúkoľvek úroveň poruchy v priebehu niekoľkých minút.

Okrem vrtnej súpravy s rotorom, turbovŕtačkou alebo elektrickou vŕtačkou a súpravou bitov sú na mieste vŕtania k dispozícii nasledujúce zariadenia a materiály:

• 1) vŕtacie tyče a rúrky;
• 2) plášťové rúry;
• 3) čerpadlá na vstrekovanie kvapalín a kompresory na vstrekovanie plynu alebo vzduchu;
• 4) hlina a rôzne chemikálie;
• 5) nádoby na ílový roztok a iné splachovacie kvapaliny;
• 6) cementovacie jednotky a cement;
• 7) perforátory a skúšačky formácií a iné vybavenie.

Pred vŕtaním vrtu vypracuje geologická služba spolu s vrtnými a projekčnými organizáciami geologicko-technický pracovný poriadok (GTN), ktorý obsahuje geologické a technické časti. Vrtáky začnú vŕtať studňu po schválení a podpísaní plynového čerpadla vedúcimi organizácií vykonávajúcich prácu. Geologická časť GTN poskytuje predpokladaný úsek sedimentov v mieste vŕtania vrtu. Uvádza sa hĺbka expozície rôznych stratigrafických členení rezu, návrhový rez sedimentov (litologický stĺp) označujúci pevnosť hornín,

sú uvedené potrebné intervaly pre odber vzoriek jadra a testovanie útvarov v otvorenej diere a sú uvedené možné komplikácie pri vŕtaní proti určitým intervalom úseku a je uvedený súbor potrebných výrobných a geofyzikálnych prác.

V technickej časti je navrhnutý najoptimálnejší návrh vrtu, sú uvedené: podmienky na testovanie kolón, zásoby roztoku a chemikálií, metódy vŕtania, typ motora vrtu, typ, veľkosť, počet bitov, režim vŕtania vrtu (axiálny zaťaženie, otáčky rotora, posuv čerpadla, odoberanie, počet čerpadiel), typ vrtnej kvapaliny pre intervaly vŕtania sekcie, parametre výplachovej kvapaliny, chemické ošetrenie roztoku, rýchlosť zdvihu nástroja, usporiadanie vrtnej kolóny, parametre vrtnej súpravy, atď.

Návrh studne je systém rúr rôznych priemerov a hĺbok zostupu do studne, čo zabezpečuje jej pevné pripevnenie k stenám šachty a priľahlým skalám. Zvyčajne sa na zakrytie hornej časti zárezu, zloženej z voľných hornín, vybuduje jama hlboká 4-8 m a do nej sa spustí rúra veľkého priemeru s oknom na vrchu. Priestor medzi rúrou a stenou vrtu je vyplnený sutinovým kameňom a cementovou maltou, čo umožňuje spoľahlivé spevnenie ústia vrtu. Potom sa k oknu v potrubí privarí kovová priekopa, cez ktorú sa počas vŕtania studne preplachovacia kvapalina nasmeruje do výkopového systému. Potrubie inštalované v jame sa nazýva smer.

Po nastavení smeru začnú vŕtať studňu. Po odvŕtaní sypkých hornín v hornej časti úseku (50-400 m) sa spustí pažnicový pás z oceľových rúr a zacementuje sa medzikruží. Prvé puzdro sa nazýva puzdro.

Potom vŕtanie pokračuje. Ak sa neskôr pri vŕtaní vyskytnú komplikácie v dôsledku nestabilných útvarov, spustí sa druhé puzdro, ktoré sa nazýva medziplášť. V mnohých prípadoch je potrebné znížiť tretí aj štvrtý stĺpik, aby sa zosilnil vrt.

Po dosiahnutí konštrukčnej hĺbky sa výrobné puzdro spustí do vrtu a zacementuje. Môže byť navrhnutý tak, aby zdvíhal ropu alebo plyn na povrch, alebo aby vstrekoval vodu (plyn alebo vzduch) do zásobníka na udržanie tlaku.

Rozloženie pažnicových strún s uvedením ich priemerov, hĺbka prechodu z väčšieho priemeru na menší, hĺbka chodu pažnicových strún a ich intervaly tmelenia umožňuje predstaviť si prevedenie studne.

V závislosti od počtu spustených strún puzdra môžu byť jamky jednostĺpové, dvojstĺpové alebo trojstĺpové. Typicky sa počiatočný priemer jamky pohybuje od 400 do 600 mm a konečný priemer je 127 mm (5").

Pri vŕtaní boli často pozorované závaly vrchnej časti sedimentárneho komplexu zloženého z ílov, pieskovcov a okruhliakov; vytvorenie jaskýň v halogénových horninách Kunguru, v ktorých došlo k zlomeniu vrtného nástroja; vyskytol sa abnormálne vysoký tlak vyžadujúci vŕtanie s váženým roztokom (1,7 g/cm3), absorpcia ílového roztoku (až do straty cirkulácie) pri vŕtaní poréznych a rozbitých hornín, čo v kombinácii s abnormálne vysokým tlakom ohrozuje otvorené emisie plynu; tvorba olejových tesnení proti poréznym a rozbitým horninám produktívnych vrstiev, čo vedie k prilepeniu a utiahnutiu vŕtacieho nástroja.

Po spustení pažnicových strún do studne sa tieto zacementujú (scementujú). Na tento účel sa cement naleje do medzikružia pomocou špeciálnych cementových cementov. Cementové malty sa pripravujú v špeciálnych strojoch na miešanie cementu, ktoré prichádzajú na miesto vŕtania. Cementovacími jednotkami vybavenými čerpadlami je cement vytláčaný z pažnice do medzikružia vrtu až do určitej výšky zdvihu cementu uvedenej vo VOP.

Vŕtanie produkčných horizontov v prieskumných vrtoch sa vykonáva jadrovými korunkami s cieľom vybrať a následne preštudovať jadro. Po ukončení vŕtania produkčných útvarov sa vykonáva celý rozsah terénnych geofyzikálnych prieskumov vrtov (GIS).

Potom sa formácie testujú pomocou testerov formácie, ktoré sú založené na spôsobení prítoku oleja z formácie v dôsledku prudkého poklesu tlaku v systéme formácia - vrták.

Typicky sa vrt vyvŕta mierne pod základňou produkčného horizontu, výrobný plášť sa spustí a raz alebo dvakrát zacementuje. Potom, po vytvrdnutí cementu, je stena kolóny vrátane cementového prstenca perforovaná oproti výrobnej formácii, aby sa vytvorilo spojenie medzi kolónou a formáciou. Na tento účel použite rôzne perforátory (kumulatívne, torpédo alebo guľky). Najčastejšie sa používajú kumulatívne príklepové vŕtačky, založené na pôsobení kumulatívneho prúdu, ku ktorému dochádza v dôsledku výbuchu medeného obloženia nálože a rázovej vlny. V tomto prípade je tenký kovový prúd vyvrhnutý rýchlosťou 8000-10 000 m/s a prerazí otvory v stĺpe a cementovom kameni. Do studne sa spustí perforátor a proti produktívnej formácii sa vytvorí vypočítaná sieť otvorov.

Podzemné opravy studní sú vykonávané ako počas procesu vŕtania, tak aj počas ich následnej prevádzky špeciálnymi tímami podzemných opráv, ktoré vykonávajú veľké a súčasné opravy studní. Údržbárske čaty väčšinou pracujú na smeny, rovnako ako vrtné čaty.

Je dôležité poznamenať, že vŕtanie ropných a plynových vrtov sa môže vykonávať len pri prísnom súlade so všetkými pravidlami a požiadavkami. A to nie je vôbec prekvapujúce, pretože musíte pracovať s dosť nebezpečným a citlivým materiálom, ktorého extrakcia si v každom prípade vyžaduje kompetentný prístup. A aby sme pochopili všetky aspekty práce s ním, je potrebné najprv zvážiť všetky základy tejto záležitosti a jej zložiek.

Studňa je teda banský otvor, ktorý je vytvorený bez potreby prístupu človeka a má valcový tvar – jeho dĺžka je mnohonásobne väčšia ako jeho priemer. Začiatok studne sa nazýva ústie, povrch valcového stĺpa sa nazýva kmeň alebo stena a dno objektu sa nazýva dno.

Dĺžka objektu sa meria od ústia po dno, pričom hĺbka sa meria priemetom osi na vertikálu. Počiatočný priemer takéhoto objektu maximálne nepresahuje 900 mm, zatiaľ čo konečný priemer je v zriedkavých prípadoch menší ako 165 mm - to je špecifickosť procesu nazývaného vŕtanie ropných a plynových vrtov a jeho vlastnosti.

Vlastnosti vŕtania ropných a plynových vrtov

Vytváranie studní ako samostatného procesu pozostáva väčšinou z vŕtania, ktoré je zase založené na nasledujúcich operáciách:

• Proces prehlbovania, keď sú horniny zničené vŕtacím nástrojom,


• Odstraňovanie drveného kameňa zo studne,


• Posilnenie šachty pažnicovými stĺpmi pri prehlbovaní bane,


• Vykonávanie geologických a geofyzikálnych prác pri hľadaní produktívnych horizontov,


• Cementovanie výrobného reťazca.

Klasifikácia ropných a plynových vrtov

Je známe, že potrebné materiály, ktoré sa plánujú ťažiť, môžu ležať v rôznych hĺbkach. A preto sa vŕtanie môže vykonávať aj do rôznych hĺbok a zároveň, ak hovoríme o hĺbke do 1500 metrov, vŕtanie sa považuje za plytké, do 4500 - stredné, do 6000 - hlboké.

Dnes sú ropné a plynové vrty vŕtané do ultra hlbokých horizontov, hlbších ako 6000 metrov – v tomto smere je veľmi orientačný vrt Kola, ktorého hĺbka je 12 650 metrov.

Ak vezmeme do úvahy metódy vŕtania so zameraním na metódu deštrukcie hornín, potom tu môžeme uviesť ako príklad mechanické metódy, napríklad rotačné, ktoré sa realizujú pomocou elektrickej vŕtačky a skrutkových vrtných motorov.

Existujú aj šokové metódy. Používajú aj nemechanické metódy, medzi ktoré patria elektrické impulzné, výbušné, elektrické, hydraulické a iné. Všetky sa nepoužívajú veľmi široko.

Pracuje pri ťažbe ropy alebo plynu

V klasickej verzii sa pri ťažbe ropy alebo plynu používajú vrtáky na zničenie horniny a prúdy vrtnej kvapaliny neustále čistia dno. V zriedkavých prípadoch sa na čistenie používa plynné pracovné činidlo.

Vŕtanie sa v každom prípade vykonáva vertikálne, šikmé vŕtanie sa používa iba v prípade potreby, používa sa aj vŕtanie zhlukom, smerové, dvojhlavňové alebo viacotvorové vŕtanie.

Studne sa prehlbujú s odberom jadra alebo bez neho, prvá možnosť sa používa pri práci pozdĺž periférie a druhá - po celej ploche. Ak sa odoberie jadro, skúma sa, či prechádza vrstvami hornín, pričom sa pravidelne dvíha na povrch.

Vŕtanie ropy a zemného plynu sa dnes vykonáva na súši aj na mori a tieto práce sa vykonávajú pomocou špeciálnych vrtných súprav, ktoré poskytujú rotačné vŕtanie pomocou špecializovaných vrtných rúr, ktoré sú spojené závitovými spojmi s uzamykaním spojok.

Niekedy sa používajú aj kontinuálne ohybné rúry, ktoré sú navinuté na bubnoch a môžu mať dĺžku okolo 5 tisíc metrov a viac.

Takúto prácu teda nemožno nazvať jednoduchou - sú veľmi špecifické a zložité a osobitný dôraz by sa mal klásť na nové technológie, ktorých štúdium môže byť náročnou úlohou aj pre profesionálov v tomto odvetví.

Nové technológie na vŕtanie ropných a plynových vrtov na výstave

Zdieľanie informácií a učenie sa novým veciam dokáže zabezpečiť optimálny pokrok, a preto túto potrebu jednoducho nemožno nechať bokom.

Ak sa rozhodnete pripojiť k moderným výdobytkom a vrhnúť sa do profesionálneho prostredia, práve na tento účel sa konajú odborné podujatia, ktorých sa určite zúčastnite. Hovoríme o výstavách, ktoré sa každoročne konajú na výstavisku Expocentra a v dňoch otvorenia združujú stovky a tisíce odborníkov v tejto oblasti.

Na výročnej výstave "Neftegaz" môžete ľahko získať prístup k novému vývoju, študovať pokročilé technológie (napríklad technológie na vŕtanie ropných a plynových vrtov), ​​vidieť moderné vybavenie a zároveň získať užitočné spojenia v potrebnom rozsahu, nájsť klientov a partnerov.

Takéto príležitosti by ste si nemali nechať ujsť, pretože sa nevyskytujú príliš často a so správnym prístupom môžu poskytnúť významný pokrok!

Prečítajte si naše ďalšie články.

Výstavba ropných a plynových vrtov vyvinuté a zušľachtené v súlade so špecifickými geologickými podmienkami vŕtania v danej oblasti. Musí zabezpečiť plnenie zadanej úlohy, t.j. dosiahnutie projektovanej hĺbky, otvorenie ložiska ropy a zemného plynu a uskutočnenie celého plánovaného rozsahu štúdií a prác vo vrte, vrátane jeho využitia v systéme rozvoja poľa.

Návrh vrtu závisí od zložitosti geologického rezu, spôsobu vŕtania, účelu vrtu, spôsobu otvárania produkčného horizontu a ďalších faktorov.

Počiatočné údaje pre návrh štruktúry studne zahŕňajú nasledujúce informácie:

účel a hĺbka studne;

návrhový horizont a charakteristiky rezervoárovej horniny;

geologický rez v mieste vrtu, zvýrazňujúci zóny možných komplikácií a indikujúci tlaky v nádrži a tlaky hydraulického štiepenia podľa intervalov;

priemer výrobnej kolóny alebo konečný priemer vrtu, ak nie je k dispozícii prevádzka výrobnej kolóny.

Návrhová objednávka návrhy ropných a plynových vrtovĎalšie.

Vybraný dizajn spodnej časti dobre . Návrh vrtu v intervale produktívnej tvorby by mal poskytovať najlepšie podmienky pre prúdenie ropy a plynu do vrtu a čo najefektívnejšie využitie energie ložiska ložiska ropy a plynu.

Požadované počet strún puzdra a hĺbky ich zostupu. Na tento účel sa vynesie graf zmien koeficientu anomálie tlakov v zásobníku k a indexu absorpčného tlaku kab.

Voľba je opodstatnená priemer výrobnej struny a priemery pažnicových strún a bitov sú dohodnuté. Priemery sa počítajú zdola nahor.

Intervaly cementovania sú zvolené. Od pažnicovej pätky po ústie vrtu sú stmelené: vodiče vo všetkých vrtoch; stredné a ťažobné reťazce pri prieskume, prieskume, parametrických, referenčných a plynových vrtoch; stredné stĺpy v ropných vrtoch hlbokých viac ako 3000 m; na úseku dĺžky najmenej 500 m od medzipažbia v ropných vrtoch do hĺbky 3004) m (za predpokladu, že všetky priepustné a nestabilné horniny sú pokryté cementovou kašou).

Interval cementovania ťažobných strún v ropných vrtoch môže byť obmedzený na oblasť od topánky po časť umiestnenú najmenej 100 m nad spodným koncom predchádzajúcej medziľahlej kolóny.

Všetky pažnicové reťazce vo vrtoch vybudovaných v pobrežných oblastiach sú po celej dĺžke stmelené.

Etapy navrhovania hydraulického programu na preplachovanie studne vrtnými kvapalinami.

Hydraulický program je chápaný ako súbor nastaviteľných parametrov pre proces preplachovania studne. Rozsah nastaviteľných parametrov je nasledovný: ukazovatele vlastností vrtnej kvapaliny, prietok vrtných čerpadiel, priemer a počet trysiek tryskových vrtákov.

Pri zostavovaní hydraulického programu sa predpokladá:

Eliminujte vniknutie kvapaliny z tvorby a straty vrtnej kvapaliny;

Zabráňte erózii stien studne a mechanickému rozptylu prepravovaných odrezkov, aby sa zabránilo hromadeniu vrtnej kvapaliny;

Zabezpečte odstránenie vyvŕtanej horniny z prstencového priestoru studne;

Vytvorte podmienky pre maximálne využitie efektu hydromonitoru;

Racionálne využitie hydraulického výkonu čerpacej jednotky;

Eliminujte núdzové situácie pri zastavovaní, cirkulácii a spúšťaní kalových čerpadiel.

Uvedené požiadavky na hydraulický program sú splnené za predpokladu formalizácie a riešenia problému multifaktorovej optimalizácie. Známe schémy navrhovania procesu preplachovania vŕtaných studní sú založené na výpočtoch hydraulického odporu v systéme na základe špecifikovaných prietokov čerpadiel a parametrov vlastností vrtných kvapalín.

Takéto hydraulické výpočty sa vykonávajú podľa nasledujúcej schémy. Najprv sa na základe empirických odporúčaní nastaví rýchlosť pohybu vrtného výplachu v prstencovom priestore a vypočíta sa potrebný prietok kalových čerpadiel. Na základe špecifikácií kalových čerpadiel sa vyberie priemer puzdier schopných zabezpečiť požadovaný prietok. Potom sa pomocou príslušných vzorcov určia hydraulické straty v systéme bez zohľadnenia tlakových strát v bite. Plocha trysiek hydraulických trysiek sa volí na základe rozdielu medzi maximálnym menovitým vstrekovacím tlakom (zodpovedajúcim zvoleným puzdrám) a vypočítanými tlakovými stratami v dôsledku hydraulického odporu.

Zásady pre výber spôsobu vŕtania: základné výberové kritériá zohľadňujúce hĺbku vrtu, teplotu vo vrte, zložitosť vŕtania, profil konštrukcie a ďalšie faktory.

Výber metódy vŕtania, vývoj efektívnejších metód na ničenie hornín na dne studne a riešenie mnohých problémov súvisiacich s výstavbou studne nie je možné bez štúdia vlastností samotných hornín, podmienok ich vzniku. výskyt a vplyv týchto podmienok na vlastnosti hornín.

Výber spôsobu vŕtania závisí od štruktúry útvaru, vlastností jeho zásobníka, zloženia kvapalín a/alebo plynov v ňom obsiahnutých, počtu produktívnych medzivrstiev a koeficientov anomálií formačných tlakov.

Výber spôsobu vŕtania je založený na porovnávacom hodnotení jeho účinnosti, ktorá je daná mnohými faktormi, z ktorých každý môže mať v závislosti od geologických a metodických požiadaviek (GMT), účelu a podmienok vŕtania rozhodujúci význam.

Výber spôsobu vŕtania studne je tiež ovplyvnený zamýšľaným účelom vŕtacích prác.

Pri výbere metódy vŕtania by ste sa mali riadiť účelom studne, hydrogeologickými charakteristikami zvodnenej vrstvy a jej hĺbkou a objemom práce na rozvoj formácie.

Kombinácia parametrov BHA.

Pri výbere spôsobu vŕtania treba okrem technických a ekonomických faktorov vziať do úvahy aj to, že v porovnaní s BHA založenými na hĺbkovom motore sú rotačné BHA oveľa technologicky vyspelejšie a prevádzkovo spoľahlivejšie, konštrukčne stabilnejšie. trajektórie.

Závislosť vychyľovacej sily na bite na zakrivení jamky pre stabilizáciu BHA s dvoma centralizátormi.

Pri výbere spôsobu vŕtania treba okrem technických a ekonomických faktorov vziať do úvahy, že v porovnaní s BHA založenými na hĺbkovom motore sú rotačné BHA oveľa technologicky vyspelejšie a spoľahlivejšie v prevádzke a stabilnejšie pozdĺž konštrukčná trajektória.

Na zdôvodnenie voľby metódy vŕtania v posolných ložiskách a potvrdenie vyššie uvedeného záveru o racionálnej metóde vŕtania boli analyzované technické ukazovatele vŕtania turbín a rotačných vrtov.

Ak zvolíte spôsob vŕtania s hĺbkovými hydromotormi, po výpočte axiálneho zaťaženia vrtáka musíte vybrať typ vrtného motora. Pri tejto voľbe sa berie do úvahy špecifický krútiaci moment pri otáčaní korunky, axiálne zaťaženie korunky a hustota vrtnej kvapaliny. Pri navrhovaní rýchlosti otáčania bitov a hydraulického programu na preplachovanie studne sa zohľadňujú technické vlastnosti zvoleného motora pre hĺbenie.

Otázka o výber spôsobu vŕtania by sa malo rozhodnúť na základe štúdie uskutočniteľnosti. Hlavným ukazovateľom pre výber metódy vŕtania je ziskovosť - náklady na 1 m penetrácie. [ 1 ]

Predtým ako začneš výber spôsobu vŕtania Pri prehlbovaní diery pomocou plynných činidiel je potrebné mať na pamäti, že ich fyzikálne a mechanické vlastnosti prinášajú určité obmedzenia, pretože niektoré typy plynných činidiel nie sú použiteľné pre množstvo metód vŕtania. Na obr. 46 sú znázornené možné kombinácie rôznych typov plynných činidiel s modernými metódami vŕtania. Ako vidno z diagramu, najuniverzálnejšie z hľadiska použitia plynných činidiel sú rotačné a elektrické metódy vŕtania, menej univerzálne je turbínová metóda, ktorá sa používa len pri použití prevzdušňovaných kvapalín. [ 2 ]

Napájanie MODU má menší vplyv na výber metód vŕtania a ich odrôd, ako napájanie zariadenia na vŕtanie na zemi, keďže okrem zariadenia na priame vŕtanie je MODU vybavený pomocným zariadením potrebným na jeho prevádzku a udržanie v mieste vŕtania. V praxi fungujú vŕtacie a pomocné zariadenia striedavo. Minimálne požadované napájanie vrtnej súpravy je určené energiou spotrebovanou pomocným zariadením, ktorá môže byť väčšia ako energia potrebná na pohon vŕtania. [ 3 ]

Ôsma časť technického projektu je venovaná výber spôsobu vŕtania, štandardné veľkosti vrtných motorov a dĺžky vŕtania, vývoj režimov vŕtania. [ 4 ]

Inými slovami, výber jedného alebo druhého profilu studne do značnej miery určuje výber spôsobu vŕtania5 ]

Prepraviteľnosť MODU nezávisí od spotreby kovu a napájania zariadenia a neovplyvňuje výber spôsobu vŕtania, keďže sa ťahá bez demontáže zariadenia. [ 6 ]

Inými slovami, výber jedného alebo druhého typu profilu studne do značnej miery určuje výber spôsobu vŕtania, typ bitu, hydraulický program vŕtania, parametre režimu vŕtania a naopak. [ 7 ]

Valivé parametre plávajúceho základu by sa mali určiť výpočtom už v počiatočných fázach návrhu trupu, pretože od toho závisí prevádzkový rozsah morských vĺn, pri ktorých je možná normálna a bezpečná prevádzka, ako aj výber spôsobu vŕtania, systémy a zariadenia na zníženie vplyvu pohybu na pracovný proces. Zníženie sklonu je možné dosiahnuť racionálnym výberom veľkostí krytov, ich relatívnej polohy a použitím pasívnych a aktívnych prostriedkov na boj proti sklonu. [ 8 ]

Najbežnejšou metódou prieskumu a využívania podzemných vôd zostáva vŕtanie studní a studní. Výber spôsobu vŕtania určiť: stupeň hydrogeologických znalostí územia, účel prác, požadovanú spoľahlivosť získaných geologických a hydrogeologických informácií, technicko-ekonomické ukazovatele posudzovaného spôsobu vŕtania, náklady na 1 m3 vyrobenej vody, život studne. Voľbu technológie vŕtania studní ovplyvňuje teplota podzemnej vody, stupeň jej mineralizácie a agresivita voči betónu (cementu) a železu. [ 9 ]

Pri vŕtaní ultrahlbokých vrtov je veľmi dôležité zabrániť zakriveniu vrtu kvôli negatívnym dôsledkom zakrivenia vrtu pri jeho prehlbovaní. Preto, kedy výber metód na vŕtanie ultra hlbokých vrtov, a najmä ich horných intervalov, treba dbať na dodržanie zvislosti a priamosti vrtu. [ 10 ]

O otázke výberu spôsobu vŕtania by sa malo rozhodnúť na základe štúdie uskutočniteľnosti. Hlavným ukazovateľom pre výber spôsobu vŕtania je rentabilita - náklady na 1 m prieniku. [ 11 ]

Rýchlosť rotačného vŕtania s preplachovaním ílovým roztokom teda prevyšuje rýchlosť vŕtania s príklepovým lanom 3-5 krát. Preto je rozhodujúci faktor kedy výber spôsobu vŕtania musí existovať ekonomická analýza. [ 12 ]

Technická a ekonomická efektívnosť projektu výstavby ropných a plynových vrtov do značnej miery závisí od platnosti procesu prehlbovania a preplachovania. Návrh technológie pre tieto procesy zahŕňa výber spôsobu vŕtania, typ nástroja na deštrukciu horniny a režimy vŕtania, konštrukcia vrtnej kolóny a usporiadanie jej dna, program hydraulického prehĺbenia a ukazovatele vlastností vrtnej kvapaliny, typy vrtných kvapalín a potrebné množstvá chemických činidiel a materiálov, aby si zachovali svoje vlastnosti. Prijatie konštrukčných rozhodnutí určuje výber typu vrtnej súpravy, ktorý okrem toho závisí od konštrukcie pažnicových kolón a geografických podmienok vŕtania. [ 13 ]

Aplikácia výsledkov riešenia problému vytvára širokú príležitosť na vykonanie hlbokej, rozsiahlej analýzy výkonu bitov vo veľkom počte objektov so širokou škálou podmienok vŕtania. V tomto prípade je možné pripraviť aj odporúčania pre výber metód vŕtania, vrtné motory, kalové čerpadlá a preplachovacie kvapaliny. [ 14 ]

V praxi výstavby studní sa rozšírili tieto spôsoby vŕtania: rotačné s priamou cirkuláciou, rotačné s reverznou cirkuláciou, rotačné s fúkaním vzduchu a perkusné lano. Podmienky použitia rôznych metód vŕtania sú dané technickými a technologickými vlastnosťami vrtných súprav, ako aj kvalitou prác na stavbe studne. Treba poznamenať, že kedy výber spôsobu vŕtania studne pre vodu je potrebné brať do úvahy nielen rýchlosť vŕtania studní a vyrobiteľnosť metódy, ale aj zabezpečenie takých parametrov pre otvorenie zvodnenej vrstvy, pri ktorých je deformácia hornín v zóne dna pozorovaná na minimum. rozsahu a jeho priepustnosť v porovnaní s útvarom neklesá. [ 1 ]

Je oveľa ťažšie vybrať spôsob vŕtania na prehĺbenie vertikálneho vrtu. Ak pri vŕtaní intervalu zvolenom na základe vŕtacej praxe s použitím vrtných kvapalín možno očakávať ohnutie zvislého hriadeľa, potom sa spravidla používajú vzduchové kladivá s príslušným typom vrtákov. Ak nie je pozorované žiadne zakrivenie, potom výber spôsobu vŕtania sa uskutočňuje nasledovne. Pre mäkké horniny (mäkké bridlice, sadra, krieda, anhydrity, soľ a mäkké vápence) je vhodné použiť elektrické vŕtanie s rýchlosťou vrtákov do 325 ot./min. So zvyšujúcou sa tvrdosťou hornín sú metódy vŕtania usporiadané v nasledujúcom poradí: objemový motor, rotačné vŕtanie a rotačné príklepové vŕtanie. [ 2 ]

Z hľadiska zvýšenia rýchlosti a zníženia nákladov na vybudovanie studní s MODU je zaujímavý spôsob vŕtania s hydraulickým transportom jadra. Táto metóda, s výnimkou vyššie uvedených obmedzení jej použitia, môže byť použitá pri prieskume rozsypov s PBU v prospekčných a prospekčno-hodnotiacich etapách geologického prieskumu. Náklady na vŕtacie zariadenie, bez ohľadu na metódy vŕtania, nepresahujú 10% celkových nákladov na MODU. Preto samotné zmeny v nákladoch na vŕtacie zariadenie nemajú významný vplyv na náklady na výrobu a servis MODU a na výber spôsobu vŕtania. Zvýšenie nákladov na MODU je opodstatnené len vtedy, ak zlepší pracovné podmienky, zvýši bezpečnosť a rýchlosť vŕtania, zníži počet prestojov v dôsledku poveternostných podmienok a predĺži vrtnú sezónu. [ 3 ]

Výber typu vrtáka a režimu vŕtania: kritériá výberu, metódy získavania informácií a ich spracovania na vytvorenie optimálnych režimov a reguláciu hodnôt parametrov .

Výber bitu sa robí na základe znalosti hornín (g/p) skladajúcich daný interval, t.j. podľa kategórie tvrdosti a podľa kategórie abrazivity.

V procese vŕtania prieskumného a niekedy aj ťažobného vrtu sa horniny periodicky vyberajú vo forme nedotknutých pilierov (jadier) na zostavenie stratigrafického rezu, štúdium litologických charakteristík vŕtaných hornín, identifikáciu obsahu ropy a plynu v póroch skaly atď.

Na vytiahnutie jadra na povrch sa používajú jadrové korunky (obr. 2.7). Takýto vrták pozostáva z vŕtacej hlavy 1 a súpravy jadier pripevnených k telu vŕtacej hlavy pomocou závitu.

Ryža. 2.7. Schéma zariadenia na korunku: 1 - vŕtacia hlava; 2 - jadro; 3 - pozemný nosič; 4 - telo súpravy jadra; 5 - guľový ventil

V závislosti od vlastností horniny, v ktorej sa vykonáva vŕtanie a vzorkovanie jadra, sa používajú valcové kužeľové, diamantové a karbidové vŕtacie hlavy.

Režim vŕtania je kombináciou parametrov výrazne ovplyvňujúcich výkon korunky, ktoré môže vŕtač meniť zo svojej konzoly.

Pd [kN] – zaťaženie bitu, n [ot./min] – rýchlosť otáčania bitu, Q [l/s] – priemyselný prietok (posuv). g-ti, H [m] – penetrácia na bit, Vm [m/hod] – kožušina. rýchlosť prieniku, Vav=H/tB – priemer,

Vm(t)=dh/dtB – okamžitý, Vр [m/hod] – rýchlosť bežného vŕtania, Vр=H/(tB + tSPO + tB), C [rub/m] – prevádzkové náklady na 1m penetrácie, C= ( Cd+Sch(tB + tSPO + tB))/H, Cd – cena bitu; Cch – náklady na 1 hodinu vŕtacej práce. rev.

Etapy hľadania optimálneho režimu - vo fáze návrhu - prevádzková optimalizácia režimu vŕtania - úprava režimu návrhu s prihliadnutím na informácie získané počas procesu vŕtania.

Počas procesu návrhu používame informácie. získané pri vŕtaní studne. v tomto

región, analóg konv., údaje na goelog. časť studne, odporúčania výrobcu vŕtačky. náradia, prevádzkové charakteristiky vrtných motorov.

2 spôsoby výberu bitu v spodnej časti: grafický a analytický.

Frézy v hlave vrtáka sú namontované tak, aby sa hornina v strede dna otvoru pri vŕtaní nezničila. To vytvára podmienky pre vznik jadra 2. Existujú štvor-, šesť- a potom osemkužeľové vrtné hlavy určené na vŕtanie s výberom jadra v rôznych horninách. Usporiadanie prvkov na ničenie horniny v diamantových a karbidových vrtných hlavách tiež umožňuje ničiť horninu len pozdĺž obvodu dna vrtu.

Pri prehĺbení vrtu sa výsledný skalný stĺp dostane do jadrovej súpravy pozostávajúcej z puzdra 4 a jadrovej rúrky (nosič pôdy) 3. Telo jadrovej súpravy sa používa na pripojenie vrtnej hlavy k vrtnej kolóne, umiestnenie nosiča a chrániť ho pred mechanickým poškodením, ako aj prejsť splachovaciu kvapalinu medzi ním a pozemným nosičom. Nosič pôdy je určený na prijatie jadra, jeho konzerváciu počas vŕtania a pri zdvíhaní na povrch. Na vykonávanie týchto funkcií sú v spodnej časti nosiča pôdy nainštalované zachytávače jadier a držiaky jadier a v hornej časti je guľový ventil 5, ktorý umožňuje, aby kvapalina vytlačená z nosiča pôdy prechádzala cez seba pri jeho plnení jadrom. .

Podľa spôsobu montáže nosiča pôdy do korpusu jadrovej súpravy a do vŕtacej hlavy sú jadrové korunky s odnímateľným a neodnímateľným nosičom pôdy.

Jadrové vrtáky s odnímateľným nosičom pôdy vám umožňujú zdvihnúť jadrovník s jadrom bez zdvíhania vŕtacej kolóny. Za týmto účelom sa do vrtnej kolóny na lane spustí zachytávač, pomocou ktorého sa nosič pôdy vyberie zo súpravy jadier a zdvihne sa na povrch. Potom sa pomocou toho istého zachytávača spustí prázdny nosič pôdy a nainštaluje sa do tela jadrovej súpravy a vŕtanie s výberom jadra pokračuje.

Vŕtacie korunky s odnímateľným nosičom pôdy sa používajú pri vŕtaní s turbínou a vrtáky s neodnímateľným jadrom sa používajú pri rotačnom vŕtaní.

Schematický diagram testovania produktívneho horizontu pomocou skúšačky formácií na potrubiach.

Testery formácie sú veľmi široko používané pri vŕtaní a poskytujú najväčšie množstvo informácií o testovanom objekte. Moderný tester bytových útvarov pozostáva z týchto hlavných komponentov: filter, pakr, samotný tester s vyrovnávacími a hlavnými vstupnými ventilmi, uzatvárací ventil a cirkulačný ventil.

Schematický diagram jednostupňového cementovania. Zmeny tlaku v cementačných čerpadlách zapojených do tohto procesu.

Jednostupňová metóda cementovania studní je najbežnejšia. Pri tejto metóde sa cementový roztok dodáva v danom intervale naraz.

Záverečná fáza vŕtacích operácií je sprevádzaná procesom, ktorý zahŕňa cementovanie studní. Životaschopnosť celej konštrukcie závisí od toho, ako dobre sa tieto práce vykonávajú. Hlavným cieľom, ktorý sa sleduje v procese vykonávania tohto postupu, je nahradiť vrtné bahno cementom, ktorý má iný názov - cementová kaša. Cementovanie studní zahŕňa zavedenie kompozície, ktorá by mala vytvrdnúť na kameň. V súčasnosti existuje niekoľko spôsobov, ako vykonať proces cementovania studní, najčastejšie používaný z nich má viac ako 100 rokov. Ide o jednostupňovú metódu cementovania plášťa, ktorá bola svetu predstavená v roku 1905 a dnes sa používa len s niekoľkými úpravami.

Schéma cementovania s jednou zátkou.

Proces cementovania

Technológia cementovania vrtov zahŕňa vykonávanie 5 hlavných typov prác: prvým je miešanie cementovej kaše, druhým je čerpanie kompozície do vrtu, tretím je dodávanie zmesi zvolenou metódou do medzikružia, štvrtým je vytvrdzovanie. cementová zmes, piatym je kontrola kvality vykonanej práce.

Pred začatím prác je potrebné vypracovať schému cementovania, ktorá je založená na technických výpočtoch procesu. Dôležité bude brať do úvahy banské a geologické podmienky; dĺžka intervalu, ktorý je potrebné posilniť; charakteristiky konštrukcie vrtu, ako aj jeho stav. V procese vykonávania výpočtov by sa mali využiť aj skúsenosti s vykonávaním takejto práce v určitej oblasti.

Obrázok 1. Schéma jednostupňového procesu cementovania.

Na obr. 1 môžete vidieť schému jednostupňového procesu cementovania. „I“ – začiatok podávania zmesi do suda. „II“ je prívod zmesi vstrekovanej do vrtu, keď sa roztok pohybuje po plášti, „III“ je začiatok vytláčania cementovej kompozície do medzikružia, „IV“ je konečná fáza vytláčania zmesi. V diagrame 1 je manometer, ktorý je zodpovedný za monitorovanie úrovne tlaku; 2 – cementovacia hlavica; 3 – zástrčka umiestnená hore; 4 – spodná zátka; 5 – puzdro; 6 – steny studne; 7 – dorazový krúžok; 8 – kvapalina určená na lisovanie cementovej zmesi; 9 – vrtná kvapalina; 10 – cementová zmes.

Schematický diagram dvojstupňového cementovania s časovým odstupom. Výhody a nevýhody.

Krokové cementovanie s časovým odstupom Interval cementovania je rozdelený na dve časti a na rozhraní blízko rozhrania je inštalovaná špeciálna cementovacia manžeta. Strediace svetlá sú umiestnené na vonkajšej strane stĺpika nad a pod spojkou. Najprv sa zacementuje spodná časť stĺpika. Na tento účel sa 1 časť CR načerpá do kolóny v objeme potrebnom na naplnenie CP z pätky kolóny do cementovacej manžety a potom vytesňovacej kvapaliny. Na cementovanie stupňa 1 sa objem vytesňovacej kvapaliny musí rovnať vnútornému objemu kolóny. Po napumpovaní čerpadla pustia loptu do stĺpca. Pôsobením gravitačnej sily gulička spadne dolu stĺpikom a dopadne na spodnú objímku cementovacej objímky. Potom začnú panvu opäť pumpovať do stĺpca: tlak v ňom nad zátkou sa zvýši, puzdro sa úplne posunie a panva prejde cez stĺpec cez otvorené otvory. Studňa sa preplachuje cez tieto otvory, kým cementová malta nevytvrdne (od niekoľkých hodín do dňa). Potom načerpajte 2. časť CR, uvoľnite hornú zátku a vytlačte roztok 2 dávkami CR. Zátka, ktorá dosiahla objímku, je zosilnená kolíkmi v tele tmeliacej objímky a posúva ju nadol; v tomto prípade puzdro uzavrie spojovacie otvory a oddelí dutinu stĺpika od prevodovky. Po vytvrdnutí sa zátka vyvŕta. Miesto inštalácie spojky sa vyberá v závislosti od dôvodov, ktoré viedli k použitiu cementových mált. V plynových vrtoch je cementovacia manžeta inštalovaná 200-250 m nad strechou produkčného horizontu. Ak pri cementovaní studne hrozí strata obehu, miesto spojky sa vypočíta tak, aby súčet hydrodynamických tlakov a statického tlaku kolóny roztoku v medzikruží bol menší ako lomový tlak slabého útvaru. Cementová manžeta by mala byť vždy umiestnená oproti stabilným nepriepustným skalám a vycentrovaná pomocou svietidiel. Aplikujte: a) ak je absorpcia roztoku nevyhnutná počas jednostupňového cementovania; b) ak sa útvar otvorí vysokotlakovým tlakom a počas doby tuhnutia roztoku po jednostupňovom cementovaní môže dochádzať k krížovým tokom a prejavom plynov; c) ak si jednostupňové cementovanie vyžaduje súčasnú účasť veľkého počtu cementových čerpadiel a miešacích strojov na prevádzke. nedostatky: veľká časová medzera medzi koncom cementovania spodnej časti a začiatkom cementovania hornej časti. Táto nevýhoda môže byť do značnej miery eliminovaná inštaláciou externého pakru približne pod tmelenú manžetu. Ak je po dokončení cementovania spodného stupňa prstenec vrtu utesnený pakrom, môžete okamžite začať s cementovaním hornej časti.

Zásady výpočtu pažnicovej kolóny pre axiálnu pevnosť v ťahu pre vertikálne vrty. Špecifiká výpočtových stĺpov pre šikmé a zakrivené studne.

Výpočet plášťa začnite určením nadmerného vonkajšieho tlaku. [ 1 ]

Výpočet plášťových stĺpov vykonávané počas projektovania za účelom výberu hrúbok stien a pevnostných skupín materiálu plášťovej rúry, ako aj kontroly súladu štandardných bezpečnostných faktorov stanovených pri projektovaní s predpokladanými pri zohľadnení súčasných geologických, technologických a trhové podmienky výroby. [ 2 ]

Výpočet plášťových stĺpov pri trapézových závitoch sa ťahová skúška vykonáva na základe prípustného zaťaženia. Pri spúšťaní strún plášťa v sekciách sa dĺžka stĺpika berie ako dĺžka sekcie. [ 3 ]

Výpočet plášťa zahŕňa identifikáciu faktorov ovplyvňujúcich poškodenie plášťa a výber najvhodnejších tried ocele pre každú konkrétnu operáciu z hľadiska spoľahlivosti a hospodárnosti. Konštrukcia pažnice musí spĺňať požiadavky na pažnicu pri dokončovaní a prevádzke studne. [ 4 ]

Výpočet plášťových stĺpov pre smerové vrty sa líši od toho, ktorý sa používa pre vertikálne vrty, vo výbere faktora pevnosti v ťahu v závislosti od intenzity zakrivenia vrtu, ako aj v určovaní vonkajších a vnútorných tlakov, v ktorých je poloha bodov charakteristická pre šikmú studňu je určený jeho vertikálnym priemetom.

Výpočet plášťových stĺpov sa vykonávajú podľa maximálnych hodnôt nadmerného vonkajšieho a vnútorného tlaku, ako aj axiálneho zaťaženia (pri vŕtaní, skúšaní, prevádzke, oprave studní), pričom sa zohľadňujú ich samostatné a kombinované účinky.

Hlavný rozdiel výpočty plášťa pre smerové vrty z výpočtu pre zvislé vrty je určiť súčiniteľ pevnosti v ťahu, ktorý sa robí v závislosti od intenzity zakrivenia vrtu, ako aj výpočet vonkajších a vnútorných tlakov s prihliadnutím na predĺženie vrtu.

Výber plášťových rúr a výpočet plášťa pevnostné skúšky sa vykonávajú s prihliadnutím na maximálne očakávané prebytočné vonkajšie a vnútorné tlaky s úplnou výmenou roztoku za formovaciu kvapalinu, ako aj na axiálne zaťaženie potrubí a agresivitu tekutín v etapách výstavby a prevádzky vrtu na základe existujúcich konštrukcií .

Hlavnými zaťaženiami pri výpočte pevnosti stĺpa sú axiálne ťahové zaťaženia od vlastnej hmotnosti, ako aj vonkajší a vnútorný nadmerný tlak počas cementovania a prevádzky studne. Okrem toho na stĺp pôsobia ďalšie zaťaženia:

· axiálne dynamické zaťaženie pri nestabilnom pohybe stĺpa;

· axiálne zaťaženia od trecích síl stĺpika o steny studne počas jej zostupu;

· tlakové zaťaženie od časti vlastnej hmotnosti pri vykladaní stĺpa na čelo;

· ohybové zaťaženia vyskytujúce sa v zakrivených studniach.

Výpočet výrobného reťazca pre ropný vrt

Konvencie použité vo vzorcoch:

Vzdialenosť od ústia vrtu k pätke stĺpa, m L

Vzdialenosť od ústia vrtu k cementovej suspenzii, m h

Vzdialenosť od ústia vrtu k hladine kvapaliny v stĺpci, m N

Hustota testovacej kvapaliny, g/cm 3 r chladiacej kvapaliny

Hustota vrtnej kvapaliny za stĺpom, g/cm 3 r BR

Hustota kvapaliny v kolóne r B

Hustota cementovej kaše za kolónou r CR

Nadmerný vnútorný tlak v hĺbke z, MPa P VIz

Nadmerný vonkajší tlak v hĺbke z P NIz

Nadmerný kritický vonkajší tlak, pri ktorom je napätie

Tlak v telese rúry dosahuje medzu klzu P KR

Tlak v nádrži v hĺbke z Р PL

Krimpovací tlak

Celková hmotnosť stĺpca vybraných sekcií, N (MN) Q

Koeficient vyloženia cementového krúžku k

Bezpečnostný faktor pri výpočte vonkajšieho pretlaku n KR

Súčiniteľ bezpečnosti pre výpočty v ťahu n STR

Obrázok 69. Schéma cementovania studne

O h > H Určujeme nadmerné vonkajšie tlaky (na konci fázy prevádzky) pre nasledujúce charakteristické body.

1: z = 0; Р n. иz = 0,01ρ b.r * z; (86)

2: z = H; Rn a z = 0,01 pb. p*H, (MPa); (87)

3: z = h; Pn a z = (0,01 [ρ b.ph - p v (h - N)]), (MPa); (88)

4: z = L; Rn a z = (0,01 [(ρ c.r - ρ in) L - (ρ c.r - ρ b.r) h + ρ v H)] (1 - k), (MPa). (89)

Vytvorenie diagramu A B C D(Obrázok 70). Aby sme to urobili, v horizontálnom smere na akceptovanej stupnici odložíme hodnoty ρ n.i z v bodoch 1 -4 (pozri obrázok) a tieto body sú postupne navzájom spojené priamymi segmentmi

Obrázok 70. Schémy vonkajšieho a vnútorného

nadmerný tlak

Prebytočné vnútorné tlaky určíme z podmienky odskúšania plášťa na tesnosť v jednom kroku bez pakru.

Tlak v ústach: P y = P pl - 0,01 ρ V L (MPa). (90)

Hlavné faktory ovplyvňujúce kvalitu tmelenia studní a charakter ich vplyvu.

Kvalita izolácie priepustných vrstiev tmelením závisí od nasledujúcich skupín faktorov: a) zloženie upchávkovej zmesi; b) zloženie a vlastnosti cementovej suspenzie; c) metóda cementovania; d) úplnosť nahradenia výtlačnej kvapaliny cementovou kašou v medzikruží vrtu; e) pevnosť a tesnosť priľnavosti cementového kameňa k plášťu a stenám studne; f) použitie prídavných prostriedkov na zabránenie výskytu filtrácie a tvorby suspenzných kanálikov v cementovej kaši počas obdobia hustnutia a tuhnutia; g) režim pokoja studne počas obdobia hustnutia a tuhnutia cementovej kaše.

Zásady výpočtu potrebných množstiev cementovacích hmôt, miešacích strojov a cementovacích jednotiek na prípravu a čerpanie cementačnej kaše do pažnice. Schéma zariadenia na cementovanie potrubí.

Je potrebné vykonať výpočty cementovania pre nasledujúce podmienky:

- rezervný koeficient vo výške stúpania cementovej malty, zavedený na kompenzáciu faktorov, ktoré nemožno vziať do úvahy (stanovený štatisticky na základe cementačných údajov predchádzajúcich vrtov); a - priemerný priemer vrtu a vonkajší priemer výrobnej kolóny, m; - dĺžka cementovacej časti, m; - priemerný vnútorný priemer výrobnej kolóny, m; - výška (dĺžka) cementová nádoba ponechaná v kolóne, m, - rezervný faktor výtlačnej kvapaliny, berúc do úvahy jej stlačiteľnosť, - = 1,03, - - koeficient zohľadňujúci stratu cementu počas operácií nakladania a vykladania a prípravy roztoku; - - - hustota cementového roztoku, kg/m3, - hustota vrtného kalu, kg/m3; n - relatívny obsah vody, - hustota vody, kg/m3, - objemová hmotnosť cementu, kg/m3;

Objem cementovej kaše potrebný na cementovanie daného intervalu jamy (m3): Vс.p.=0,785*kp*[(2-dн2)*lс+d02*hс]

Objem vytesňovacej kvapaliny: Vpr=0,785* - *d2*(Lc-);

Objem tlmivej kvapaliny: Vb=0,785*(2-dn2)*lb;

Hmotnosť portlandského cementového cementu: Mts= - **Vtsr/(1+n);

Objem vody na prípravu cementovej kaše, m3: Vv= Mts*n/(kc*pv);

Pred cementovaním sa do násypiek miešacích strojov nakladá suchý cementový materiál, ktorých požadovaný počet je: nc = Mts/Vcm, kde Vcm je objem násypky miešacieho stroja.

Spôsoby vybavenia spodnej časti studne v zóne výroby. Podmienky, za ktorých je možné použiť každú z týchto metód.

1. Produktívny zásobník sa vyvŕta bez toho, aby sa najprv zakryli nadložné horniny špeciálnym reťazcom plášťových rúrok, potom sa plášťový pás spustil na dno a zacementoval. Na spojenie vnútornej dutiny plášťa s výrobným zásobníkom je perforovaný, t.j. cez stĺp je prestrelený veľký počet otvorov. Metóda má nasledujúce výhody: jednoduchá implementácia; umožňuje selektívnu komunikáciu vrtu s akoukoľvek vrstvou produkčného zásobníka; náklady na skutočné vŕtacie práce môžu byť nižšie ako pri iných metódach vstupu.

2. Najprv sa spustí pažnica a pripevní sa k streche produkčného ložiska, čím sa izolujú nadložné horniny. Nádrž sa potom vyvŕta vrtákmi s menším priemerom a vrt sa nechá otvorený pod pätkou plášťa. Metóda je použiteľná len vtedy, ak produkčné ložisko pozostáva zo stabilných hornín a je nasýtené len jednou kvapalinou; neumožňuje selektívne využívanie žiadnej medzivrstvy.

3. Od predchádzajúceho sa líši tým, že vrt v produkčnej nádrži je pokrytý filtrom, ktorý je zavesený v plášti; Priestor medzi filtrom a kolónou je často izolovaný pakrom. Metóda má rovnaké výhody a obmedzenia ako predchádzajúca. Na rozdiel od predchádzajúceho je možné ho prijať v prípadoch, keď je produktívne ložisko zložené z hornín, ktoré nie sú počas prevádzky dostatočne stabilné.

4. Studňa je vyložená povrazom rúr až po hornú časť produktívneho ložiska, potom je táto vyvŕtaná a pokrytá vložkou. Vložka je tmelená po celej dĺžke a následne perforovaná v určenom intervale. Pri tomto spôsobe sa dá vyhnúť významnej kontaminácii nádržky výberom preplachovacej kvapaliny len s prihliadnutím na situáciu v samotnej nádrži. Umožňuje selektívne využívanie rôznych vrstiev a umožňuje vám rýchlo a nákladovo efektívne vyvinúť studňu.

5. Od prvého spôsobu sa líši len tým, že po vyvŕtaní produktívneho ložiska sa do vrtu spúšťa pažnicová kolóna, ktorej spodná časť je vopred zložená z rúrok so štrbinovými otvormi, a že sa tmelí len nad ňou. strecha produkčného ložiska. Perforovaná časť kolóny je umiestnená oproti produktívnemu ložisku. Touto metódou nie je možné zabezpečiť selektívne využitie jednej alebo druhej vrstvy.

Faktory, ktoré sa berú do úvahy pri výbere cementovacieho materiálu na cementovanie konkrétneho intervalu jamky.

Voľba cementačných materiálov na cementovanie pažníc je daná litofaciálnymi charakteristikami sekcie a hlavnými faktormi určujúcimi zloženie cementačnej suspenzie sú teplota, formačný tlak, tlak hydraulického štiepenia, prítomnosť usadenín solí, typ kvapaliny, Tmeliaca kaša vo všeobecnosti pozostáva z cementového cementu, stredného miešania, činidiel-urýchľovačov a spomaľovačov tuhnutia, činidiel-znižovačov rýchlosti filtrácie a špeciálnych prísad. Injektážny cement sa volí nasledovne: druh cementu sa špecifikuje na základe teplotného intervalu, intervalu merania hustoty cementovej suspenzie a typov tekutín a usadenín v intervale cementovania. Zmiešavacie médium sa volí v závislosti od prítomnosti usadenín soli v časti studne alebo od stupňa slanosti vody z formácie. Aby sa zabránilo predčasnému zahusťovaniu cementovej kaše a zalievaniu produktívnych horizontov, je potrebné znížiť rýchlosť filtrácie cementovej kaše. Ako redukcie tohto indikátora sa používajú NTF, gipan, CMC, PVS-TR. Na zvýšenie tepelnej odolnosti chemických prísad, štruktúrnych disperzných systémov a odstránenie vedľajších účinkov pri použití určitých činidiel sa používa íl, lúh sodný, chlorid vápenatý a chrómany.

Výber základnej sady na získanie vysokokvalitného jadra.

Nástroj na prijímanie jadra je nástroj, ktorý zabezpečuje prijímanie, oddeľovanie od horninového masívu zásobníka a konzervovanie jadra počas procesu vŕtania a počas prepravy cez vrt. až po jeho odstránenie na povrch na výskum. Varianty: - P1 - pre rotačné vŕtanie s odnímateľným (odnímateľným cez BT) jadrom prijímača, - P2 - nevyberateľným jadrom prijímača, - T1 - pre turbínové vŕtanie s odnímateľným jadrom prijímača, - T2 - s neodnímateľným jadrom prijímača . Typy: - na výber jadra z radu hustých zásobníkov (dvojjadrový projektil s jadrom, izolovaný od vývodov pankreasu a otáčajúci sa s telom projektilu), - na výber jadra v zásobníkoch, ktoré sú rozbité, pokrčené alebo so striedavou hustotou a tvrdosť (nerotujúci prijímač jadra, zavesený na jednom alebo viacerých ložiskách a spoľahlivých prerušovačoch jadra a držiakoch jadra), - na odber vzoriek jadra vo veľkom uhľovodíkov, ľahko rozoberateľný. a erózie. RV (má zabezpečiť úplné utesnenie jadra a uzavretie otvoru na vloženie jadra na konci vŕtania)

Konštrukčné vlastnosti a oblasti použitia vrtných rúr.

Hnacie rúrky vŕtania sa používajú na prenos rotácie z rotora na vrtnú kolónu. Vŕtacie rúry majú zvyčajne štvorcový alebo šesťhranný prierez. Vyrábajú sa v dvoch verziách: prefabrikované a pevné. Vŕtacie rúry s upchatými koncami sú dodávané s upchatými koncami smerom von a dovnútra. Vŕtacie rúry s navarenými spojovacími koncami sa vyrábajú v dvoch typoch: TBPV - s navarenými spojovacími koncami pozdĺž upnutého dielu a TBP - s navarenými spojovacími koncami pozdĺž dielu, ktorý nie je upchatý zvonku Vŕtacie rúry s blokovacími manžetami TBB sa líšia od štandardných rúr s upnutými koncami v prítomnosť blokovacích objímok na koncoch potrubia, valcový závit so stúpaním 4 mm, trvalé spojenie potrubia so zámkom, tesné spojenie so zámkom. Vŕtacie rúry so stabilizačnými páskami sa od štandardných rúr líšia prítomnosťou hladkých úsekov rúry priamo za naskrutkovanou vsuvkou a spojkou uzáveru a stabilizačných tesniacich pásov na zámkoch, kužeľový (1:32) trapézový závit so stúpaním 5,08 mm s protikusom pozdĺž vnútorného priemeru……….

Zásady výpočtu vrtnej kolóny pri vŕtaní s vrtným motorom .

Výpočet BC pri vŕtaní 3D rezu priamo nakloneného úseku smerového vrtu

Qprod=Qcosa; Qnorm=Qsina; Ftr=μQn=μQsinα;(μ~0,3);

Pprod=Qprod+Ftr=Q(sinα+μsinα)

LI>=Lbuilding+Lubt+Lnc+lI1+…+l1n Ak nie, potom lIny=LI-(Lbuilding+Lubt+Lnc+lI1+…+l1(n-1))

Výpočet BC pri 3D vŕtaní v zakrivenom úseku smerovej studne.

II

Pi=FIItr+QIIproject QIIproject=|goR(sinαк-sinαн)|

Pi=μ|±2goR2(sinαк-sinαн)-goR2sinαкΔα±PнΔα|+|goR2(sinαк-sinαн)|

Δα=-- Ak>, potomcos “+”

„-Pn“ – pri nastavení zakrivenia „+Pn“ – pri vynulovaní zakrivenia

predpokladá sa, že na mieste BC pozostáva z jedného úseku =πα/180=0,1745α

Zásady výpočtu vrtnej kolóny pri vŕtaní rotačnou metódou.

Statický výpočet, keď sa neberú do úvahy striedavé cyklické napätia, ale berú sa do úvahy konštantné ohybové a torzné napätia

Pre dostatočnú silu alebo vytrvalosť

Statický výpočet pre vertikálne vrty:

;

Kz=1,4 – pri normále. konvenčné Kz=1,45 – v prípade komplikácií. konvenčné

pre svahovité plochy

;

;

Režim vŕtania. Metodika jeho optimalizácie

Režim vŕtania je kombináciou parametrov, ktoré výrazne ovplyvňujú výkon korunky a ktoré môže vŕtač zmeniť zo svojej konzoly.

Pd [kN] – zaťaženie bitu, n [ot./min] – rýchlosť otáčania bitu, Q [l/s] – priemyselný prietok (posuv). g-ti, H [m] – penetrácia na bit, Vm [m/hod] – kožušina. rýchlosť vnikania, Vср=H/tБ – priemerná, Vм(t)=dh/dtБ – okamžitá, Vр [m/hod] – bežná rýchlosť vŕtania, Vр=H/(tБ + tSPO + tВ), C [rub/ m ] – prevádzkové náklady na 1 m prieniku, C=(Cd+Sch(tB + tSPO + tB))/H, Cd – náklady na bit; Cch – náklady na 1 hodinu vŕtacej práce. rev. Optimalizácia režimu vŕtania: maxVp – prieskum. dobre, minC – exp. dobre..

(Pd, n, Q)opt=minC, maxVr

C=fl(Pd, n, Q); Vp=f2(Pd, n, Q)

Etapy hľadania optimálneho režimu - vo fáze návrhu - prevádzková optimalizácia režimu vŕtania - úprava režimu návrhu s prihliadnutím na informácie získané počas procesu vŕtania

Počas procesu návrhu používame informácie. získané pri vŕtaní studne. v tomto regióne, v analógovom režime. konv., údaje na goelog. časť studne, odporúčania výrobcu vŕtačky. náradia, prevádzkové charakteristiky vrtných motorov.

2 spôsoby, ako vybrať horný bit v spodnej časti:

- grafické tgα=dh/dt=Vm(t)=h(t)/(topt+tsp+tv) - analytické

Klasifikácia metód stimulácie prítoku počas vývoja studne.

Vývoj znamená súbor prác na stimuláciu prítoku tekutiny z produkčnej formácie, vyčistenie zóny blízko vrtu od kontaminácie a poskytnutie podmienok na získanie najvyššej možnej produktivity vrtu.

Na získanie prítoku z produktívneho horizontu je potrebné znížiť tlak v studni výrazne pod tlak v nádrži. Existujú rôzne spôsoby zníženia tlaku, založené buď na výmene ťažkej preplachovacej kvapaliny za ľahšiu, alebo na postupnom alebo prudkom znižovaní hladiny kvapaliny vo výrobnom reťazci. Na vyvolanie prítoku z útvaru zloženého zo slabo stabilných hornín sa používajú metódy postupného znižovania tlaku alebo s malou amplitúdou kolísania tlaku, aby sa zabránilo deštrukcii nádrže. Ak je produktívna formácia zložená z veľmi pevnej horniny, potom sa najväčší účinok často dosiahne náhlym vytvorením veľkých depresií. Pri výbere spôsobu vyvolania prítoku, veľkosti a charakteru vytvorenia depresie je potrebné vziať do úvahy stabilitu a štruktúru horniny rezervoáru, zloženie a vlastnosti kvapalín, ktoré ju nasýtia, stupeň kontaminácie pri otváraní, prítomnosť priepustných horizontov umiestnených v blízkosti nad a pod, pevnosť plášťa a stav podpery studne. Pri veľmi náhlom vytvorení veľkej priehlbiny môže byť ohrozená pevnosť a tesnosť podpery a pri krátkodobom, ale silnom zvýšení tlaku v studni môže dôjsť k absorpcii tekutiny do produktívnej formácie.

Výmena ťažkej tekutiny za ľahšiu. Rúrka sa spustí takmer na dno, ak je produktívny útvar zložený z dobre odolnej horniny, alebo približne k horným perforačným otvorom, ak hornina nie je dostatočne stabilná. Výmena kvapaliny sa zvyčajne vykonáva metódou reverznej cirkulácie: kvapalina, ktorej hustota je menšia ako hustota preplachovacej kvapaliny vo výrobnom plášti, sa čerpá do medzikružia pomocou mobilného piestového čerpadla. Keď ľahšia kvapalina naplní prstenec a vytlačí ťažšiu kvapalinu do potrubia, tlak v čerpadle sa zvýši. Svoje maximum dosiahne v momente, keď sa ľahká tekutina priblíži k hadičke. p umt = (p pr -r cool)qz nct +p nct +p mt, kde p pr a p cool sú hustoty ťažkých a ľahkých kvapalín, kg/m; z hadička je hĺbka vedenia hadičky, m; p hadičky a p mt - hydraulické straty v potrubí a v medzikruží, Pa. Tento tlak by nemal prekročiť tlak tlakovej skúšky výrobného puzdra p umt< p оп.

Ak je hornina slabo stabilná, množstvo zníženia hustoty počas jedného cirkulačného cyklu sa zníži ešte viac, niekedy až na p -p = 150-200 kg/m3. Pri plánovaní práce na zavolaní prítoku by ste to mali vziať do úvahy a vopred pripraviť nádoby so zásobou tekutín vhodnej hustoty, ako aj zariadenia na reguláciu hustoty.

Pri čerpaní ľahšej tekutiny sa stav studne monitoruje pomocou údajov z tlakomeru a pomeru prietokov tekutín čerpaných do medzikružia a tekutín vytekajúcich z potrubia. Ak sa rýchlosť prúdenia vystupujúcej tekutiny zvýši, je to znak, že sa začal prítok z formácie. V prípade rýchleho zvýšenia prietoku na výstupe z hadičky a poklesu tlaku v medzikruží je výstupný prúd nasmerovaný potrubím s armatúrou.

Ak nahradenie ťažkej vrtnej kvapaliny čistou vodou alebo odplyneným olejom nestačí na získanie stabilného toku z formácie, uchýlia sa k iným metódam zvýšenia odberu alebo stimulácie.

Keď je nádrž zložená zo slabo stabilnej horniny, ďalšie zníženie tlaku je možné nahradením vody alebo ropy zmesou plynu a kvapaliny. Na tento účel je k medzikruží vrtu pripojené piestové čerpadlo a mobilný kompresor. Po prepláchnutí studne na čistú vodu nastavte prietok čerpadla tak, aby tlak v ňom bol výrazne nižší, ako je prípustný pre kompresor, a rýchlosť prúdenia smerom nadol bola približne 0,8-1 m/s a zapnite kompresor. Prúd vzduchu čerpaný kompresorom sa v prevzdušňovači mieša s prúdom vody dodávaným čerpadlom a do medzirúrkového priestoru vstupuje zmes plynu a kvapaliny; tlak v kompresore a čerpadle sa začne zvyšovať a dosiahne maximum v momente, keď sa zmes priblíži k hadičke. Keď sa zmes plynu a kvapaliny pohybuje pozdĺž hadičky a vytláča nehybnú vodu, tlak v kompresore a čerpadle sa zníži. Stupeň prevzdušňovania a znižovania statického tlaku vo vrte sa zvyšuje v malých krokoch po dokončení jedného alebo dvoch obehových cyklov tak, aby tlak v medzikruží pri ústí vrtu nepresiahol hodnotu prípustnú pre kompresor.

Významnou nevýhodou tohto spôsobu je potreba udržiavať dostatočne veľké prietoky vzduchu a vody. Výrazne znížiť spotrebu vzduchu a vody a efektívne znížiť tlak v studni je možné použitím dvojfázovej peny namiesto zmesi voda-vzduch. Takéto peny sa pripravujú na báze mineralizovanej vody, vzduchu a vhodnej penovej povrchovo aktívnej látky.

Zníženie tlaku v studni pomocou kompresora. Na vyvolanie prítoku z útvarov zložených zo silných stabilných hornín sa široko používa kompresorová metóda na zníženie hladiny kvapaliny v studni. Podstata jednej z odrôd tejto metódy je nasledovná. Mobilný kompresor pumpuje vzduch do medzikružia tak, aby stlačil hladinu kvapaliny v ňom čo najhlbšie, prevzdušnil kvapalinu v potrubí a vytvoril priehlbinu potrebnú na získanie prítoku z produktívnej formácie. Ak je statická hladina tekutiny v studni pred začiatkom operácie pri ústí, hĺbka, do ktorej sa hladina v medzikruží môže zatlačiť späť, keď sa vstrekne vzduch.

Ak z sn > z hadičky, potom vzduch čerpaný kompresorom vnikne do hadičiek a začne prevzdušňovať kvapalinu v nich, akonáhle hladina v medzikruží klesne na hadičku.

Ak z sn > z hadičky, potom pred spustením hadičiek do studní sú v nich nainštalované špeciálne spúšťacie ventily. Horný štartovací ventil je inštalovaný v hĺbke z" štart = z" sn - 20m. Keď kompresor čerpá vzduch, štartovací ventil sa otvorí v momente, keď sú tlaky v potrubí a v medzikruží v hĺbke jeho inštalácie rovnaké; v tomto prípade vzduch začne unikať cez ventil do hadičky a prevzdušňovať kvapalinu a tlak v medzikruží a v hadičke sa zníži. Ak po znížení tlaku v studni nezačne prítok z formácie a takmer všetka tekutina z potrubia nad ventilom je vytlačená vzduchom, ventil sa uzavrie, tlak v medzikruží sa opäť zvýši a hladina kvapaliny klesne na ďalší ventil. Inštalačná hĺbka z"" ďalšieho ventilu sa dá zistiť z rovnice, ak do nej dáme z = z"" + 20 a z st = z" sn.

Ak sa pred začiatkom prevádzky statická hladina kvapaliny v studni nachádza výrazne pod ústím, potom pri čerpaní vzduchu do medzikružia a zatlačení hladiny kvapaliny späť do hĺbky z cn sa zvyšuje tlak na produkčnú formáciu, čo môže spôsobiť vstrebanie časti kvapaliny do nej. Absorpcii tekutiny do formácie je možné zabrániť inštaláciou pakru na spodný koniec potrubia a špeciálneho ventilu vo vnútri potrubia a použitím týchto zariadení na oddelenie zóny produktívnej formácie od zvyšku vrtu. V tomto prípade, keď sa vzduch čerpá do medzikružia, tlak na formáciu zostane nezmenený, kým tlak v hadicovom reťazci nad ventilom neklesne pod tlak formácie. Akonáhle je depresia dostatočná na prítok formovacej tekutiny, ventil sa zdvihne a formovacia tekutina začne stúpať pozdĺž potrubia.

Po prijatí prítoku ropy alebo plynu musí vrt nejaký čas fungovať pri najvyššom možnom prietoku, aby sa vrtná kvapalina a jej filtrát, ako aj iné prachové častice, ktoré tam prenikli, mohli odstrániť z blízkeho vrtu. zóna; prietok sa reguluje tak, aby sa nezačala deštrukcia kolektora. Pravidelne sa odoberajú vzorky tekutiny vytekajúcej z vrtu s cieľom študovať jej zloženie a vlastnosti a sledovať obsah pevných častíc v nej. Zníženie obsahu pevných častíc sa používa na posúdenie postupu čistenia blízkej oblasti trupu od kontaminácie.

Ak sa napriek vytvoreniu veľkej depresie ukáže, že prietok studne je nízky, potom sa zvyčajne uchýlia k rôznym metódam stimulácie formácie.

Klasifikácia metód stimulácie prítoku počas vývoja studne.

Na základe analýzy kontrolovateľných faktorov je možné zostaviť klasifikáciu metód umelej stimulácie tak na útvare ako celku, ako aj na zóne dna každej konkrétnej studne. Podľa princípu pôsobenia sú všetky metódy umelého ovplyvňovania rozdelené do nasledujúcich skupín:

1. Hydrogasdynamický.

2. Fyzikálno-chemické.

3. Tepelné.

4. Kombinované.

Spomedzi metód umelej stimulácie nádrže sú najpoužívanejšie hydro-plynodynamické metódy spojené s riadením veľkosti tlaku v nádrži vstrekovaním rôznych tekutín do nádrže. Dnes je viac ako 90 % ropy produkovanej v Rusku spojených s metódami regulácie tlaku v nádrži vstrekovaním vody do nádrže, ktoré sa nazývajú metódy zaplavovania nádrží (RPM). Na mnohých poliach sa udržiavanie tlaku vykonáva vstrekovaním plynu.

Analýza vývoja poľa ukazuje, že ak je tlak v nádrži nízky, zásobovací okruh je dostatočne vzdialený od vrtov alebo nie je aktívny drenážny režim, môže byť rýchlosť ťažby ropy dosť nízka; Faktor regenerácie ropy je tiež nízky. Vo všetkých týchto prípadoch je nevyhnutné použitie jedného alebo druhého PPD systému.

Hlavné problémy riadenia procesu rozvoja rezervy umelou stimuláciou nádrže sú teda spojené so štúdiom zaplavovania.

Metódy umelého ovplyvňovania dolných zón studne majú podstatne širšiu škálu možností. Vplyv na zónu vrtu sa uskutočňuje už v štádiu počiatočného otvorenia produkčného horizontu počas procesu výstavby vrtu, čo spravidla vedie k zhoršeniu vlastností zóny dna. Najrozšírenejšie sú spôsoby ovplyvňovania zóny dna pri prevádzke studní, ktoré sa zase delia na spôsoby intenzifikácie prítoku alebo injektivity a spôsoby obmedzovania alebo izolácie prítoku vody (opravné a izolačné práce - RIR).

Klasifikácia spôsobov ovplyvňovania zdržnej zóny za účelom zintenzívnenia prítoku alebo injektivity je uvedená v tabuľky 1, a na obmedzenie alebo izoláciu prítokov vody - in tabuľky 2. Je celkom zrejmé, že uvedené tabuľky, keďže sú celkom kompletné, obsahujú len v praxi najviac overené metódy umelého ovplyvnenia CCD. Nevylučujú, ale naopak naznačujú potrebu doplnenia tak v spôsoboch ovplyvňovania, ako aj v použitých materiáloch.

Predtým, ako prejdeme k úvahám o metódach riadenia procesu rozvoja zásob, poznamenávame, že predmetom štúdia je komplexný systém pozostávajúci z ložiska (zóna nasýtená ropou a oblasť dobíjania) s jeho rezervoárovými vlastnosťami a saturačnými tekutinami a určitým počet studní systematicky umiestnených na ložisku. Tento systém je hydrodynamicky zjednotený, čo znamená, že akákoľvek zmena niektorého z jeho prvkov automaticky vedie k zodpovedajúcej zmene fungovania celého systému, t.j. Tento systém je automaticky nastaviteľný.

Popíšte technické prostriedky na získavanie prevádzkových informácií počas procesu vŕtania.

Informačná podpora pre proces vŕtania ropných a plynových vrtov je najdôležitejším článkom v procese výstavby vrtu, najmä pri zavádzaní a rozvoji nových ropných a plynových polí.

Požiadavkami na informačnú podporu výstavby ropných a plynových vrtov je v tejto situácii preniesť informačné technológie do kategórie informačno-podporných a informačno-ovplyvňujúcich, v ktorých by informačná podpora spolu so získaním potrebného množstva informácií poskytla dodatočný ekonomický, technologický alebo iný efekt. Tieto technológie zahŕňajú nasledujúce komplexné práce:

kontrola technologických parametrov povrchu a výber najoptimálnejších režimov vŕtania (napríklad výber optimálneho zaťaženia vrtáka, zabezpečenie vysokej miery penetrácie);

hĺbkové merania a ťažba dreva počas vŕtania (systémy MWD a LWD);

merania a zber informácií, sprevádzané súčasným riadením procesu vŕtania (riadenie trajektórie horizontálneho vrtu pomocou riadených dolových orientátorov na základe údajov z dolových telemetrických systémov).

V informačnej podpore procesu výstavby studne zohráva obzvlášť dôležitú úlohu geologický a technologický výskum (GTI). Hlavnými úlohami služby geologickej a technickej inšpekcie je štúdium geologickej stavby vrtu, identifikácia a hodnotenie produkčných útvarov a zlepšenie kvality výstavby vrtu na základe geologických, geochemických, geofyzikálnych a technologických informácií získaných počas procesu vŕtania. Prevádzkové informácie prijímané službou GTI majú veľký význam pri vŕtaní prieskumných vrtov v slabo študovaných regiónoch so zložitými banskými a geologickými podmienkami, ako aj pri vŕtaní smerových a horizontálnych vrtov.

Vzhľadom na nové požiadavky na informačnú podporu procesu vŕtania sa však úlohy riešené službou geologickej a technickej kontroly môžu výrazne rozšíriť. Vysoko kvalifikovaní operátori vsádzky GTI, pracujúci na vrtnej súprave, počas celého cyklu výstavby vrtu, s dostupnosťou vhodného hardvéru a metodických nástrojov a softvéru, sú schopní prakticky riešiť celý rad úloh pre informačnú podporu procesu vŕtania:

geologický, geochemický a technologický výskum;

údržba a práca s telemetrickými systémami (systémy MWD a LWD);

údržba autonómnych potrubných systémov merania a zaznamenávania;

kontrola parametrov vrtnej kvapaliny;

kontrola kvality plášťa studne;

štúdie formovacej tekutiny počas odberu vzoriek a testovania studní;

protokolovanie káblovej siete;

dozorné služby atď.

V mnohých prípadoch je kombinovanie týchto prác v dávkach geofyzikálneho prieskumu ekonomicky výhodnejšie a umožňuje úsporu neproduktívnych nákladov na údržbu špecializovaných, vysoko cielených geofyzikálnych častí a minimalizáciu nákladov na dopravu.

V súčasnosti však neexistujú technické a softvérovo-metodické nástroje, ktoré by umožnili spojiť uvedené práce do jedného technologického reťazca na stanici plynárenskej technickej kontroly.

Preto vznikla potreba vyvinúť pokročilejšiu stanicu GTI novej generácie, ktorá by rozšírila funkcionalitu stanice GTI. Zvážme hlavné smery práce v tomto prípade.

Základné požiadavky na moderná stanica GTI- spoľahlivosť, všestrannosť, modularita a informačný obsah.

Štruktúra stanice znázornené na obr. 1. Je postavená na princípe distribuovaných vzdialených zberných systémov, ktoré sú vzájomne prepojené pomocou štandardného sériového rozhrania. Hlavnými nadväzujúcimi zbernými systémami sú koncentrátory určené na oddelenie sériového rozhrania a prepájanie jednotlivých komponentov stanice: modul na zaznamenávanie plynu, modul geologických prístrojov, digitálne alebo analógové snímače, informačné tabule. Prostredníctvom tých istých uzlov sú k zbernému systému (k záznamovému počítaču operátora) pripojené ďalšie autonómne moduly a systémy - modul kontroly kvality plášťa (rozdeľovací blok), pozemné moduly telemetrických systémov zvodov, systémy zaznamenávania geofyzikálnych údajov spoločnosti „Hector“. “ alebo typu „Vulcan“ atď.

Ryža. 1. Zjednodušená bloková schéma stanice GTI

Rozbočovače musia súčasne zabezpečovať galvanické oddelenie komunikačných a silových obvodov. V závislosti od úloh pridelených stanici GTI môže byť počet koncentrátorov rôzny - od niekoľkých jednotiek až po niekoľko desiatok kusov. Softvér stanice GTI zabezpečuje plnú kompatibilitu a koordinovanú prevádzku všetkých technických prostriedkov v jedinom softvérovom prostredí.

Senzory procesných parametrov

Senzory procesných parametrov používané v staniciach GTI sú jednou z najdôležitejších súčastí stanice. Efektívnosť služby geologickej a technickej inšpekcie pri riešení problémov monitorovania a prevádzkového riadenia procesu vŕtania do značnej miery závisí od presnosti odčítania a spoľahlivosti snímačov. V dôsledku náročných prevádzkových podmienok (široký teplotný rozsah od –50 do +50 ºС, agresívne prostredie, silné vibrácie atď.) však snímače zostávajú najslabším a najnespoľahlivejším článkom technického vybavenia GTI.

Snímače používané vo výrobných dávkach GTI boli väčšinou vyvinuté začiatkom 90. rokov s využitím domácich komponentov a primárnych meracích prvkov domácej výroby. Navyše kvôli nedostatku výberu boli použité verejne dostupné primárne konvertory, ktoré nie vždy spĺňali prísne požiadavky na prácu v podmienkach vŕtania. To vysvetľuje nedostatočne vysokú spoľahlivosť použitých snímačov.

Princípy meracích snímačov a ich konštrukčné riešenia boli zvolené vo vzťahu k starým domácim vrtným súpravám, a preto je ich inštalácia na moderné vrtné súpravy, a ešte viac na vrtné súpravy zahraničnej výroby, náročná.

Z uvedeného vyplýva, že vývoj novej generácie snímačov je mimoriadne aktuálny a aktuálny.

Pri vývoji snímačov GTI je jednou z požiadaviek ich prispôsobenie všetkým vrtným súpravám existujúcim na ruskom trhu.

Dostupnosť širokého výberu vysoko presných snímačov a vysoko integrovaných mikroprocesorov malých rozmerov umožňuje vývoj vysoko presných programovateľných snímačov s vyššou funkčnosťou. Snímače majú unipolárne napájacie napätie a súčasne digitálne a analógové výstupy. Kalibrácia a nastavenie snímačov sa vykonáva programovo z počítača zo stanice, je zabezpečená možnosť softvérovej kompenzácie teplotných chýb a linearizácie charakteristík snímača. Digitálna časť elektronickej dosky pre všetky typy snímačov je rovnaká a líši sa iba vnútorným nastavením programu, vďaka čomu je pri opravách jednotná a zameniteľná. Vzhľad snímačov je znázornený na obr. 2.

Ryža. 2. Snímače technologických parametrov

Snímač zaťaženia na háku má množstvo znakov (obr. 3). Princíp činnosti snímača je založený na meraní napínacej sily ťažného lana na „mŕtvom“ konci pomocou tenzometrického snímača sily. Snímač má vstavaný procesor a energeticky nezávislú pamäť. Všetky informácie sa zaznamenávajú a ukladajú do tejto pamäte. Kapacita pamäte vám umožňuje uložiť informácie za mesiac. Snímač môže byť vybavený autonómnym napájaním, ktoré zaisťuje činnosť snímača pri vypnutom externom zdroji napájania.

Ryža. 3. Snímač hmotnosti na háku

Informačná tabuľa vŕtačky navrhnuté tak, aby zobrazovali a vizualizovali informácie prijaté zo senzorov. Vzhľad výsledkovej tabuľky je znázornený na obr. 4.

Na prednom paneli konzoly vŕtačky je šesť lineárnych mierok s prídavným digitálnym displejom na zobrazenie nasledujúcich parametrov: krútiaci moment na rotore, tlak vstupnej kvapaliny, hustota vstupnej kvapaliny, hladina kvapaliny v nádrži, prietok vstupnej kvapaliny, výstupná kvapalina prietok. Parametre závažia na háku a záťaže na udici sú analogicky s GIV zobrazované na dvoch číselníkových váhach s dodatočnou duplikáciou v digitálnej forme. V spodnej časti displeja je jedna lineárna stupnica na zobrazenie rýchlosti vŕtania, tri digitálne indikátory na zobrazenie parametrov - hĺbka dna, poloha nad dnom, obsah plynu. Alfanumerický indikátor je určený na zobrazovanie textových správ a upozornení.

Ryža. 4. Vzhľad informačnej tabule

Geochemický modul

Geochemický modul stanice obsahuje plynový chromatograf, analyzátor celkového obsahu plynov, vedenie plyn-vzduch a odplyňovač vrtnej kvapaliny.

Najdôležitejšou súčasťou geochemického modulu je plynový chromatograf. Pre bezchybnú a jasnú identifikáciu produktívnych intervalov v procese ich otvárania potrebujete veľmi spoľahlivé, presné, vysoko citlivé zariadenie, ktoré vám umožní určiť koncentráciu a zloženie nasýtených uhľovodíkových plynov v rozsahu od 110 -5 na 100 %. Za týmto účelom dobudovať stanicu GTI, a plynový chromatograf "Rubin"(obr. 5) (pozri článok v tomto čísle NTV).

Ryža. 5. Poľný chromatograf "Rubin"

Citlivosť geochemického modulu stanice GTI sa dá zvýšiť aj zvýšením koeficientu odplynenia vrtnej kvapaliny.

Na izoláciu plynu zo spodnej diery rozpusteného vo vrtnej kvapaline, dva typy odplyňovačov(obr. 6):

pasívne plavákové odplyňovače;

aktívne odplyňovače s nútenou fragmentáciou prúdu.

Plavákové odplyňovače sú jednoduché a spoľahlivé v prevádzke, ale poskytujú koeficient odplynenia nie viac ako 1-2%. Odplyňovače s nútenou fragmentáciou prietoku môžu poskytnúť koeficient odplynenia až 80-90%, ale sú menej spoľahlivé a vyžadujú neustále monitorovanie.

Ryža. 6. Vŕtanie odplyňovačov bahna

a) pasívny plavákový odplyňovač; b) aktívny odplyňovač

Kontinuálna analýza celkového obsahu plynu sa vykonáva pomocou diaľkový snímač celkového plynu. Výhodou tohto senzora oproti tradičným analyzátorom celkového plynu umiestneným na stanici je efektívnosť prijímaných informácií, keďže senzor je umiestnený priamo na mieste vŕtania a je eliminované oneskorenie transportu plynu z miesta vŕtania do stanice. Okrem toho, na dokončenie staníc, sme vyvinuli plynové senzory na meranie koncentrácií neuhľovodíkových zložiek analyzovanej zmesi plynov: vodík H2, oxid uhoľnatý CO, sírovodík H2S (obr. 7).

Ryža. 7. Senzory na meranie obsahu plynu

Geologický modul

Geologický modul stanice zabezpečuje štúdium vrtných úlomkov, jadra a formačnej tekutiny pri vŕtaní studne, evidenciu a spracovanie výsledných údajov.

Výskum realizovaný prevádzkovateľmi staníc GTI nám umožňuje vyriešiť nasledovné: hlavné geologické úlohy:

litologické členenie rezu;

izolácia nádrží;

posúdenie charakteru nasýtenia nádrže.

Na rýchle a efektívne riešenie týchto problémov bol stanovený najoptimálnejší zoznam prístrojov a zariadení a na základe toho bol vyvinutý súbor geologických prístrojov (obr. 8).

Ryža. 8. Zariadenie a prístroje geologického modulu stanice

Mikroprocesorový uhlíkový merač KM-1A určené na určenie minerálneho zloženia hornín v karbonátových úsekoch pomocou úštepov a jadra. Toto zariadenie umožňuje určiť percento kalcitu, dolomitu a nerozpustných zvyškov v skúmanej vzorke horniny. Zariadenie má vstavaný mikroprocesor, ktorý vypočítava percento kalcitu a dolomitu, ktorých hodnoty sa zobrazujú na digitálnom displeji alebo na obrazovke monitora. Bola vyvinutá modifikácia karbonátového merača, ktorá umožňuje stanoviť obsah minerálu sideritu v hornine (hustota 3,94 g/cm 3), ktorý ovplyvňuje hustotu karbonátových hornín a cementu terigénnych hornín, čo môže výrazne znížiť hodnoty pórovitosti.

Hustomer kalu PSH-1 určený na expresné meranie hustoty a hodnotenie celkovej pórovitosti hornín z úlomkov a jadier. Princíp merania zariadenia je hydrometrický, založený na vážení skúmanej vzorky kalu vo vzduchu a vo vode. Pomocou hustomera PSh-1 môžete merať hustotu hornín s hustotou 1,1-3 g/cm³ .

Inštalácia PP-3 určené na identifikáciu rezervoárových hornín a štúdium rezervoárových vlastností hornín. Toto zariadenie umožňuje určiť objemovú, mineralogickú hustotu a celkovú pórovitosť. Princíp merania prístroja je termogravimetrický, založený na vysoko presnom meraní hmotnosti študovanej vzorky horniny, predtým nasýtenej vodou, a nepretržitom sledovaní zmien hmotnosti tejto vzorky pri odparovaní vlhkosti pri zahrievaní. Na základe doby odparovania vlhkosti možno posúdiť priepustnosť skúmanej horniny.

Jednotka na destiláciu tekutín UJ-2 určený pre posúdenie charakteru nasýtenia horninových rezervoárov na základe odrezkov a jadier, filtračných a hustotných vlastností a tiež umožňuje určiť zvyškovú nasýtenosť ropou a vodou na základe jadrových a vrtných úlomkov priamo na mieste vŕtania vďaka použitiu nového prístup v systéme chladenia destilátu. Inštalácia využíva systém chladenia kondenzátu založený na Peltierovom termoelektrickom prvku namiesto vodných výmenníkov tepla používaných v podobných zariadeniach. To znižuje straty kondenzátu poskytovaním riadeného chladenia. Princíp činnosti zariadenia je založený na vytláčaní formačných tekutín z pórov vzoriek hornín v dôsledku nadmerného tlaku vznikajúceho pri termostaticky riadenom ohreve z 90 na 200 ºС ( 3 ºС), kondenzácii pár vo výmenníku tepla a separácii kondenzátu vzniknutého počas destilačného procesu hustotou na olej a vodu.

Jednotka tepelnej desorpcie a pyrolýzy umožňuje určiť prítomnosť voľných a sorbovaných uhľovodíkov z malých vzoriek hornín (kal, časti jadra), ako aj posúdiť prítomnosť a stupeň premeny organickej hmoty a na základe interpretácie získaných údajov určiť intervaly nádrží a uzáverov ťažobných ložísk v častiach vrtov, ako aj posúdiť saturáciu prírody kolektorov.

IR spektrometer vytvorené pre stanovenie prítomnosti a kvantitatívne hodnotenie uhľovodíka prítomného v skúmanej hornine (plynový kondenzát, ľahká ropa, ťažká ropa, bitúmen atď.) s cieľom posúdiť charakter nasýtenia nádrže.

Luminoskop LU-1M s diaľkovým UV žiaričom a fotografickým zariadením je určený na skúmanie vrtných výrezov a vzoriek jadra pod ultrafialovým osvetlením za účelom zistenia prítomnosti bitúmenových látok v hornine, ako aj ich kvantitatívneho hodnotenia. Princíp merania prístroja je založený na vlastnosti bitúmenu pri ožiarení ultrafialovými lúčmi vyžarovať „studenú“ žiaru, ktorej intenzita a farba umožňuje vizuálne určiť prítomnosť, kvalitatívne a kvantitatívne zloženie bitúmenu v skúmanú horninu s cieľom posúdiť charakter nasýtenia nádrže. Zariadenie na fotografovanie kukiel je určené na dokumentáciu výsledkov luminiscenčnej analýzy a pomáha eliminovať subjektívny faktor pri posudzovaní výsledkov analýzy. Diaľkový iluminátor umožňuje predbežnú kontrolu veľkých jadier na vrtnej súprave s cieľom identifikovať prítomnosť bitúmenov.

Sušička kalu OSH-1 určený na expresné sušenie vzoriek kalu vplyvom tepelného toku. Odvlhčovač má vstavaný nastaviteľný časovač a niekoľko režimov pre nastavenie intenzity a teploty prúdenia vzduchu.

Technické a informačné možnosti opísanej stanice GTI spĺňajú moderné požiadavky a umožňujú implementáciu nových technológií pre informačnú podporu výstavby ropných a plynových vrtov.

Bansko-geologická charakteristika úseku, ktorá ovplyvňuje vznik, prevenciu a elimináciu komplikácií.

Komplikácie pri procese vŕtania vznikajú z nasledujúcich dôvodov: ťažké banské a geologické podmienky; slabé povedomie o nich; nízka rýchlosť vŕtania, napríklad v dôsledku dlhých prestojov, zlých technologických riešení zahrnutých v technickom návrhu výstavby studne.

Pri komplikovanom vŕtaní dochádza častejšie k nehodám.

Pre správne vypracovanie projektu výstavby studne a predchádzanie a riešenie komplikácií pri realizácii projektu je potrebné poznať bansko-geologické charakteristiky.

Tlak v nádrži (Ppl) - tlak tekutiny v horninách s otvorenou pórovitosťou. Takto sa nazývajú skaly, v ktorých medzi sebou komunikujú dutiny. V tomto prípade môže formovacia tekutina prúdiť podľa zákonov hydromechaniky. Medzi takéto horniny patria cementové horniny, pieskovce a rezervoáre produktívnych horizontov.

Pórový tlak (Ppor) je tlak v uzavretých dutinách, to znamená tlak tekutiny v priestore pórov, v ktorom póry spolu nekomunikujú. Íly, soľné kamene a tesnenia nádrží majú tieto vlastnosti.

Horninový tlak (Rg) – hydrostatický (geostatický) tlak v uvažovanej hĺbke z nadložných vrstiev GB.

Statická hladina formovacej tekutiny v studni, určená rovnosťou tlaku tohto stĺpca a formačného tlaku. Hladina môže byť pod povrchom zeme (studňa bude absorbovať), zhodovať sa s povrchom (je tam rovnováha) alebo byť nad povrchom (studňa bude prúdiť) Rpl = rgz.

Dynamická hladina kvapaliny v studni sa nastavuje nad statickú hladinu pri dopĺňaní do studne a pod ňu pri odbere kvapaliny, napríklad pri čerpaní ponorným čerpadlom.

Depresia P = Psq-Rpl<0 – давление в скважине меньше пластового. Наличие депрессии – необходимое условие для притока пластового флюида.

Represia Р=Рсв-Рпл>0 – tlak v studni nie je väčší ako formačný tlak. Prebieha absorpcia.

Koeficient anomálie tlaku v nádrži Ka=Рпл/rвgzпл (1), kde zpl je hĺbka strechy uvažovaného útvaru, rв je hustota vody, g je gravitačné zrýchlenie. Ka<1=>ANPD; Ka>1=>AVPD.

Absorpčný tlak alebo tlak hydraulického štiepenia Рп je tlak, pri ktorom dochádza k absorpcii všetkých fáz preplachovacej alebo cementačnej tekutiny. Hodnota Pp sa určuje empiricky na základe pozorovaných údajov počas procesu vŕtania alebo pomocou špeciálnych štúdií vo vrte. Získané údaje sa používajú pri vŕtaní ďalších podobných studní.

Kombinovaný graf tlakov počas komplikácií. Výber prvej možnosti dizajnu studne.

Kombinovaný graf tlaku. Výber prvej možnosti dizajnu studne.

Pre správne vypracovanie technického projektu výstavby studní je potrebné presne poznať rozloženie formačných (pórových) tlakov a absorpčných (hydraulické štiepenie) tlakov po hĺbke, resp. a Kp (v bezrozmernej forme). Distribúcia Ka a Kp je prezentovaná na grafe kombinovaného tlaku.

Rozloženie Ka a Kp nad hĺbkou z.

· Návrh studne (1. možnosť), ktorý je následne špecifikovaný.

Z tohto grafu je zrejmé, že máme tri hĺbkové intervaly s kompatibilnými podmienkami vŕtania, teda také, v ktorých možno použiť kvapalinu s rovnakou hustotou.

Obzvlášť ťažké je vŕtanie, keď Ka=Kp. Vŕtanie je extrémne náročné pri hodnote Ka=Kp<1. В этих случаях обычно бурят на поглощение или применяют промывку аэрированной жидкостью.

Po otvorení absorbčného intervalu sa vykonajú izolačné práce, vďaka ktorým sa Kp (umelo) zvýši, čím je možné vykonať napríklad tmelenie stĺpa.

Schéma cirkulačného systému studne

Schéma cirkulačného systému studní a schéma rozloženia tlaku v ňom.

Schéma: 1. Bit, 2. Motor na vŕtanie, 3. Vŕtací golier, 4. BT, 5. Kĺb nástroja, 6. Štvorhranný, 7. Otočný, 8. Vŕtacia objímka, 9. Stúpačka, 10. Tlakové potrubie (rozdeľovač), 11. Čerpadlo, 12. Sacie potrubie, 13. Žľabový systém, 14. Vibračné sito.

1. Vedenie na rozvod hydrostatického tlaku.

2. Vedenie rozvodu hydraulického tlaku v prevodovke.

3. Vedenie rozvodu hydraulického tlaku v BT.

Tlak preplachovacej kvapaliny na útvar by mal byť vždy vo vnútri tieňovanej oblasti medzi Ppl a Pp.

Cez každý závitový spoj BC sa kvapalina snaží prúdiť z potrubia do medzikružia (počas cirkulácie). Tento trend je spôsobený rozdielom tlaku v potrubí a prevodovke. Keď dôjde k úniku, závitové spojenie sa zničí. Ak sú všetky ostatné veci rovnaké, organickou nevýhodou vŕtania s hydraulickým vrtným motorom je zvýšený pokles tlaku na každom závitovom spojení, pretože v hĺbkovom motore

Cirkulačný systém slúži na privádzanie vrtnej kvapaliny z ústia vrtu do prijímacích nádrží, čistenie vrtných vrtov a odplyňovanie.

Na obrázku je zjednodušená schéma cirkulačného systému TsS100E: 1 – dolievacie potrubie; 2 – potrubie roztoku; 3 – čistiaca jednotka; 4 – prijímací blok; 5 – ovládacia skriňa elektrických zariadení.

Zjednodušený dizajn cirkulačného systému je odkvapový systém, ktorý pozostáva z žľabu na pohyb roztoku, podlahy v blízkosti žľabu na chôdzu a čistenie žľabov, zábradlia a základne.

Žľaby môžu byť vyrobené z dreva zo 40 mm dosiek a kovu z 3-4 mm plechu. Šírka – 700-800 mm, výška – 400-500 mm. Používajú sa obdĺžnikové a polkruhové žľaby. Aby sa znížil prietok roztoku a strata kalu z neho, sú v žľaboch inštalované priečky a rozdiely vo výške 15-18 cm.Na dne výkopu v týchto miestach sú inštalované poklopy s ventilmi cez ktorým sa odstráni usadená hornina. Celková dĺžka žľabového systému závisí od parametrov použitých roztokov, podmienok a technológie vŕtania, ako aj od mechanizmov používaných na čistenie a odplyňovanie roztokov. Dĺžka môže byť spravidla v rozmedzí 20-50 m.

Pri použití súprav mechanizmov na čistenie a odplyňovanie roztoku (vibračné sitá, odlučovače piesku, odlučovače kalu, odplyňovače, odstredivky) slúži žľabový systém len na privádzanie roztoku z vrtu do mechanizmu a prijímacích nádrží. V tomto prípade dĺžka zákopového systému závisí iba od umiestnenia mechanizmov a kontajnerov vo vzťahu k studni.

Odkvapový systém sa vo väčšine prípadov montuje na kovové podstavce v sekciách s dĺžkou 8-10 m a výškou do 1 m. Takéto sekcie sa inštalujú na oceľové teleskopické stojany, ktoré regulujú výšku inštalácie žľabov. jednoduchšia demontáž odkvapového systému v zime. Ak sa teda pod žľabmi nahromadí a zamrzne vyvŕtaná hornina, žľaby spolu s podstavcami možno z regálov vybrať. Nainštalujte odkvapový systém so sklonom smerom k pohybu roztoku; Žľabový systém je spojený s ústím vrtu potrubím alebo ryhom menšieho prierezu a s veľkým sklonom, aby sa zvýšila rýchlosť pohybu roztoku a znížila sa strata odrezkov v tejto oblasti.

V modernej technológii vŕtania studní sú na vrtné kvapaliny kladené špeciálne požiadavky, podľa ktorých musí zariadenie na čistenie kvapaliny zabezpečovať kvalitné čistenie roztoku od tuhej fázy, premiešať a ochladzovať a tiež odstraňovať plyny z roztoku, ktoré sa do nej dostali z plynom nasýtených útvarov počas vŕtania. V súvislosti s týmito požiadavkami sú moderné vrtné súpravy vybavené cirkulačnými systémami s určitým súborom štandardizovaných mechanizmov - nádob, čistiacich zariadení a prípravy vrtných kvapalín.

Mechanizmy cirkulačného systému zabezpečujú trojstupňové čistenie vrtnej kvapaliny. Z vrtu sa roztok dostáva v prvom stupni hrubého čistenia do vibračného sita a zhromažďuje sa v usadzovacej nádrži nádrže, kde sa ukladá hrubý piesok. Z usadzovacej nádrže roztok prechádza do oddelenia cirkulačného systému a je privádzaný odstredivým kalovým čerpadlom do odplyňovača v prípade potreby odplynenia roztoku a následne do separátora piesku, kde prebieha druhý stupeň čistenia od hornín až po Uskutočňuje sa veľkosť 0,074-0,08 mm. Potom sa roztok privádza do odkalovača - tretieho stupňa čistenia, kde sa odstránia častice horniny do 0,03 mm. Piesok a bahno sa vysypú do nádoby, odkiaľ sa privádza do odstredivky na dodatočné oddelenie roztoku od horniny. Vyčistený roztok z tretieho stupňa vstupuje do prijímacích nádrží - prijímacej jednotky vrtných čerpadiel na jeho dodávanie do studne.

Zariadenie obehového systému sa v závode montuje do nasledujúcich celkov:

jednotka na čistenie roztoku;

stredný blok (jeden alebo dva);

prijímací blok.

Základom pre montáž blokov sú pravouhlé kontajnery inštalované na podstavcoch saní.

Hydraulický tlak ílových a cementových mált po zastavení obehu.

Prevzatia. Dôvody ich výskytu.

Autor:absorpcia vrtných alebo injektážnych kvapalín je typom komplikácie, ktorá sa prejavuje únikom tekutiny z vrtu do skalného útvaru. Na rozdiel od filtrácie sa absorpcia vyznačuje tým, že všetky fázy kvapaliny vstupujú do GP. A pri filtrovaní len pár. V praxi sa straty definujú aj ako denná strata vrtnej kvapaliny do súvrstvia v objeme presahujúcom prirodzenú stratu v dôsledku filtrácie a úlomkov. Každý región má svoj vlastný štandard. Zvyčajne je povolených niekoľko m3 za deň. Absorpcie sú najčastejším typom komplikácií, najmä v regióne Ural-Povolga vo východnej a juhovýchodnej Sibíri. K stratám dochádza v úsekoch, v ktorých sa zvyčajne nachádzajú puklinové GP, nachádzajú sa najväčšie deformácie hornín a ich erózia je spôsobená tektonickými procesmi. Napríklad v Tatarstane sa 14 % kalendárneho času ročne vynakladá na boj proti prevzatiam, čo presahuje čas strávený na kožušine. vŕtanie V dôsledku strát sa podmienky vŕtania studní zhoršujú:

1. Zvyšuje sa riziko prilepenia nástroja, pretože Rýchlosť vzostupného toku vrtnej kvapaliny nad absorpčnou zónou prudko klesá, ak veľké častice odrezkov nevstupujú do formácie, hromadia sa v hlavni, čo spôsobuje utiahnutie a prilepenie nástroja. Pravdepodobnosť zaseknutia nástroja usadzovaním kalu sa zvyšuje najmä po zastavení čerpadiel (cirkulácia).

2. Závaly sutín v nestabilných horninách sa zintenzívňujú. GNVP môže pochádzať z horizontov obsahujúcich tekutinu existujúcich v úseku. Dôvodom je zníženie tlaku v stĺpci kvapaliny. V prítomnosti dvoch alebo viacerých súčasne exponovaných vrstiev s rôznymi koeficientmi. Ka a Kp, môžu medzi nimi vznikať krížové toky, ktoré komplikujú izolačné práce a následné zacementovanie studne.

Veľa času a materiálnych zdrojov (inertné plnivá, zásypové materiály) sa plytvá na izoláciu, prestoje a nehody spôsobujúce absorpciu.

Dôvody akvizícií

Kvalitatívnu úlohu faktorov, ktoré určujú množstvo strát roztoku do stratovej zóny, možno vysledovať zvážením toku viskóznej tekutiny v kruhovej poréznej vrstve alebo kruhovej medzere. Vzorec na výpočet prietoku absorbovanej kvapaliny v poréznom kruhovom útvare získame riešením sústavy rovníc:

1. Pohybová rovnica (V Darcyho forme)

V=K/M*(dP/dr): (1) kde V, P, r, M sú v tomto poradí rýchlosť prúdenia, aktuálny tlak, polomer formovania, viskozita.

2. Rovnica zachovania hmotnosti (kontinuita)

V=Q/F (2) kde Q, F=2πrh, h – v tomto poradí, rýchlosť toku absorpcie kvapaliny, plocha premenlivá pozdĺž polomeru, hrúbka absorpčnej zóny.

3. Stavová rovnica

ρ=konšt. (3) riešením tejto sústavy rovníc: 2 a 3 v 1 dostaneme:

Q = (K/M)*2π rH(dP/dr)

Q= (2π HK(Ps-Ppl))/Mln (rk/rc) (4)vzorec Dupiy

Podobný Boussenescov vzorec (4) možno získať pre m kruhových trhlín (štrbín) rovnako otvorených a rovnako vzdialených od seba.

Q= [(πδ3(Pс-Ppl))/6Mln (rk/rc) ] *m (5)

δ- otvorenie (výška) štrbiny;

m je počet trhlín (štrbín);

M je efektívna viskozita.

Je zrejmé, že na zníženie spotreby absorbovanej kvapaliny podľa vzorcov (4) a (5) je potrebné zvýšiť parametre v menovateľoch a znížiť ich v čitateli.

Podľa (4) a (5)

Q=£(H (alebo m), Ppl, rk, Pc, rc, M, K, (alebo δ)) (6)

Parametre zahrnuté vo funkcii (6) podľa ich pôvodu v čase otvorenia absorpčnej zóny možno rozdeliť do 3 skupín.

1.skupina – geologické parametre;

2. skupina – technologické parametre;

3. skupina – zmiešaná.

Toto rozdelenie je podmienené, keďže počas prevádzky, t.j. technologický vplyv (odber kvapalín, zatopenie a pod.) na nádrž sa mení aj Ppl, rk

Absorpcia v horninách s uzavretými puklinami. Vlastnosti indikátorových kriviek. Hydraulické štiepenie a jeho prevencia.

Vlastnosti indikátorových kriviek.

Ďalej zvážime priamku 2.

Približnú indikačnú krivku pre horniny s umelo otvorenými uzavretými trhlinami možno opísať nasledujúcim vzorcom: Рс = Рb + Рпл+ 1/А*Q+BQ2 (1)

Pre horniny s prirodzene otvorenými puklinami je indikačná krivka špeciálnym prípadom vzorca (1)

Рс-Рл= ΔР=1/А*Q=А*ΔР

V horninách s otvorenými zlomeninami teda absorpcia začne pri akýchkoľvek hodnotách represie a v horninách s uzavretými zlomeninami - až po vytvorení tlaku v studni, ktorý sa rovná tlaku hydraulického štiepenia Рс*. Hlavným opatrením na boj proti stratám v horninách s uzavretými puklinami (íl, soľ) je zabrániť hydraulickému štiepeniu.

Posúdenie efektívnosti práce na eliminácii prevzatí.

Efektívnosť zatepľovacích prác charakterizuje injektivita (A) absorpčnej zóny, ktorú je možné dosiahnuť pri zatepľovacích prácach. Ak je výsledná injektivita A pod určitou technologicky prípustnou hodnotou injektivity Aq, ktorá je charakterizovaná pre každý región, tak zatepľovacie práce možno považovať za úspešné. Izolačnú podmienku teda môžeme zapísať v tvare A≤Aq (1) A=Q/Pc- P* (2) Pre horniny s umelo otvorenými trhlinami P* = Pb+Ppl+Pp (3) kde Pb je bočná tlak horniny, Рр - pevnosť v ťahu g.p. V konkrétnom prípade Рb a Рр = 0 pre horniny s prirodzenými otvorenými puklinami A = Q/Pc - Рpl (4), ak nie je povolená najmenšia absorpcia, potom Q = 0 a A→0,

potom Rs<Р* (5) Для зоны с открытыми трещинами формула (5) заменяется Рс=Рпл= Рпогл (6). Если давление в скважине определяется гидростатикой Рс = ρqL то (5 и 6) в привычных обозначениях примет вид: ρо≤Кп (7) и ρо= Ка=Кп (8). На практике трудно определить давление поглощения Р* , поэтому в ряде районов, например в Татарии оценка эффективности изоляционных работ проводят не по индексу давления поглощения Кп а по дополнительной приемистости Аq. В Татарии допустимые приемистости по тех. воде принято Аq≤ 4 м3/ч*МПа. Значение Аq свое для каждого района и различных поглощаемых жидкостей. Для воды оно принимается обычно более, а при растворе с наполнителем Аq берется меньше. Согласно 2 и 4 А=f (Q; Рс) (9). Т.е все способы борьбы с поглощениями основаны на воздействии на две управляемые величины (2 и 4) , т.е. на Q и Рс.

Metódy boja proti stratám pri otváraní stratovej zóny.

Tradičné metódy prevencie strát sú založené na znižovaní poklesu tlaku cez absorpčnú vrstvu alebo na zmene a/t) filtrovanej kvapaliny. Ak sa namiesto zníženia poklesu tlaku v útvare viskozita zvýši pridaním upchávkových materiálov, bentonitu alebo iných látok, rýchlosť absorpcie sa bude meniť nepriamo úmerne k zvýšeniu viskozity, ako vyplýva zo vzorca (2.86). V praxi, ak upravíte parametre roztoku, viskozita sa môže meniť len v relatívne úzkych medziach. Zabránenie strateným stratám prechodom na preplachovanie roztokom so zvýšenou viskozitou je možné len vtedy, ak sa na tieto kvapaliny vyvinú vedecky podložené požiadavky, berúc do úvahy zvláštnosti ich prúdenia vo formácii. Zdokonaľovanie metód prevencie strát, založených na znižovaní tlakových strát na absorpčných útvaroch, je neoddeliteľne spojené s hĺbkovým štúdiom a vývojom metód vŕtania vrtov v rovnováhe v systéme tvorby vrtov. Vrtná kvapalina, prenikajúca do absorpčnej formácie do určitej hĺbky a zahusťujúca sa v absorpčných kanáloch, vytvára dodatočnú prekážku pre pohyb vrtnej kvapaliny z vrtu do formácie. Vlastnosť roztoku na vytvorenie odporu voči pohybu tekutiny vo vnútri formácie sa používa pri vykonávaní preventívnych opatrení na zabránenie strát. Sila takejto odolnosti závisí od štrukturálnych a mechanických vlastností roztoku, veľkosti a tvaru kanálov, ako aj od hĺbky prieniku roztoku do formácie.

Pre formuláciu požiadaviek na reologické vlastnosti vrtných kvapalín pri prechode absorpčnými vrstvami uvažujme krivky (obr. 2.16) odrážajúce závislosť šmykového napätia a rýchlosti deformácie de/df pre niektoré modely nenewtonskej kvapaliny. Priama 1 zodpovedá modelu viskoplastického média, ktoré je charakterizované medzným šmykovým napätím m0. Krivka 2 charakterizuje správanie pseudoplastických kvapalín, v ktorých sa s rastúcou šmykovou rýchlosťou spomaľuje rýchlosť rastu napätia a krivky sa splošťujú. Priamka 3 odráža reologické vlastnosti viskóznej tekutiny (newtonovské). Krivka 4 charakterizuje správanie viskoelastických a dilatačných kvapalín, v ktorých šmykové napätie prudko rastie so zvyšujúcou sa rýchlosťou deformácie. Medzi viskoelastické kvapaliny patria najmä slabé roztoky niektorých polymérov (polyetylénoxid, guarová guma, polyakrylamid atď.) vo vode, ktoré vykazujú vlastnosť prudkého zníženia (2-3 krát) hydrodynamického odporu pri prúdení kvapalín s vysokými Reynoldsovými číslami. (Tomsov efekt). Súčasne bude viskozita týchto kvapalín pri pohybe cez absorbčné kanály vysoká v dôsledku vysokých šmykových rýchlostí v kanáloch. Vŕtanie s preplachom sýtenými vrtnými kvapalinami patrí medzi radikálne opatrenia v súbore opatrení a metód určených na predchádzanie a elimináciu strát pri vŕtaní hlbokých vrtov. Prevzdušňovanie vrtného výplachu znižuje hydrostatický tlak, čím uľahčuje jeho návrat v dostatočnom množstve na povrch a tým aj bežné čistenie vrtu, ako aj výber reprezentatívnych vzoriek priechodných hornín a formačných kvapalín. Technické a ekonomické ukazovatele pri vŕtaní studní so spodným preplachom prevzdušneným roztokom sú vyššie v porovnaní s ukazovateľmi, keď sa ako vrtná kvapalina používa voda alebo iné preplachovacie kvapaliny. Výrazne sa zlepšuje aj kvalita otvárania produktívnych formácií, najmä na poliach, kde majú tieto formácie abnormálne nízke tlaky.

Účinným opatrením na zabránenie straty vrtnej kvapaliny je zavedenie plnív do cirkulujúcej vrtnej kvapaliny. Účelom ich použitia je vytváranie tampónov v absorpčných kanálikoch. Tieto zátky slúžia ako základ pre usadzovanie filtračného koláča a izoláciu absorpčných vrstiev. V.F. Rogers verí, že upchávacie činidlo môže byť takmer akýkoľvek materiál, ktorý pozostáva z častíc dostatočne malej veľkosti, ktoré po zavedení do vrtnej kvapaliny môžu byť čerpané kalovými čerpadlami. V USA sa na upchávanie absorpčných kanálov používa viac ako sto druhov plnív a ich kombinácií. Drevené hobliny alebo lyko, rybie šupiny, seno, gumový odpad, listy gutaperče, bavlna, bavlnené tobolky, vlákna cukrovej trstiny, orechové škrupiny, granulované plasty, perlit, keramzit, textilné vlákna, bitúmen, sľuda, azbest, nasekané ako tesniace prostriedky.papier, mach, sekané konope, celulózové vločky, koža, pšeničné otruby, fazuľa, hrach, ryža, kuracie perie, hrudky hliny, špongia, koks, kameň a pod. priemysel alebo zostavené pred použitím . Je veľmi ťažké určiť vhodnosť každého materiálu uzáveru v laboratóriu kvôli neznámej veľkosti otvorov, ktoré sa majú utesniť.

V zahraničnej praxi sa osobitná pozornosť venuje zabezpečeniu „hustého“ balenia plnív. Pridržiavajú sa názoru Furnasa, podľa ktorého najhustejšie balenie častíc spĺňa podmienku ich veľkostného rozloženia podľa zákona geometrickej progresie; Pri eliminácii strateného obehu možno najväčší účinok dosiahnuť s maximálne zhutnenou zátkou, najmä v prípade okamžitej straty vrtnej kvapaliny.

Na základe ich kvalitatívnych vlastností sa plnivá delia na vláknité, lamelárne a zrnité. Vláknité materiály sú rastlinného, ​​živočíšneho a minerálneho pôvodu. Patria sem aj syntetické materiály. Druh a veľkosť vlákna výrazne ovplyvňujú kvalitu práce. Dôležitá je stabilita vlákien pri cirkulácii vo vrtnej kvapaline. Materiály poskytujú dobré výsledky pri upchávaní pieskových a štrkových vrstiev so zrnami do priemeru 25 mm, ako aj pri upchávaní trhlín v hrubozrnných (do 3 mm) a jemnozrnných (do 0,5 mm) horninách.

Doskové materiály sú vhodné na upchávanie hrubých vrstiev štrku a trhlín do veľkosti 2,5 mm. Patria sem: celofán, sľuda, plevy, semená bavlny atď.

Zrnité materiály: perlit, drvená guma, kúsky plastov, orechové škrupiny a pod. Väčšina z nich účinne upcháva vrstvy štrku so zrnami do priemeru 25 mm. Perlit poskytuje dobré výsledky vo vrstvách štrku s priemerom zrna do 9-12 mm. Škrupiny vlašských orechov s veľkosťou 2,5 mm a menej upchávajú praskliny do veľkosti 3 mm a väčšie (do 5 mm) a drvená guma zanášajú praskliny do veľkosti 6 mm, t.j. môžu upchať 2-krát viac trhlín ako pri použití vláknitých alebo doskových materiálov.

Pri absencii údajov o veľkostiach zŕn a prasklinách absorbujúceho horizontu sa používajú zmesi vláknitých s lamelárnymi alebo zrnitými materiálmi, celofán so sľudou, vláknitý so šupinatými a zrnitými materiálmi, ako aj pri miešaní zrnitých materiálov: perlit s gumou alebo orechové škrupiny. Najlepšou zmesou na elimináciu absorpcie pri nízkych tlakoch je vysoko koloidný ílový roztok s prídavkom vláknitých materiálov a sľudových listov. Vláknité materiály uložené na stene vrtu tvoria sieť. Listy sľudy spevňujú túto sieť a upchávajú väčšie kanály v hornine a navyše sa vytvára tenká a hustá ílovitá kôra.

Výstavy plyn-voda-ropa. Ich dôvody. Známky prítoku formačných tekutín. Klasifikácia a rozpoznávanie typov prejavov.

Pri absorpcii prúdi tekutina (preplachovacia alebo upchávacia tekutina) z vrtu do formácie a počas vývoja naopak z formácie do vrtu. Dôvody prítoku: 1) prítok útvarov obsahujúcich tekutinu do vrtu z vyvŕtanej horniny. V tomto prípade tlak v studni nie je nevyhnutne vyšší a nižší v porovnaní so zásobníkom; 2) ak je tlak vo vrte nižší ako formačný tlak, t.j. je na formácii depresia, hlavné príčiny vzniku depresie, t.j. poklesu tlaku na formáciu vo vrte sú nasledovné: 1) nie pri zdvíhaní nástroja naplňte jamku preplachovacou kvapalinou. Vyžaduje sa zariadenie na automatické plnenie do studne; 2) zníženie hustoty pracej kvapaliny v dôsledku jej penenia (karbonatizácie) pri kontakte kvapaliny so vzduchom na povrchu v odkvapovom systéme, ako aj v dôsledku úpravy kvapaliny povrchovo aktívnymi látkami. Vyžaduje sa odplynenie (mechanické, chemické); 3) vŕtanie studne v nezlučiteľných podmienkach. V diagrame sú dve vrstvy. Prvá vrstva je charakterizovaná Ka1 a Kp1; pre druhý Ka2 a Kn2. prvá vrstva musí vŕtať s roztokom ρ0,1 (medzi Ka1 a Kp1), druhá vrstva ρ0,2 (obr.)

Nie je možné otvoriť druhú vrstvu roztokom s hustotou pre prvú vrstvu, pretože bude absorbovaná v druhej vrstve; 4) prudké kolísanie hydrodynamického tlaku počas zastavenia čerpadla, špeciálnych prác a iných prác, zhoršené zvýšením statického šmykového napätia a prítomnosťou tesnení na kolóne;

5) podhodnotená hustota zdrže prijatá v technickom návrhu z dôvodu slabej znalosti skutočného rozloženia tlaku v nádrži (Ka), t. j. geológie oblasti. Tieto dôvody platia skôr pre prieskumné vrty; 6) nízka úroveň prevádzkového objasnenia tlakov v nádrži ich predpovedaním počas prehlbovania vrtu. nepoužívanie metód na predpovedanie d-exponentu, σ (sigma)-exponentu atď.; 7) strata hmotnosti materiálu z vrtnej kvapaliny a pokles hydraulického tlaku. Príznaky vstupu tekutiny do formovania sú: 1) zvýšenie hladiny cirkulujúcej tekutiny v nádrži na príjem čerpadla. Potrebujete hladinomer; 2) plyn sa uvoľňuje z roztoku opúšťajúceho studňu pri ústí a pozoruje sa varenie roztoku; 3) po zastavení cirkulácie roztok naďalej vyteká zo studne (studňa preteká); 4) tlak prudko stúpa, keď sa formácia náhle otvorí vysokým tlakom. Keď olej vstupuje z útvarov, jeho film zostáva na stenách žľabov alebo preteká cez roztok v žľaboch. Pri vstupe vody do formácie sa menia vlastnosti tekutiny. Jeho hustota zvyčajne klesá, viskozita môže klesať alebo sa môže zvýšiť (po vstupe slanej vody). Strata vody sa zvyčajne zvyšuje, pH sa mení a elektrický odpor zvyčajne klesá.

Klasifikácia prítoku tekutín. Vykonáva sa podľa zložitosti opatrení potrebných na ich odstránenie. Delia sa do troch skupín: 1) prejav - zdravotne nezávadný vstup formačných kvapalín, ktoré nenarúšajú proces vŕtania a prijatú technológiu práce; 2) vyfukovanie – prílev tekutín, ktorý je možné eliminovať iba špeciálnou cielenou zmenou technológie vŕtania pomocou nástrojov a zariadení dostupných na vrtnej súprave; 3) fontána - vstup tekutiny, ktorej eliminácia si vyžaduje použitie dodatočných prostriedkov a zariadení (okrem tých, ktoré sú k dispozícii na vrtnej plošine) a ktorá je spojená s výskytom tlakov v systéme vrtov, ktoré ohrozujú integritu nádrže. dobre. , vybavenie ústia vrtu a útvary v nezabezpečenej časti vrtu.

Montáž cementových mostíkov. Vlastnosti výberu zloženia a prípravy cementovej malty na inštaláciu mostov.

Jednou zo serióznych odrôd technológie procesu cementovania je inštalácia cementových mostíkov na rôzne účely. Zvyšovanie kvality cementových mostov a efektívnosti ich prevádzky je neoddeliteľnou súčasťou skvalitňovania procesov vŕtania, dokončovania a prevádzky studní. O spoľahlivosti ochrany životného prostredia rozhoduje aj kvalita mostov a ich životnosť. Zároveň terénne údaje naznačujú, že sa často vyskytujú prípady inštalácie nízkopevnostných a netesných mostov, predčasného tuhnutia cementovej malty, uviaznutých stĺpových rúr atď. Tieto komplikácie sú spôsobené nielen a ani nie tak vlastnosťami použitých injektážnych materiálov, ale špecifikami samotnej práce pri montáži mostíkov.

V hlbokých studniach s vysokou teplotou dochádza pri uvedených prácach pomerne často k úrazom v dôsledku intenzívneho zahusťovania a tuhnutia zmesi ílových a cementových mált. V niektorých prípadoch sa zistí, že mosty sú netesné alebo nie sú dostatočne pevné. Úspešná inštalácia mostov závisí od mnohých prírodných a technických faktorov, ktoré určujú tvorbu cementového kameňa, ako aj jeho kontakt a „adhéziu“ s kameňmi a kovom rúr. Preto je pri realizácii týchto prác povinné posúdenie únosnosti mosta ako inžinierskej stavby a štúdia stavu vrtu.

Účelom inštalácie mostov je získať stabilnú vodo-plyno-olejotesnú vrstvu cementového kameňa určitej pevnosti na presun na nadložný horizont, vŕtanie novej šachty, spevnenie nestabilnej a kavernóznej časti vrtu, testovanie horizontu pomocou skúšačky formácie, väčšie opravy a konzervácia alebo opustenie studní.

Na základe povahy prevádzkového zaťaženia možno rozlíšiť dve kategórie mostov:

1) vystavenie tlaku kvapaliny alebo plynu a 2) zaťaženiu hmotnosťou nástroja pri vŕtaní druhého otvoru, použití skúšačky formácií alebo v iných prípadoch (mosty v tejto kategórii musia okrem vodotesnosti plyn- majú veľmi vysokú mechanickú pevnosť).

Analýza terénnych údajov ukazuje, že mosty môžu byť vystavené tlaku až 85 MPa, osovému zaťaženiu až 2100 kN a šmykovým napätiam až 30 MPa na 1 m dĺžky mosta. Takéto významné zaťaženia vznikajú pri skúšaní studní pomocou skúšačov formácií a pri iných typoch prác.

Únosnosť cementových mostov do značnej miery závisí od ich výšky, prítomnosti (alebo neprítomnosti) a stavu zvyškov kalu alebo vrtnej kvapaliny na stĺpe. Pri odstraňovaní voľnej časti hlineného koláča je šmykové napätie 0,15-0,2 MPa. V tomto prípade aj pri maximálnom zaťažení postačuje výška mosta 18-25 m. Prítomnosť 1-2 mm hrubej vrstvy vrtného (hlinitého) bahna na stenách stĺpa vedie k zníženiu šmykového napätia. a zvýšenie požadovanej výšky na 180-250 m. V tejto súvislosti by sa výška mosta mala vypočítať pomocou vzorca Nm ≥ Ho – Qm/pDc [τm] (1) kde H0 je montážna hĺbka spodnej časti mosta; QM je axiálne zaťaženie mostíka spôsobené poklesom tlaku a odľahčením kolóny alebo skúšačky formácií; Dс - priemer studne; [τm] je merná únosnosť mosta, ktorej hodnoty sú dané jednak adhéznymi vlastnosťami zásypového materiálu, ako aj spôsobom montáže mosta. Tesnosť mosta závisí aj od jeho výšky a stavu styčnej plochy, keďže tlak, pri ktorom dochádza k prerazeniu vody, je priamo úmerný dĺžke a nepriamo úmerný hrúbke kôry. Ak je medzi plášťom a cementovým kameňom hlinený koláč so šmykovým napätím 6,8-4,6 MPa a hrúbkou 3-12 mm, je gradient tlaku vody 1,8 a 0,6 MPa na 1 m. koláča dochádza k prieniku vody pri tlakovom spáde viac ako 7,0 MPa na 1 m.

V dôsledku toho tesnosť mosta do značnej miery závisí aj od podmienok a spôsobu jeho inštalácie. V tomto smere by sa mala z výrazu určiť aj výška cementového mostíka

Nm ≥ Ale – Рм/[∆р] (2) kde Рм je maximálna hodnota tlakového rozdielu pôsobiaceho na most počas jeho prevádzky; [∆р] - prípustný tlakový gradient prieniku tekutiny pozdĺž kontaktnej zóny mosta so stenou studne; táto hodnota sa tiež určuje najmä v závislosti od spôsobu osadenia mosta a od použitých zásypových materiálov. Z hodnôt výšky cementových mostíkov určených vzorcami (1) a (2) sa vyberie väčšia.

Inštalácia mosta má veľa spoločného s procesom cementovania stĺpov a má vlastnosti, ktoré sa obmedzujú na nasledovné:

1) používa sa malé množstvo cementových materiálov;

2) spodná časť plniacich rúrok nie je vybavená ničím, nie je nainštalovaný dorazový krúžok;

3) nepoužívajú sa gumené oddeľovacie zátky;

4) v mnohých prípadoch sa vykonáva spätné preplachovanie studní, aby sa „odrezala“ strecha mosta;

5) most nie je zdola ničím obmedzený a môže sa šíriť pod vplyvom rozdielu hustôt cementu a vrtných kvapalín.

Inštalácia mosta je jednoduchá operácia v koncepcii a spôsobe realizácie, ktorá je v hlbinných vrtoch výrazne komplikovaná faktormi, ako sú teplota, tlak, plyn a olej atď. Dĺžka, priemer a konfigurácia plniacich rúr, reologické vlastnosti cementu a vrtných kvapalín, sú tiež dôležité.čistota vrtu a spôsoby pohybu tokov nadol a nahor. Osadenie mostíka v nezapuzdrenej časti studne je výrazne ovplyvnené kavernóznym charakterom vrtu.

Cementové mostíky musia byť dostatočne pevné. Prax ukazuje, že ak sa pri pevnostnej skúške most nezrúti pri špecifickom osovom zaťažení 3,0-6,0 MPa a súčasnom preplachovaní, potom jeho pevnostné vlastnosti vyhovujú podmienkam vŕtania nového hriadeľa a zaťaženia od hmotnosti. testeru potrubia alebo formácie.

Pri montáži mostíkov na vŕtanie novej šachty sa na ne vzťahuje dodatočná požiadavka na výšku. Je to spôsobené tým, že pevnosť hornej časti (H1) mosta musí zabezpečiť možnosť vŕtania novej šachty s prijateľnou intenzitou zakrivenia a spodnej časti (H0) - spoľahlivú izoláciu starej šachty. Nm=H1+Nie = (2Ds* Rc)0,5+ Nie(3)

kde Rc je polomer zakrivenia kmeňa.

Analýza dostupných údajov ukazuje, že získanie spoľahlivých mostov v hlbokých vrtoch závisí od komplexu súčasne pôsobiacich faktorov, ktoré možno rozdeliť do troch skupín.

Prvou skupinou sú prírodné faktory: teplota, tlak a geologické pomery (nepriechodnosť, lámavosť, pôsobenie agresívnych vôd, prejavy vody a plynu a absorpcia).

Druhou skupinou sú technologické faktory: rýchlosť prúdenia cementu a vrtných kvapalín v potrubiach a prstencovom priestore, reologické vlastnosti roztokov, chemické a mineralogické zloženie cementového materiálu, fyzikálne a mechanické vlastnosti cementovej malty a kameň, kontrakčný účinok studňového cementu, stlačiteľnosť vrtného výplachu, heterogenita hustôt, koagulácia vrtného výplachu pri zmiešaní s cementom (tvorba vysokoviskóznych pást), veľkosť prstencovej medzery a excentricita umiestnenia potrubia v studni, čas kontaktu vyrovnávacej kvapaliny a cementového roztoku s kalovým koláčom.

Treťou skupinou sú subjektívne faktory: použitie tmeliacich materiálov, ktoré sú pre dané podmienky neprijateľné; nesprávny výber formulácie roztoku v laboratóriu; nedostatočná príprava vrtu a použitie vrtnej kvapaliny s vysokými hodnotami viskozity, viskozity a straty kvapaliny; chyby pri určovaní množstva vytesňovacej kvapaliny, umiestnenie lejacieho nástroja, dávkovanie činidiel na miešanie cementovej kaše v studni; použitie nedostatočného počtu cementovacích jednotiek; použitie nedostatočného množstva cementu; nízky stupeň organizácie procesu inštalácie mosta.

Zvýšenie teploty a tlaku prispieva k intenzívnemu zrýchleniu všetkých chemických reakcií, čo spôsobuje rýchle hustnutie (stratu čerpateľnosti) a tuhnutie injektážnych roztokov, ktoré po krátkodobých prestávkach v obehu niekedy nie je možné pretlačiť.

Doteraz bolo hlavnou metódou inštalácie cementových mostov čerpanie cementovej kaše do vrtu v určenom hĺbkovom intervale pozdĺž potrubného reťazca zníženého na úroveň spodnej úrovne mosta a následného vyzdvihnutia tohto stĺpa nad zónu cementovania. Práca sa spravidla vykonáva bez deliacich zátok a prostriedkov na ovládanie ich pohybu. Proces je riadený objemom vytesňovacej kvapaliny, vypočítaným zo stavu rovnakých hladín cementovej suspenzie v potrubí a prstencovom priestore, pričom objem cementovej suspenzie sa rovná objemu vrtu v intervale inštalácie mosta. . Účinnosť metódy je nízka.

V prvom rade je potrebné poznamenať, že cementové materiály používané na cementovanie strún plášťa sú vhodné na inštaláciu odolných a vzduchotesných mostíkov. Zlá inštalácia mostíkov alebo ich absencia, predčasné tuhnutie roztoku spojiva a ďalšie faktory sú do určitej miery spôsobené nesprávnym výberom zloženia roztoku spojiva podľa časového rámca zahusťovania (tuhnutia) alebo odchýlkami od receptúry zvolenej v laboratória, ktoré boli vyrobené pri príprave roztoku spojiva.

Zistilo sa, že na zníženie pravdepodobnosti komplikácií by čas tuhnutia a pri vysokých teplotách a tlakoch čas zahusťovania mal presiahnuť trvanie prác na montáži mosta aspoň o 25 %. V mnohých prípadoch sa pri výbere receptúr na roztoky spojiva neberú do úvahy špecifiká prác na montáži mosta, ktoré spočívajú v zastavení cirkulácie, aby sa zdvihol stĺp plniaceho potrubia a utesnili ústie.

V podmienkach vysokých teplôt a tlaku sa môže odolnosť cementovej malty v šmyku aj po krátkodobých prestávkach (10-20 minút) obehu prudko zvýšiť. Preto nie je možné obnoviť cirkuláciu a vo väčšine prípadov sa stĺpec plniacich potrubí zasekne. Výsledkom je, že pri výbere formulácie cementovej malty je potrebné študovať dynamiku jej zahusťovania pomocou konzistometra (CC) pomocou programu, ktorý simuluje proces inštalácie mosta. Doba zahusťovania cementovej malty Tzag zodpovedá stavu

Tzag>T1+T2+T3+1,5(T4+T5+T6)+1,2T7 kde T1, T2, T3 sú čas strávený prípravou, čerpaním a tlačením cementovej malty do vrtu; T4, T5, T6 - čas strávený zdvíhaním stĺpa plniacich rúr na miesto rezania mosta, utesnením ústia a vykonávaním prípravných prác na rezanie mosta; Tt je čas potrebný na prerezanie mosta.

Podľa podobného programu je potrebné študovať zmesi cementovej suspenzie s vrtnou kvapalinou v pomere 3: 1, 1: 1 a 1: 3 pri inštalácii cementových mostíkov do studní s vysokými teplotami a tlakmi. Úspešnosť inštalácie cementového mostíka do značnej miery závisí od presného dodržania receptúry zvolenej v laboratóriu pri príprave cementovej malty. Hlavnými podmienkami sú dodržanie zvoleného obsahu chemických činidiel a pomer miešacej kvapaliny a vody a cementu. Aby sa získala čo najhomogénnejšia cementová kaša, mala by sa pripraviť pomocou usadzovacej nádrže.

Komplikácie a nehody pri vŕtaní ropných a plynových vrtov v podmienkach permafrostu a opatrenia na ich predchádzanie .

Pri vŕtaní v permafrostových intervaloch sa v dôsledku kombinovaného fyzikálno-chemického vplyvu a erózie na stenách studní zničia piesčito-ílovité usadeniny stmelené ľadom a sú ľahko odplavené prúdom vrtnej kvapaliny. To vedie k intenzívnej tvorbe jaskýň a súvisiacim zosuvom pôdy a skál.

Najintenzívnejšie sú zničené horniny s nízkym obsahom ľadu a slabo zhutnené horniny. Tepelná kapacita takýchto hornín je nízka, a preto k ich deštrukcii dochádza oveľa rýchlejšie ako pri horninách s vysokým obsahom ľadu.

Medzi zamrznutými horninami sú medzivrstvy roztopených hornín, z ktorých mnohé sú náchylné na absorpciu vrtnej kvapaliny pri tlakoch mierne prevyšujúcich hydrostatický tlak vodného stĺpca v studni. Strata v takýchto formáciách môže byť veľmi intenzívna a vyžaduje špeciálne opatrenia na ich prevenciu alebo odstránenie.

V úsekoch permafrostu sú kvartérne horniny zvyčajne najnestabilnejšie v rozmedzí 0 - 200 m. Pri tradičnej technológii vŕtania môže skutočný objem kmeňa v nich 3 - 4 krát presiahnuť nominálny objem. V dôsledku ťažkých dutín. čo je sprevádzané objavením sa ríms, zosuvom kalu a pádmi skál, vodiče v mnohých vrtoch neboli spustené do projektovanej hĺbky.

V dôsledku zničenia permafrostu bolo v mnohých prípadoch pozorované poklesnutie vodiča a smeru a niekedy sa okolo ústia vrtu vytvorili celé krátery, ktoré bránili vŕtaniu.

V zóne permafrostu je ťažké zabezpečiť cementáciu a upevnenie suda z dôvodu vytvárania stagnujúcich zón vrtnej kvapaliny vo veľkých kavernách, odkiaľ ju nemožno vytlačiť cementovou kašou. Cementovanie je často jednostranné a cementový prstenec nie je súvislý. To vytvára priaznivé podmienky pre medzivrstvové prúdenie a tvorbu grífov, ktoré spôsobujú kolaps stĺpov pri spätnom zmrazovaní hornín v prípade dlhodobých „medzivrstiev“ vrtu.

Procesy ničenia permafrostu sú pomerne zložité a málo preskúmané. 1 Vrtná kvapalina cirkulujúca vo vrte termo- a hydrodynamicky interaguje s horninou aj ľadom a táto interakcia môže byť výrazne posilnená fyzikálno-chemickými procesmi (napríklad rozpúšťaním), ktoré sa nezastavia ani pri mínusových teplotách.

V súčasnosti možno považovať za preukázanú prítomnosť osmotických procesov v systéme hornina (ľad) - kôra na stene vrtu - výplachová kvapalina vo vrte. Tieto procesy sú spontánne a smerované opačným smerom ako potenciálny gradient (teplota, tlak, koncentrácia), t.j. snažiť sa vyrovnať koncentrácie, teploty, tlaky. Úlohu polopriepustnej prepážky môže plniť tak filtračný koláč, ako aj samotná vrstva horniny v blízkosti vrtu. A okrem ľadu ako tmeliacej látky môže zmrznutá hornina obsahovať nemrznúcu vodu z pórov s rôznym stupňom mineralizácie. Množstvo nemrznúcej vody v MMG1 závisí od teploty, zloženia materiálu, slanosti a možno ho odhadnúť pomocou empirického vzorca

w = aT~ b .

1pa = 0,2618 + 0,55191 nS;

1p(- b)= 0,3711 + 0,264 S:

S je špecifický povrch horniny. m a / p G - teplota horniny, "C.

V dôsledku prítomnosti výplachovej vrtnej kvapaliny v otvorenom vrte a v permafrostu - pórovej tekutine s určitým stupňom mineralizácie dochádza pod vplyvom osmotického tlaku k procesu spontánneho vyrovnávania koncentrácií jódu. V dôsledku toho môže dôjsť k zničeniu zamrznutej horniny. Ak má vrtný výplach zvýšenú koncentráciu nejakej rozpustenej soli v porovnaní s pórovou vodou, tak na rozhraní ľad-kvapalina začnú fázové premeny spojené s poklesom teploty topenia ľadu, t.j. začne proces jeho zničenia. A keďže stabilita steny studne závisí hlavne od ľadu, ako tmeliacej látky pre horninu, potom sa za týchto podmienok stratí stabilita permafrostu, ktorý záplatuje stenu studne, čo môže spôsobiť sutiny, kolapsy, tvorbu dutín. a kalové zátky, pristátia a utiahnutie počas zdvíhacích operácií, zastavenie pažníc spúšťaných do vrtu, absorpcia vrtných výplachových a cementovacích roztokov.

Ak je stupeň mineralizácie vrtnej kvapaliny a pórovej vody permafrostu rovnaký, potom bude systém studňa-hornina v izotonickej rovnováhe a deštrukcia permafrostu pod fyzikálno-chemickým vplyvom je nepravdepodobná.

So zvyšujúcim sa stupňom slanosti preplachovacieho činidla vznikajú podmienky, za ktorých sa pórová voda s menšou slanosťou bude pohybovať z horniny do studne. Stratou imobilizovanej vody sa zníži mechanická pevnosť ľadu, ľad sa môže zrútiť, čo povedie k vytvoreniu kaverny vo vrte vŕtanej studne. Tento proces je zosilnený erozívnym účinkom cirkulujúceho splachovacieho prostriedku.

Ničenie ľadu slanou umývacou kvapalinou bolo zaznamenané v prácach mnohých výskumníkov. Experimenty uskutočnené v Leningradskom banskom inštitúte ukázali, že so zvyšujúcou sa koncentráciou soli v kvapaline umývajúcej ľad sa deštrukcia ľadu zintenzívňuje. Takže. Keď cirkulujúca voda obsahovala 23 a 100 kg/m NaCl, intenzita deštrukcie ľadu pri teplote mínus 1 °C bola 0,0163 a 0,0882 kg/h.

Proces deštrukcie ľadu je ovplyvnený aj dobou pôsobenia slanej umývacej kvapaliny. Ak je teda ľad vystavený 3 % roztoku NaCl, strata hmotnosti vzorky ľadu s teplotou mínus 1 °C bude: po 0,5 h 0,62 p po 1,0 h 0,96 g: po 1,5 h 1,96 g.

Roztopením blízkej zóny permafrostu sa uvoľní časť jeho norového priestoru, do ktorého môže byť filtrovaná aj splachovacia kvapalina alebo jej disperzné médium. Tento proces sa môže ukázať ako ďalší fyzikálny a chemický faktor, ktorý prispieva k zničeniu permafrostu. Môže to byť sprevádzané osmotickým prúdením tekutiny z vrtov do horniny, ak je koncentrácia nejakej rozpustnej soli v tekutine permafrostu väčšia ako v tekutine. naplnenie vrtu.

Preto, aby sa minimalizoval negatívny vplyv fyzikálnych a chemických procesov na stav vrtu studne vŕtanej v permafroste, je potrebné v prvom rade zabezpečiť rovnovážnu koncentráciu zložiek vrtného kalu a pórovej tekutiny. v permafroste na stene studne.

Žiaľ, táto požiadavka nie je v praxi vždy realizovateľná. Preto sa často uchyľujú k ochrane permafrost-cementujúceho ľadu pred fyzikálno-chemickými účinkami vrtného výplachu filmami viskóznych kvapalín, ktoré pokrývajú nielen ľadovú plochu obnaženú vrtom, ale aj priestor pórov čiastočne priliehajúci k vrtu. čím sa preruší priamy kontakt mineralizovanej kvapaliny s ľadom.

Ako upozorňujú AV Maramzin a AA Ryazanov, pri prechode z preplachovania studní slanou vodou na preplachovanie viskóznejším ílovým roztokom sa intenzita deštrukcie ľadu pri rovnakej koncentrácii NaCl v nich znížila 3,5 - 4-krát. Po úprave vrtného výplachu ochrannými koloidmi (CMC, SSB) sa ešte viac znížil.Potvrdila sa aj pozitívna úloha prísad do vrtného výplachu, vysokokoloidného prášku bentonitovej hlinky a hypánu.

Aby sa predišlo tvorbe jaskýň, zničeniu zóny ústia vrtu, zosuvom a zosuvom pôdy pri vŕtaní studní v permafroste. Vŕtací výplach musí spĺňať tieto základné požiadavky:

majú nízku filtračnú rýchlosť:

majú schopnosť vytvárať hustý, nepreniknuteľný film na povrchu ľadu v permafroste:

majú nízku schopnosť erózie; majú nízku špecifickú tepelnú kapacitu;

vytvoriť filtrát, ktorý nevytvára skutočné roztoky s horninovou kvapalinou;

byť hydrofóbne voči povrchu ľadu.