Меню Рубрики

Установки для бурения и расширения скважин

Расширение ствола скважины

Процесс расширения ствола является распространенной и немаловажной операцией при строительстве скважины. Эта операция позволяет снижать риски возникновения аварийных ситуаций в процессе крепления стенок, а также позволяет увеличить дебит за счет возможности спуска в скважину максимально доступной колонны обсадных труб.

Развитие технологий бурения и проводки, увеличение глубин залегания углеводородов и необходимость роста производительности скважин придают задаче по увеличению диаметра ствола пробуренной скважины все большую актуальность. Расширители различного типа находят повсеместное применение как при ремонте существующего фонда скважин, например, при ЗБС, так и при освоении шельфовых месторождений, где вопросы повышения эффективности и безопасности приобретают особую важность.

Увеличение диаметра скважины дает ряд преимуществ, среди основных можно отметить следующие:

во-первых, упрощение спуска колонн и возможность применения промежуточной обсадной колонны большего диаметра в процессе бурения благодаря расширению стволов скважин ниже мест сужения обсадной колонны;

во-вторых, снижение риска возникновения аварий, вызванных гидравлическими ударами, за счет эффективного регулирования эквивалентной плотности циркулирующего бурового раствора при уменьшении скорости потока в затрубном пространстве;

в-третьих, упрощение операций заканчивания скважин с открытым стволом, скважин с применением гравийных фильтров и хвостовиков большего размера;

и четвертое, оптимизация цементировочных работ.

Для выполнения операций по расширению ствола скважины могут использоваться буровые инструменты, имеющие различные принципы работы. В общем случае все инструменты можно разделить на две крупные группы по признаку возможности изменения рабочего диаметра инструмента в процессе выполнения работ. При таком разделении в одну группу попадут инструменты с фиксированным диаметром инструмента, такие как бицентричные долота и наддолотные эксцентриковые калибраторы, а в другую — инструменты с изменяющимся диаметром рабочих органов, или расширители. Первые имеют рабочий диаметр, ограничиваемый диаметром проходного отверстия обсаженной части скважины, вторые же характеризуются возможностью увеличения диаметра рабочих элементов уже после спуска в скважину. Преимущества и недостатки инструментов обоих типов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Сравнительная характеристика инструментов для расширения ствола скважины

Инструмент с фиксированным диаметром рабочих элементов (бицентричные долота и эксцентриковые калибраторы)

Инструмент с изменяемым диаметром рабочих элементов (расширители)

Простота технологической операции и конструкции оборудования

Ограниченная степень расширения — оптимально не более 10% исходного диаметра

Возможность увеличения ствола до 25% от исходного диаметра

Более сложная и дорогая конструкция

Не необходимости проведения дополнительных СПО

Нестабильность работы — высокие вибрации отклонения от оси скважины

Стабильность и сбалансированность конструкции — снижены вибрации и удары

Желательно проведение расширения пробуренного интервала отдельным рейсом

Возможность расширения всего интервала до требуемой глубины

Сложность работы в наклонных и горизонтальных стволах

Стабильность работы измерительного оборудования (MWD)

Остаётся нерасширенный участок на длину компоновки ниже расширителя

Осложненная работа инструментов измерения в процессе бурения (MWD)

Соосность расширенного ствола с исходным

Необходимость создания и поддержания повышенных давлений при активации шаром

Слабый контроль за направлением при бурении ЗД

Полный контроль за направлением бурения

Несмотря на ощутимый эффект применения расширителей при строительстве скважин, следует помнить, что данная операция сложна и может приводить к прихватам и затяжкам. По данным некоторых специалистов, до 20% всех прихватов происходит именно в процессе расширения ствола скважин.

Успех и качество данной операции во многом зависит от качества и технологичности используемого оборудования, поэтому необходимо особенно тщательно подходить к выбору применяемого инструмента. Экономия на оборудовании может привести к значительным потерям средств как в случае возникновения осложнений при проведении работ по расширению, так и при последующих операциях — спуске обсадной колонны или концевика и цементировании.

На протяжении многих лет достаточно простые конструкции расширителей удовлетворяли потребности нефтяной промышленности. Однако с началом активного применения направленного бурения, значительным увеличением протяженности и усложнением геометрии скважин возникла потребность в использовании современных высокотехнологичных инструментов, отвечающих всем требованиям высокопроизводительного бурения — так началась эра современных расширителей, которые уже успели получить повсеместное распространение.

Наряду с уже хорошо себя зарекомендовавшими инструментами с механическим и гидравлическим принципом активации, появились и инновационные устройства с радиочастотной активаций (RFID). Данный метод, к примеру, позволяет значительно расширить области применения расширителей и снизить стоимость проведения работ, обеспечивая возможность многократной активации и деактивации инструмента в процессе бурения, что позволяет исключить необходимость многократного проведения СПО для расширения различных интервалов в одной скважине.

Первым таким расширителем, активирующимся в скважине с применением метода радиочастотных меток, стал инструмент RipTide TM компании Weatherford, вобравший в себя весь накопленный компанией опыт эффективного конструирования расширителей различных типов. Стоит отметить, что надежность работы и возможность применения различных методов активации бурового расширителя RipTide TM обеспечивается его конструктивными особенностями (рис. 1).

Рисунок 1. Варианты конструкции расширителя RipTide

Двухкомпонентная конструкция расширителя, состоящая из контроллера и тела расширителя, позволяет адаптировать его компоновку под конкретные задачи. Рабочие характеристики расширителя регулируются такими параметрами, как диаметр тела расширителя, размер резцов, диаметр омывающих насадок, а также метод активации. Более простой способ активации сбрасываемым шаром применим для однократной активации инструмента за один спуск, а применение радиочастотной активации актуально при работе на больших глубинах или при расширении нескольких интервалов за одну СПО.

К преимуществам расширителя RipTide TM также следует отнести сбалансированность конструкции блока резцов, состоящего из трех разнесенных на 120° режущих головок, что обеспечивает значительное снижение вибрации инструмента в процессе бурения. В свою очередь, резцы, профиль и вооружение которых подбирается для конкретных условий бурения, оснащены высокопрочными премиальными поликристаллическими, или PDC, вставками, характеризующимися высокой ударной прочностью и эрозионной стойкостью (варианты конструкции резцов и поликристаллических вставок приведены на рис.2). А широкое разнообразие типоразмеров расширителя RipTide TM позволяет выполнять работы по расширению интервалов скважин практически любой конструкции.

Читайте также:  Установка пожарного крана в нише


Конструктивные особенности расширителей RipTide TM определяют его следующие преимущества:

Совместимость с роторными управляемыми системами

Расширитель RipTide TM может эксплуатироваться с роторными и роторными управляемыми системами (РУС), причем как в вертикальных, так и в наклонных скважинах. Совместимость с РУС позволяет использовать инструмент при выполнении работ по наклонно-направленному бурению на протяженных интервалах бурения.

Примером использования расширителя RipTide TM 8500 с РУС может служить работа, проведенная специалистами Weatherford на месторождении в Восточной Сибири в феврале 2015 года. Она заключалась в бурении скважины с одновременным расширением ее ствола.Решение об установке расширителя в КНБК РУС было принято с целью уменьшения рисков прихватов компоновки в результате подвижек нестабильных пород в процессе бурения. Данное решение было принято как альтернатива использованию дорогостоящего РУО.

При выполнении работ с использованием расширителя RipTide TM 8500, активируемого шаром, за один рейс было пройдено 458 м в породах Булайской и Бельской свит различной крепости (от 5% до 95%). Бурение под эксплуатационную колонну диаметром 215,9 мм проводилось с последующим расширением ствола до 228,6 мм. В качестве вооружения расширителя применялись блоки резцов для средних пород с PDC вставками размерами 9,5 мм.

В процессе реализации проекта были выбраны следующие режимы:

— нагрузка на долото — 8-15 тонн;

— обороты ротора — 120-160 об/мин;

— расход насосов 2000-2200 л/мин.

При таких показателях средняя скорость бурения превысила 20 м/ч.

Износ вооружения расширителя после его подъёма на поверхность приведён на рисунке

Рисунок 3. Внешний вид расширителя и износ вооружения блока резцов до и после рейса

Относительно невысокая скорость бурения была вызвана значительной неоднородностью пород в указанном интервале, что приводило к возникновению вибраций и вынуждало снижать нагрузки на долото. Несмотря на это, общий результат работы показал хорошие механические характеристики при бурении с одновременным расширением ствола скважины, а также продемонстрировал высокую надёжность и безотказность конструкции расширителя.

Другим примером эффективного использования расширителей является совместное применение бурового расширителя RipTide TM и расширяемого хвостовика MetalSkin ® на морской скважине с большим углом отклонения в Мексиканском заливе. Буровой расширитель RipTide TM серии 6000 размером 6,5 дюймов был применен для проработки и расширения ствола скважины до 7 дюймов на участке длиной 227 м, после чего был успешно установлен 6×7 5/8-дюймовый хвостовик для необсаженных скважин MetalSkin с целью изоляции участка сланцевых пород, набухающих под воздействием воды. Расширяемый хвостовик MetalSkin длиной 277 м был установлен на глубине 2573-2850 м с нахлестом 41 м без цементирования. В результате применения указанных технологий был получен достаточно большой диаметр проходного канала, что позволило оператору преодолеть зону полной потери циркуляции с помощью 5 7/8-дюймового бурового долота. Кроме того, механический барьер также позволил оператору использовать морскую воду вместо бурового раствора на нефтяной основе и успешно достичь проектной глубины.

Различные варианты исполнения корпуса расширителя

Конструкция расширителя позволяет подобрать оптимальную компоновку расширителя и выбрать один из предпочтительных методов активации — механический или радиочастотный. К настоящему моменту в базе операций компании Weatherford насчитывается порядка 3000 работ с применением расширителей RipTide TM , при этом на начало 2015 года свыше 400 работ по всему миру было проведено с применением расширителей RipTide TM , активируемых радиочастотными датчиками RFID. При этом работы проводились для крупнейших мировых нефтегазовых компаний.

Расширитель RipTide TM может быть активирован как при помощи традиционного механизма падающего шара, так и с помощью электроники, когда небольшие, но очень прочные датчики RFID внутри бурильной трубы передают информацию на электронный считыватель, расположенный на контроллере инструмента. Модель бурового расширителя RipTide TM с радиочастотной активацией (RFID) — это первый в отрасли автоматический буровой расширитель.

В случаях, когда стоимость эксплуатации буровой велика и перед буровыми бригадами стоят задачи минимизации непроизводственного времени, например, при бурении на шельфе, то буровые компании-подрядчики и операторы месторождений все чаще обращают внимание на расширители с возможностью многократной активации и деактивации блоков резцов при бурении без проведения СПО.

Основное преимущество такой технологии очевидно на примере проведенной работы на месторождении Оугурук на Аляске, где применение бурового расширителя RipTide TM компании Weatherford позволило пробурить ствол скважины диаметром 10 5/8 дюйма и расширить его до 11 ¾ дюймов, обеспечив дополнительное затрубное пространство для спуска хвостовика диаметром 9 5/8 дюйма всего за одну СПО.

Для решения поставленной задачи компанией Weatherford был использован расширитель RipTide TM с RFID серии 10625, спущенный совместно с роторно-управляемой системой (РУС), благодаря чему удалось расширить промежуточную часть ствола скважины в интервале 2124-2577 м, пройдя 452,63 м сланцевых пород с пропластками аргеллитов и песчаника и осуществив за один спуск пятикратную активацию инструмента: при наземных испытаниях, ниже башмака диаметром 11 ¾ дюйма, на башмаке для короткой проработки, на проектной глубине и при наземных испытаниях после подъёма. Результатом данной работы для оператора стал успешный и безопасный спуск обсадной колонны диаметром 9 5/8 дюйма до проектной глубины.

Автор: Анатолий Шлапаков, менеджер по аренде высокотехнологичного бурового инструмента Weatherford Россия

Читайте также:  Установка входных калиток с домофонами

источник

Самодельная буровая установка и машины для бурения скважин на воду

Подобрать хорошую и при этом недорогую буровую установку для бурения скважин на воду не так просто, как может показаться изначально. В такой ситуации эта статья поможет вам самостоятельно подобрать лучший механизм под свои запросы и кошелек.

Они бывают следующих видов:

  • самоходные (в качестве шасси используются различные трактора и спецтехника, например МТЗ, и автомобили марок: ЗИЛ, ГАЗ, УАЗ, МАЗ, а также на базе МКСМ);
  • малогабаритные МГБУ (монтируются на треноге или каркасе, перевозятся в автоприцепе или кузове грузового авто);
  • с промывкой или без;
  • ручные (подключаются к обычному мотоблоку);
  • ударные;
  • самодельные.

Самоходные

Главным достоинством принято считать то, что для их передвижения не требуется наличие грузовика, так как они изготавливаются на базе самодвижущегося шасси на гусеничном или колесном ходу. В качестве такого шасси могут применяться различные тракторы, вездеходы или грузовые автомобили.

Чаще всего на шасси монтируется бурильный агрегат, с гидравлическим или механическим приводом, при использовании последнего крутящий момент на шнек передается с двигателя автомобиля или вездехода.

Среди положительных качеств выделяются:

  • Исключительная мобильность. Установка может работать в любых условиях, даже в поле. Высота вышки может достигать 5–7 метров, поэтому на выполнение работ в непосредственной близости от ЛЭП может потребоваться наряд-допуск.
  • Скорость бурения вырастает в разы за счет отсутствия надобности в сборке-разборке механизма, так как установка приезжает на место самостоятельно и практически сразу готова к работе.
  • Самоходные устройства легче обслуживаются и ремонтируются.
  • Возможность бурения шахт глубиной до 350 метров, со скоростью до 10 м/ч, в зависимости от твердости породы.
  • Работа на всех видах грунта. При высокой твердости породы рекомендуется использование буров из высокопрочной стали или с алмазными наконечниками.

Из-за своей компактности их называют малогабаритными, или, если кратко, – МГБУ. Они стали настоящим прорывом. Благодаря МГБУ пробурить скважину на 70–100 метров может любой человек, даже тот, который ранее никогда не сталкивался с бурильными работами.

Эти аппараты делятся на три вида: мобильные, разборные и переносные. Их можно быстро разобрать, погрузить в кузов обычной «газели» и привезти на место назначения. После доставки МГБУ легко разгружается, собирается и готова к работе в течение 15–20 минут.

В качестве привода для малогабаритных устройств чаще всего используется электродвигатель, работающий от 220 вольт.

К примеру, МГБУ-70 весит всего 350 килограмм, но она способна бурить скважины до 70 м глубиной со скоростью 5–7 м/час, в зависимости от твердости грунта.

Для ее работы не требуется много места, так как габариты составляют всего 115 x 120 x 270 см.

Бурение с промывкой

В использовании как малогабаритных аппаратов, так и более крупных механизмов, для повышения скорости прохождения породы, рекомендуется применять сверление с промывкой. Данный способ рытья позволяет поднять скорость погружения до 10 м/час, тогда как обычный сухой метод редко когда позволяет достичь скорости более 2 м/час. Существует два вида бурения с промывкой, которые незатейливо именуются прямым и обратным способами.

Прямой – это когда в качестве промывающей жидкости, при неглубоком сверлении, используется обычная вода; она закачивается в штангу, опускается к месту работы бура и оттуда выносит грунт на поверхность.

Обратный – вода закачивается внутрь шахты, а ее отбор производится через штангу с помощью мощного насоса.

Ручные

Существует еще и автономные буровые устройства, созданные на базе мотоблока. Они чаще всего имеют механический привод, он получает крутящий момент от двигателя мотобура.

Небольшой размер таких устройств позволяет работать с ними в одиночку, а использование понижающего редуктора позволяет производить сверление скважин даже большого диаметра. Величина заглубления у них намного меньше, чем у МГБУ и у самоходных механизмов, а небольшой размер такой ручной бурилки позволяет делать скважины возле стен зданий или заборов.

Если водоносный горизонт на вашем участке находится на глубине не более 20–25 метров, то такой аппарат будет идеальным решением самостоятельно изготовить абиссинскую, а быть может, даже артезианскую скважину. Скорость бурения зависит от характеристик установленного двигателя и составляет 3–5 м/час. Ввиду небольших размеров и невысокой мощности такие установки используются на мягких, торфяных и глинистых почвах.

Самодельные

Буровые агрегаты встречаются не только заводского типа. Они также могут представлять собой конструкции которые делают своими руками. Хотя стоит сразу отметить, что самостоятельное изготовление такого устройства может быть оправдано только в случае его неоднократного применения или если у вас есть в наличии большая часть комплектующих, инструмента, сварочное оборудование и гаража.

Если вы хотите построить бурильную установку самостоятельно, то следует обратить внимание на простейшую шнековую бурилку, так как ее можно изготовить самостоятельно за несколько дней. Она устанавливается на основание, к которому привариваются направляющие, по ним будет подниматься и опускаться электродвигатель с редуктором, к нему посредством вертлюга будет крепиться бур.

Порядок действий следующий:

  1. Начать следует с закупки материалов, чтобы изготовить основания, штанг, вертлюг. Также необходимо приобрести лебедку, электродвигатель (2–2,5 кВт) и редуктор.
  2. Затем следует изготовить основание, исходя из мощности двигателя и передаточного числа редуктора.
  3. Далее нужно сделать вертлюг и штанги. Эти части устройства необходимо покупать, можно заказать у слесаря, он выточит эти детали с необходимой точностью.
  4. Затем необходимо собрать всю конструкцию и подготовить место для крепления электродвигателя.
  5. Только после этого производится монтаж двигателя и редуктора на раму.
  6. Далее необходимо закрепить лебедку и соединить ее трос с рамой двигателя.
Читайте также:  Установка бсз на мотороллер муравей

После того как собран каркас, смонтирован движок, редуктор и лебедка, можно приступать к изготовлению бура.

Под основания устройства можно взять толстостенную трубу с диаметром не менее 50 мм. В процессе изготовления каркаса важно помнить о геометрической правильности сборки – все устройство должно быть строго соосно. Не забудьте проверить вертикальность и горизонтальность, пробить диагонали и углы наклона. Размеры каждого устройства подбираются индивидуально в зависимости от мощности двигателя.

Обычный шнековый бур также делается самостоятельно из полуторадюймовой трубы и стальных полуколец, которые навариваются на нее в виде спирали, а потом затачиваются. Наконечник изготавливается – методом наваривания стальных полос на конец трубы. Если грунт в предполагаемом месте каменистый, то лучше приобрести заводской бур из закаленной стали.

Чертеж бура на 159 мм

Электрическая лебедка значительно ускорит выемку штанг из скважины. Ее желательно оборудовать пультом управления с возможностью реверса.

Следующим шагом будет создание вертлюга. К сожалению, делать его также должен слесарь по представленному чертежу. Если специалиста нет – вертлюг придется покупать.

Схема вертлюга

Чертеж вертлюга МГБУ

Важно! С учетом покупки всех труб, лебедок, двигателей и прочего оборудования стоимость изготовления самодельной буровой установки может приближаться к сумме в 50–70 тысяч рублей, что весьма немало, с учетом того, что с первого раза у вас может и не получиться. Поэтому перед началом работ следует еще раз трезво оценить свои силы и возможности, подумать – и взять буровой аппарат напрокат.

Особенности шнекового аппарата

Она пользуются заслуженной популярностью из-за высокой скорости бурения, великолепной функциональности, простоты в ремонте и обслуживании и невысокой себестоимости буровых работ. ШБУ используются в строительных и коммунальных организациях, занимающихся устройством связи и линий электропередач. К недостаткам можно отнести довольно громкий шум, который издается во время работы.

Этот агрегат в большинстве случаев используется как машина для бурения скважин в мягких породах, с глубиной не более 120–150 метров. Отработанный грунт вынимается наружу через шпур при помощи сухого шнека, хотя возможна и прямая промывка водой.

  • При устройстве скважин для забора воды.
  • При подготовке отверстий под свайные и ростверковые фундаменты.
  • Под коммуникации в районах с большой плотностью населения.

При помощи таких агрегатов осуществляется не только вертикальное сверление, но и наклонное, причем угол может задаваться произвольный.

ИНТЕРЕСНО! Шнековый проход породы характеризуется повышенной чистотой скважины, которая обеспечивается сухим бурением. Отсутствие промывочного раствора при работе позволяет вводить источник в эксплуатацию гораздо раньше. Не нужно дожидаться очищения водозаборного горизонта от промывочного раствора, которое неизбежно при бурении с промывкой.

Как работает ШБУ

Принцип действия предельно прост – вращательный момент от двигателя устройства через редуктор подается на вал, на котором закреплен шнек. В процессе вращения шнек заглубляется в землю, рыхля и разбивая породу. Разрыхленный отработанный грунт выносится на поверхность по стальной спирали, обеспечивая высокую скорость прохода породы.

Роторная система

Это бурильные установки под воду, которые осуществляют сверление породы методом непрерывного вращения рабочего элемента – ротора, на котором закреплены режущие долота.

Они получили широкое распространение благодаря относительно небольшим размерам и способности производить работу на большой глубине. Кроме того, использование ротора позволяет легко проходить твердые скальные породы и даже вечную мерзлоту. Такое устройство с легкостью пройдет известняк, мергель, вечномерзлый грунт.

Отработанная порода может выноситься на поверхность одним из следующих методов:

  • При помощи обратной воды, она под высоким давлением закачивается в шахту в процессе сверления.
  • С применением раствора глины, подающийся по штангам методом прямой промывки.
  • Также часто используется обычный шнековый способ.

ВАЖНО! Длительная работоспособность бура обеспечивается его постоянным охлаждением, которое достигается за счет прокачиваемого водного раствора.

Как выбрать бурильную технику

Если вы задумались о необходимости покупки бурильного агрегата, следует заранее определить для себя главные параметры и требования, которые вы будете к нему предъявлять.

На какие параметры следует обратить внимание:

  1. Глубина бурения. В большинстве случаев отдают предпочтение малогабаритной технике и не переплачивают за повышенные мощности, которые нужны только геологам.
  2. Грузоподъемность подъемного механизма. Основываясь на этой характеристике, можно выделить три главных вида буровых установок: для создания гидрогеологических скважин, геологической разведки газа и нефти и углубленного разведывательного бурения.
  3. Простота транспортировки – также может играть не последнюю роль при выборе. Подумайте, нужна ли вам дорогая самоходная установка для бурения или вам вполне хватит небольшого агрегата, помещающегося в обычном прицепе или кузове грузового автомобиля.

Взять технику в аренду

Если приобретение такого агрегата для вас будет нецелесообразно ввиду разовости работ, то следует подумать о возможности взятия бурильного устройства в найм, или приобретения в лизинг. Аренда позволяет выполнить поставленную задачу в кратчайшие сроки и при этом сэкономить значительную сумму. Дело в том, что в стоимость аренды входит и оплата труда оператора и его помощника, и таким образом, вам не придется отправлять своих сотрудников на несвойственные их профилю работы.

Цена аренды буровой техники зависит от многих факторов, среди которых: объем работ, длительность эксплуатации, место, число работников, обслуживающих систему. В среднем стоимость одной смены начинается от 2000–2500 тысяч рублей.

Полезное видео

Посмотрите в роликах важную информацию:

источник