Буровое долото (скважина)

В нефтегазовой промышленности буровое долото — это инструмент, предназначенный для создания в основном цилиндрического отверстия ( ствола скважины ) в земной коре методом роторного бурения для обнаружения и добычи углеводородов, таких как сырая нефть и природный газ . Этот тип инструмента поочередно называют долотом или просто долотом . Диаметр скважины, производимой сверлами, довольно мал, примерно от 3,5 дюймов (8,9 см) до 30 дюймов (76 см), по сравнению с глубиной скважины, которая может варьироваться от 1000 футов (300 м) до более 30 000 футов. (9100 м). Подповерхностные пласты разрушаются механически путем разрезания элементов долота путем соскабливания, шлифования или локализованного разрушения при сжатии. Выбуренная порода, добываемая долотом, чаще всего удаляется из ствола скважины и непрерывно возвращается на поверхность методом прямой циркуляции. ^{[ 1 ]}

Типы сверл

Сверла подразделяются на два основных типа в зависимости от их основного режущего механизма. Роликовые долота бурят в основном за счет разрушения или дробления пласта с помощью режущих элементов в форме «зубов» на двух или более конусообразных элементах, которые катятся по торцу скважины при вращении долота. В фиксированных режущих долотах используется набор лезвий с очень твердыми режущими элементами, чаще всего из натурального или синтетического алмаза, для удаления материала путем соскабливания или шлифования при вращении долота.

Роликовые фрезы

В современных коммерческих шарошках обычно используются три конуса для размещения режущих элементов, хотя иногда встречаются два или (редко) четыре конуса. Эти биты в основном делятся на два класса в зависимости от изготовления режущих элементов или «зубьев». Биты со стальными зубьями имеют конусы с клиновидными зубьями, выфрезерованными непосредственно в самой стали конуса. Чрезвычайно твердый материал из карбида вольфрама часто наносится на поверхность зубьев с помощью сварки для повышения долговечности. Коронки со вставками из карбида вольфрама (TCI) имеют фигурные зубья из спеченного карбида вольфрама, которые запрессовываются в просверленные отверстия в конусах. Некоторые типы долот со стальными зубьями помимо фрезерованных зубьев также имеют элементы TCI. Конусы вращаются на роликовых или опорных подшипниках, которые обычно изолируются от агрессивной среды внутрискважинного бурового раствора с помощью различных уплотнительных колец или металлических торцевых уплотнений. Эти долота обычно также имеют системы смазки подшипников с компенсацией давления.

Первая коммерчески успешная конструкция бурового долота с шарошечной головкой была раскрыта в патентах США, выданных Говарду Р. Хьюзу старшему 10 августа 1909 года, что привело к созданию компании, которая стала компанией Hughes Tool Company . В этом долоте использовались два конических стальных тела качения с фрезерованными зубьями, которые зацеплялись за пласт при вращении устройства и производили режущее действие. Эта конструкция представляла собой значительное улучшение производительности бурения по сравнению с так называемыми скребковыми долотами типа «рыбий хвост», обычно использовавшимися в роторном бурении в то время, и в течение следующих двух десятилетий вращательное бурение шарошечными долотами в значительной степени заменило все другие методы бурения в нефтяное месторождение. Значимость двухшарошечного бура Hughes была признана к его 100-летнему юбилею, когда Американское общество инженеров-механиков признало его машиностроения историческим памятником . ^{[ 2 ]}

Фиксированные фрезы

Фиксированные резцы были первым типом буровых долот, используемых при вращательном бурении, и они механически намного проще, чем шарошки. Поскольку режущие элементы не перемещаются относительно долота, нет необходимости в подшипниках или смазке. Наиболее распространенным режущим элементом, используемым сегодня, является поликристаллический алмазный резак (PDC), цилиндр из спеченного карбида вольфрама с одной плоской поверхностью, покрытой синтетическим алмазным материалом. Резцы расположены на лопастях долота в шахматном порядке, при этом поверхность резца с алмазным покрытием обращена в сторону вращения долота, чтобы обеспечить полное покрытие забоя скважины. В других фиксированных режущих головках могут использоваться природные алмазы промышленного качества или режущие элементы из термостабильного поликристаллического алмаза (TSP).

Гибридные фрезы

В настоящее время также доступен гибридный тип долота, который сочетает в себе как шарошки, так и фиксированные элементы резца.

Дизайн

Независимо от типа, буровые долота должны удовлетворять двум основным целям проектирования: максимизировать скорость проходки (МСП) пласта и обеспечивать длительный срок службы. Причина этого – прямое следствие метода роторного бурения. Современные операции по бурению нефтяных месторождений требуют значительных капитальных и эксплуатационных затрат. Мобилизация оборудования и человеческих ресурсов, необходимых для бурения на месте, может стоить сотни тысяч долларов. После установки буровой установки возникают значительные ежедневные расходы независимо от того, бурится ли на самом деле ствол скважины или нет. Очевидно, что чем быстрее ствол скважины достигает требуемой общей глубины, тем ниже общие затраты. Кроме того, если долото выходит из строя или изнашивается, его необходимо заменить, удалив, возможно, несколько миль бурильной трубы, к которой оно прикреплено. За это время, известное как «путешествие», глубина скважины не увеличивается, но большая часть эксплуатационных затрат все еще понесена. По этой причине эффективность долота часто измеряется как стоимость бурения на фут пробуренной скважины, где меньшее число указывает на более высокую производительность долота. Обратите внимание, что стоимость самого долота часто составляет довольно небольшую часть общей стоимости бурения.

За последние пару десятилетий в некоторых случаях стала важной третья цель проектирования. Многие скважины сегодня бурятся с использованием наклонно-направленной технологии, при которой ствол скважины намеренно направлен от вертикали. Для долот, которые будут использоваться в таких ситуациях, способность долота легче «управлять» во время бурения стала третьей, возможно, основной целью конструкции.

Способность конструкции долота удовлетворить две основные цели ограничена рядом факторов, наиболее важным из которых является диаметр ствола скважины. Другие ограничения диктуются предполагаемым использованием: типом породы (твердость, пластичность, абразивность), подлежащей бурению, рабочей средой на глубине (температура, давление, коррозионная активность), возможностями оборудования, используемого в работе (скорость вращения, доступный вес на долота, мощность насоса) и угол наклона ствола скважины (вертикальный, направленный, горизонтальный). Современные конструкции буровых долот пытаются сбалансировать эти ограничения для достижения основных целей.

Большинство буровых долот с шарошечными и фиксированными фрезами имеют внутренние каналы для направления бурового раствора, транспортируемого бурильной трубой от поверхностных насосов, через гидравлические сопла, направленные на забой ствола скважины, для создания высокоскоростных струй жидкости, которые помогают очищать старый шлам от дно до того, как следующий зуб коснется камня. Размещение насадок, особенно в шарошечных долотах, также часто осуществляется для защиты режущих элементов от накопления шлама в определенных типах глинистых и сланцевых пластов.

Галерея

Поврежденное сверло, сломанные твердосплавные пластины.

См. также

Ссылки

^ «Перевозка черенков» . ПетрВики . Проверено 25 октября 2016 г.
^ «Двухшарошечное сверло Хьюза» (PDF) . 10 августа 2009 г. Архивировано (PDF) из оригинала 14 июня 2020 г. Проверено 22 августа 2021 г.

[1] «Перевозка черенков» . ПетрВики . Проверено 25 октября 2016 г.

[2] «Двухшарошечное сверло Хьюза» (PDF) . 10 августа 2009 г. Архивировано (PDF) из оригинала 14 июня 2020 г. Проверено 22 августа 2021 г.

[ 1 ]

[ 2 ]