Введение к работе
Актуальность работы
Основной объем разведочного бурения в республике сосредоточен (на ближайший и более отдаленный период времени) в малодоступной, неосвоенной аридной области бассейна Масила. Основные особенности бурения скважин в этой области - широкий разброс геологических условий бурения, которые характеризуются наличием твердых, крепких и трещиноватых пород, пород с невысокими показателями механических свойств, поглощающих и гидратирующихся пород, взаимодействующих с буровым раствором. При этом конечные диаметры разведочных скважин, без какого-либо обоснования принимаются равными 215,9 мм. Это обстоятельство, кроме значительных затрат времени, энергии, расхода металла и других материалов для приготовления и химической обработки буровых и тампонажных растворов, наносит невосполнимый экологический ущерб. Следует ожидать, что в дальнейшем, с ростом глубин и объемов бурения, трудоемкость работ будет увеличиваться.
Наряду с этим, бурение скважин малого диаметра позволяет отказаться от последовательного поэтажного бурения. Таким образом верхние продуктивные горизонты могут быть с успехом изучены скважинами, закладываемыми для прослеживания глубокозалегающих нефтяных пластов. Существующие малогабаритные бурильные головки и керноприемные устройства обеспечивают извлечение представительного керна диаметром 76, 2 мм.
Несомненную проблему представляют интенсивные вибрации бурового инструмента при бурении шарошечными долотами в трещиноватых магматических и метаморфических породах, выходящих на поверхность и составляющих кристаллический фундамент. Вибрации разрушительно действуют на долото, трубы, снижая технические показатели работы.
Разработка ресурсосберегающей технологии бурения в аридной области бассейна Масила (Республика Йемен) является актуальным направлением научных исследований.
Цель работы - повышение эффективности бурения разведочных скважин в неблагоприятных природно-климатических условиях.
Объект исследования. Изменение основных технических параметров процесса бурения с уменьшением диаметра скважины. Влияние наддолотного амортизатора на изменение параметров колебаний и показатели отработки долот.
Основные задачи исследований
Для достижения поставленной цели в процессе научных исследований необходимо было решить следующие задачи:
изучить и провести анализ горно-геологических условий бурения разведочных скважин в бассейне Масила;
выделить технологические и технические предпосылки к бурению скважин малого диаметра;
изучить параметры продольных колебаний бурильной колонны при бурении шарошечными долотами в твердых, трещиноватых породах и обосновать целесообразность применения наддолотного амортизатора;
провести экспериментальные исследования влияния диаметра скважины и наддолотного амортизатора на показатели отработки долот в натурных условиях;
установить закономерности изменения крутящего момента и мощности на долоте с глубиной скважины;
установить снижение степени загрязнения окружающей природной среды при бурении по облегченной конструкции скважины.
Методика исследований
Для решения поставленных задач применялись общие принципы методологии научных исследований, включающие в себя анализ и обобщение литературных источников, проведение теоретических и экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования проводились на действующих буровых. При проведении экспериментов проводились хронометражные наблюдения с применением современной виброизмерительной аппаратуры и система измерения забойных параметров MWD. Полученные при экспериментальных исследованиях результаты обрабатывались с помощью методов математической статистики (оценка численных характеристик выборки; корреляционно-регрессионный анализ).
Научная новизна диссертации
Выявлена зависимость амплитуды продольных перемещений долота от жесткости бурильной колонны и частотных характеристик системы, с уменьшением значения которых амплитуда продольных перемещений возрастает.
Установлен линейный характер регрессионной зависимости крутящего момента и мощности на долоте с ростом глубины скважины.
Установлена зависимость времени механического бурения от глубины при бурении с амортизатором и без него.
Установлены сравнительные зависимости механической скорости проходки и проходки на долото при бурении скважин по традиционной и облегченной конструкциям скважин в сопоставимых условиях.
Практическое значение
- Разработана классификация особенностей строительства разведочных
скважин в бассейне Масила.
Разработаны три варианта облегченных конструкций скважин (один из которых внедрен в производственных условиях), обеспечивающих значительное снижение объема разрушаемой породы, расхода материалов и энергии, степени загрязнения окружающей среды.
Предложен показатель, характеризующий целесообразность применения наддолотного амортизатора.
Экспериментально установлено, что введение наддолотного амортизатор позволяет не только снизить уровень вибрации бурильной колонны, но и добиться роста показателей отработки долот в сопоставимых условиях.
Результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе в
рамках дисциплины «Технология и техника бурения скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые».
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
Практические рекомендации и защищаемые положения обоснованы достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, а также проверкой положений, выводов и рекомендаций при бурении экспериментальных скважин в натурных условиях.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского и аспирантского состава «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже XX - XXI вв» в 2006 г и на международных конференциях «Новые достижения в науках о Земле» в 2007 - 2009 гг».
Публикации
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ (3 научные статьи и 3 доклада, тезисы которых опубликованы), в которых раскрываются основные теоретические положения в результате проведенных исследований.
Объем н структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 98 наименований, содержит 22 рисунка и 15 таблиц.
Работа выполнена в период обучения (2006 - 2009 гг) соискателя на очном отделении аспирантуры при РГГРУ.
Автор считает своим долгом выразить особую признательность своему научному руководителю, к.т.н., профессору, члену-корреспонденту РАЕН, Ганджумяну Р.А.
Автор выражает искреннюю благодарность зав. кафедрой разведочного бурения им. Б.И. Воздвиженского д.т.н., профессору Соловьеву Н.В., а также всему коллективу кафедры за помощь в выполнении работы и подготовке ее к защите.
Автор благодарен к. г-м.н. Халиду Салим Башамеху за содействие на разных этапах экспериментальных исследований.
