Технологические процессы, выполняемые при бурении скважин и их общая характеристика

Выполнение всех видов работ, связанных с сооружением скважин, производится по определенным технологическим схемам и в определенном режиме. Технологическая схема определяет способ и порядок или последовательность выполнения тех или иных операций. Технологический режим характеризуется совокупностью определенных параметров процесса бурения скважин. К числу таких параметров относятся: скорость, время, сила и частота действий, определяющие интенсивность или напряженность процесса. Таким образом, под режимом бурения скважин следует понимать некоторое сочетание факторов или параметров, определяющих условия работы бурового снаряда, от рациональности подбора числовых значений которых зависит эффективность выполнения этого процесса.

К числу параметров режима бурения относятся: скорость вращения со, частота вращения п; частота Ц> и сила ударов Р ; величина усилия подачи (нагрузка на забой) G0, расход очистного агента Q и скорость его циркуляции уц.

Параметры режима бурения подбирают в зависимости от определенных факторов, основными из которых являются: характер и свойства пород (твердость, абразивность, трещиноватость, устойчивость и др.); глубина скважины; состояние ствола скважины; конструкция породоразрушающего бурового инструмента и его качество; техническая характеристика бурового оборудования; назначение скважины или цель бурения и др. С учетом всех этих данных режим бурения может быть оптимальным, рациональным или специальным.

Оптимальный режим бурения характеризуется самым благоприятным сочетанием числовых значений параметров, подбираемых, исходя из современных достижений науки и техники, и обеспечивающих максимальную скорость углубки и производительность труда. Такой режим может быть осуществлен, очевидно, на опытно-показательных или лабораторных установках, так как требует повышенных затрат материальных средств и высокой квалификации бурового персонала.

Рациональным следует считать такой режим бурения, при котором числовые значения его параметров подбирают с учетом возможностей, имеющихся в наличии технических средств и породоразрушающих инструментов, которые обеспечивают получение наиболее высоких показателей в данных конкретных условиях при минимальных затратах средств. Рациональные режимы далеко не всегда соответствуют оптимальным.

Специальный режим определяется значениями параметров, которые подбирают с учетом необходимости получения высоких качественных показателей, подчас в ущерб количественным, или наоборот. В этом случае выбираемые числовые значения параметров режима бурения могут быть нерациональными с точки зрения получения высокой производительности труда и экономической эффективности. К специальным режимам прибегают, например, при бурении на слабоустойчивые полезные ископаемые с целью повышения процента выхода керна и его качества, когда снижаются частота вращения, осевая нагрузка и интенсивность промывки и ограничивается величина углубки за рейс или при борьбе с искривлением скважин и в других случаях.

При сооружении геологоразведочных скважин выполняется большое количество технологических операций или видов работ: строительно-монтажные работы (СМР); забуривание и оборудование устья скважины (ЗУС); подготовительные операции к бурению (ПОБ); спускоподъемные операции (СПО); операции, связанные с углубкой скважины (ОУС), с отбором керна (ООК), с закреплением стенок скважин (ОЗС), с направленным бурением (ОНБ), с исследованиями в скважине (ОИС), с ликвидацией аварий (ОЛА), с демонтажом оборудования (ОДО), ликвидацией скважин (ОЛС), с перевозкой бурового оборудования (ОПО).

По роли или значению в технологической схеме сооружения скважин все операции можно подразделить на производительные (ПО) и непроизводительные (НПО). Время, затрачиваемое на выполнение этих операций, составляет баланс рабочего времени сооружения скважины Г.

К числу производительных операций или процессов относятся: собственно бурение или углубка скважины (УС); вспомогательные операции, связанные с процессом углубки скважины (ВО); спуско-подъемные операции (СПО); очистка скважины от шлама или оставшегося на забое керна (ОЧС); закрепление стенок скважин (ОЗС); операции, связанные с направленным бурением (ОНБ). К непроизводительным операциям относится процесс ликвидации аварий и осложнений (ОЛА, ОЛО); осмотр и смазка оборудования, мелкий ремонт. В общий баланс рабочего времени, затрачиваемого на выполнение ПО и НПО включается еще и время простоев по разным причинам. Выполняемые в процессе сооружения скважин операции объединяются в циклы — малый и большой.

Малый цикл или рейс включает операции, связанные непосредственно с углубкой скважины и выполняемые в течение одного рейса (периода времени). К этим операциям относятся: подготовка бурового инструмента к спуску; спуск снаряда в скважину; приработка ПРИ; собственно бурение; перекрепление шпинделя; наращивание бурильных труб тб, тбсу; заклинивание и срыв керна; подъем снаряда и извлечение керна из колонковой трубы. Характеризуется малый цикл или рейс продолжительностью в часах или в станко-сменах и величиной углубки скважины за цикл (рейс).

В большой цикл входят все операции, связанные с полным сооружением скважины, начиная со строительно-монтажных работ и кончая ликвидацией скважины.

От рациональности или уровня выполнения всех операций в малом и большом циклах зависит производительность труда или эффективность буровых работ, оцениваемая целым рядом технико-экономических показателей (ТЭП), к которым относятся: скорости. выполнения тех или иных операций или процессов, связанных с сооружением скважин (механическая, техническая, коммерческая, цикловая и парковая); величина углубки за рейс /р и на один ПРИ; расход породоразрушающих элементов (твердосплавных коронок, алмазных коронок, шарошечных долот, лопастных долот, шнековых долот), (алмазов, твердых сплавов, дроби и др.) на 1 м пробуренной скважины q„ кар/м или qrc, г/м.

Количественные показатели характеризуют скорость выполнения отдельных процессов (операций) или сооружения скважин в целом и определяют в конечном счете производительность труда в бурении.

Качественные показатели характеризуют степень выполнения поставленных задач при бурении скважин, с учетом того, что разведочные скважины должны удовлетворять определенным требованиям методики разведки, основными из которых являются: пересечение пластов пород или залежей полезных ископаемых в заданных направлениях и по определенной системе при возможно меньшем объеме затрат на 1 т разведанных запасов полезного ископаемого; бурение скважин по наиболее рациональной траектории с допустимой степенью отклонения от проектного профиля при наиболее благоприятном расположении устьев скважин; получение представительных образцов пород или полезных ископаемых (керна), имеющих пространственную привязку.

В общем виде качественными показателями служат выход керна (%) и интенсивность искривления скважины / (градус/м).

Экономические показатели характеризуют стоимость сооружения скважины в целом или 1 м ствола пробуренной скважины.

Анализируя рассмотренные показатели, можно выявить основные факторы, определяющие уровень выполнения тех или иных операций и эффективность сооружения скважин в целом и пути ее повышения.