Для отбора керна в процессе строительства геологоразведочных, разведочных, поисковых и параметрических скважин используются керноотборные инструменты, состоящие из керноотборных устройств в сочетании с бурильными головками различного типа: режущего действия (бесшарошечные), шарошечные и алмазные.
За 49 лет своего существования специалистами ОАО НПО «Буровая техника» разработаны и переданы в серийное производство комплексы керноотборного инструмента, включающие керноприемные устройства и бурильные головки, предназначенные дли бурении нефтяных и газовых скважин различного назначении с отбором керна различными способами в интервалах залегании различных по физико-механическим свойствам горных пород и условий бурении. Опытные образцы и партии указанных изделий в основном изготавливаются на опытном и экспериментальных заводах ОАО НПО «Буровая техника». Испытания к ер но отборного инструмента проводились во всех нефтегазовых регионах бывшего СССР при бурении в осадочных породах, а также в отложениях коренных пород при бурении самой глубокой скважины на земле — СГ-3 Кольская.
Кроме того, в создании и освоении производства керноотборных устройств и бурильных шловок к ним различных конструкций принимали участие и ряд других организаций и предприятий.
Рис. 2.1. Общий вид керноотборного устройства серии К:
1 — регулировочная головка; 2 — узел подшипника; 3 — корпус; 4 — керно-приемная труба с кернорвателем
Породоразрушающий инструмент для отбора керна
По характеру разрушения горных пород на забое различают сплошное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонковое бурение предусматривает разрушение пород только но кольцу с целью извлечения керна - цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.
Колонковое бурение имеет целью получение из скважины образцов горных пород (керн). Керн формируется на забое скважины в процессе ее углубления с помощью породоразрушающего инструмента, который разрушает горную породу лишь по кольцевому забою и оставляет в центре нетронутый целик породы (колонку). При этом должно обеспечиваться не только эффективное разрушение породы на забое, но и сохранность керна при его формировании и поступлении в керноприемную трубу. Отбор керна возможен при всех способах бурения. Применяют коронки и бурильные головки. Буровая коронка представляет собой кольцо с присоединительной резьбой, у которого резцы располагаются на нижнем торце и боковых повер-хностях. В глубоком бурении они практически не используются.
При бурении скважин на нефть и газ используют колонковые наборы, состоящие из бурильной головки, корпуса и керноприемной трубы. Бурильная головка, разрушая породу по периферии забоя, оставляет в забоя колонку породы (керн), поступающую по мере углубления скважины в керноприемную трубу. Корпус колонкового набора служит для соединения бурильной головки с бурильной колонной, размещения керноприемной трубы и защиты ее от механических повреждений, а также для пропуска ПЖ между ним и керноприемной трубой. Керноприемная труба предназначена для приема керна, сохранения его во время бурения и при подъеме на поверхность. Для выполнения этих функций в нижней части керноприемной трубы размещены кернорватели и кернодержатели, а вверху - шаровой клапан для пропуска вытесняемой из керноприемной трубы жидкости по мере заполнения ее керном. Керноприемная труба в корпусе колонкового набора может быть вращающейся и невращающейся, со съемной и несъем-ной.
Главная задача при разработке технологии бурения с отбором керна — обеспечение высокого качества кернового материала, извлекаемого из скважины. Высококачественный керн должен давать полное представление о горных породах,
слагающих опробуемый интервал, доставлять достоверную информацию о строении породы-коллектора, его насыщении и составе пластового флюида.
Поскольку технология бурения с отбором керна подробно рассматривается в курсе колонкового бурения, здесь остановимся в основном на рассмотрении инструментов, применяемых дя получения керна при бурении нефтяных и газовых скважин.
По классификациям (С.А Волков, С.С. Сулакшин, И.И. Ба-рабашкин и др.), изучаемым в курсе колонкового бурения, все горные породы по трудности получения керна подразделены на несколько категорий. В основу деления горных пород положены такие признаки, как прочность и стабильность внутренних связей в горной породе, степень ее нарушенности, устойчивость горной породы против вибраций и эрозионного действия промывочной жидкости, растворимость горной породы. Отнесение горной породы к той или иной категории позволяет правильно выбрать способ получения керна, тип колонкового инструмента и наиболее подходящий технологический режим.
Разнообразие геологических условий, в которых приходится отбирать керн, обусловило большое количество разновидностей колонкового инструмента. По схеме и способу создания циркуляции промывочного агента все их можно подразделить на два класса и в каждом классе выделить несколько разновидностей по принципиальной конструктивной схеме и способу подъема керна на поверхность.Чем труднее удержать, сохранить керновый материал при его выбуривании и подъеме на поверхность, тем тщательнее нужно разрабатывать технологию бурения и сложнее конструкции применяемого колонкового инструмента. Если из монолитных устойчивых пород высокий процент выноса керна получают с использованием одинарного колонкового снаряда, то трещиноватые, дробленые породы-коллекторы и рыхлые породы требуют использования двойных колонковых снарядов с вращающейся или невращающейся керноприемной трубой.
По ГОСТ 21949 — 76 "Устройства керноприемные" предусмотрен выпуск керноириемных устройств двух типов в зависимости от способа бурения: для роторного бурения — тип Р, для бурения с забойным двигателем — тип Т.
В роторном бурении уже в течение длительного времени используют колонковый снаряд "Недра" конструкции ВНИ-ИБТ, известный под шифром КД11 М-164/80 [ранее обозначался КД11М-190/80). Он имеет внутреннюю керноириемную трубу на жесткой подвеске изолирующую керн от потока промывочной жидкости. На базе этого снаряда разработаны модификации СКУ1-122/52, СКУ-138/67, СКУ1-203/100, причем они могут иметь как жесткую, так и подвижную подвеску внутренней керноириемной трубы. Для бурения в разрезе, представленном слабосвязанными, пластичными и пучащими породами, во ВНИИБТ разработана серия керноприемных устройств под названием "Силур" с уменьшенным наружным диаметром корпуса. Эта серия включает типоразмеры СКУ-146/80, СКУ-122/67 и СКУ-114/52. Во ВНИИБТ длительное время ведутся работы по увеличению диаметра отбираемого керна при сохранении наружного габарита корпуса. В результате этих работ положено начало новой серии колонковых устройств под названием "Кембрий". Из этой серии в ограниченном количестве производится керноприемное устройство под шифром СКУ1-172/100, имеющее керноприемную трубу на свободной подвеске. Основные данные по устройствам серий "Недра", "Силур" и "Кембрий" приведены табл. в 6.4.
В очень рыхлых, рассыпающихся сильнотрещиноватых породах можно применять двойной колонковый снаряд с эластичной оболочкой. Ее изготавливают из стойкой резины или иного эластичного материала. В первоначальном состоянии эластичная оболочка в один или несколько слоев натянута на керноприемную трубу. По мере выбуривания керна через нижний торец керноприемной трубы оболочка втягивается внутрь и охватывает керн. Подача эластичной оболочки внутрь происходит в результате периодического расхаживания бурильной колонны и гидравлического давления промывочной жидкости. Колонковые устройства этого типа входят в серию под названием "Плутоний".
Во всех случаях, когда обстоятельства вынуждают сокращать проходку за рейс, чтобы не допустить потери керна, большое преимущество в глубоком бурении имеют устройства со съемной грунтоноской, которую можно поднимать из скважины без выполнения спускоподъемных операций. В нашей стране способ отбора керна с помощью съемных грун-тоносок нашел практическое применение в турбинном бурении. Применяются колонковые турбодолота двух серий — КТДЗ и КТД-4. Турбодолота серии КТД4 позволяют отбирать керн большего диаметра, чем КТДЗ.
В глубоких скважинах, где особое значение имеет сохранение керна при подъеме инструмента из скважины, хорошие результаты дают колонковые снаряды с обратной промывкой и магазинированием керна типа МАГ. Они были применены в сверхглубокой скважине СГ-3 Кольская и показали высокую эффективность.
Несмотря на имеющуюся номенклатуру колонкового инструмента проблемы повышения качества кернового материала актуальны и для конструкторов — создателей новой техники, и для технологов на производстве. Усложнение условий получения керна связано с ростом глубин поисково-разведочных скважин и увеличением объемов наклонно направленного бурения. Возрастают и требования к качеству кернового материала. Все это заставляет непрерывно совершенствовать технические средства для отбора керна и технологию его получения.
Чтобы повысить достоверность определения газонефтенасыщения по керну, разработаны и применяются специальные колонковые снаряды, позволяющие герметизировать керн на забое скважины и сохранять забойное давление в течение всего времени подъема инструмента на поверхность. Создан колонковый снаряд в котором внутренняя поверхность керноприемной трубы имеет олеофильное полиуретановое покрытие. Оно улавливает нефть, выделившуюся из керна. В лаборатории содержание нефти в породе-коллекторе определяют по результатам исследования керна и олеофильного материала.
В некоторых конструкциях колонковых снарядов вместо стальной применяют стекло волокнистую керноприемную трубу, которую сплетают из стеклянных волокон с последующей пропиткой твердеющим полимерным материалам. В стеклянной трубе создается идеально гладкая внутренняя поверхность с очень низким коэффициентом трения, что является эффективным средством против подклиниваний керна. На поверхности стекловолокнистую трубу с керном извлекают из снаряда и разрезают по длине на части, которые закрывают крышками и в таком виде направляют для изучения и лабораторного исследования.
В области развития технологии бурения проводятся работы по созданию новых рецептур промывочных жидкостей, которые отличались бы незначительной фильтрацией в керн. Внутрь колонкового снаряда помещают консистентную смазку, которая обволакивает керн изолирующей пленкой.
Развиваются скважинные технические средства для обнаружения признаков нефти непосредственно у забоя. Измерительный инструмент включает люминесцентный анализатор.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему