Статья

Момент бурения.

Одной из важнейших технических характеристик в бурении, если не самой важной, является момент бурения. Не утомляя сложными определениями, поясним, что момент бурения есть усилие, затрачиваемое буровой колонной для бурения определенного участка скважины.

Судите сами:

1. Именно момент бурения определяет работоспособность ВЗД (турбобура) и нагрузку на долото при бурении. А значит, от момента бурения зависит механическая скорость бурения.
2. Именно момент бурения определяет управляемость компоновки (послушность компоновки при направленном бурении). А значит, от момента бурения зависит и траектория скважины.
3. Именно от момента бурения очень часто зависит вероятность возникновения аварий в процессе бурения. Действительно, высокий момент бурения является причиной частого отказа ВЗД, поломки ротора и верхнего привода, сломов инструмента и элементов КНБК.

Если мы обобщим все наши утверждения, то придем к выводу, что механическая и коммерческая скорость бурения, траектория бурения, безаварийность бурения во многом зависит от того, не превышает ли момент бурения некоторой критической отметки.

Таким образом, от момента бурения зависит рентабельность бурения и прибыль буровой компании.

Еще от момента бурения зависит возможность строительства скважин в том или ином регионе.

Долото.

Момент бурения зависит только от типа выбранного долота, которое будет применяться при бурении планируемой скважины.

Классифицируем основные типы долот, которые получили распространение на территории Российской Федерации.

1. Шарошечные долота.
2. Классические PDC долота (высокомоментные).
3. Низкомоментные PDC долота.

Мы не будем останавливаться на экзотических и узкоспециализированных долотах (бицентрические, пикодолота, зарезные и т.д.)

Шарошечные долота.

На сегодняшний день шарошечные долота дают самый низкий момент бурения из всех типов долот. И действительно, при бурении шарошечным долотом момент бурения образовывается в основном силой трения качения шарошек по забою, которая в несколько раз ниже силы трения скольжения.

Плюсы такого бурения очевидны: низкая аварийность, отличная управляемость. Шарошечные долота могут работать в любом регионе, где ведется бурение.

Более того, низкий момент бурения шарошечных долот позволяет проводить буровые работы в районах с твердыми и абразивными породами, там, где долота других типов бурить не смогут.

Минусы шарошечных долот тоже всем хорошо известны:

1. Очень низкий ресурс работы долот такого типа.
2. Сильная зависимость механической скорости бурения от промывки забоя.

Классические PDC долота.

Если верить умным книгам, момент бурения классическим PDC долотом в 6 раз выше, чем у шарошечных долот. При бурении резцы классического PDC долота «снимают стружку» с забоя, именно это и дает высокий момент бурения.

Главный плюс классических PDC долот это его рабочий ресурс, который примерно в 10 раз больше, чем рабочий ресурс шарошечных долот.

А все минусы классических PDC долот имеют в своей природе высокий момент бурения. Классические PDC долота плохо управляются при направленных участках бурения, дают высокую аварийность бурения, и имеют ограниченную географию применения.
Всем известный пример классических PDC долот это долота ВБМ.

Низкомоментные PDC долота.

Низкомоментные PDC долота появились сравнительно недавно, но уже успели отлично себя зарекомендовать. По моменту бурения они приближаются к шарошечным долотам, а по ресурсу отработки равны классическим PDC долотам, а может быть даже, и превосходят ресурс отработки классических PDC долот.

К низкомоментным долотам следует отнести простые низкомоментные PDC долота (БИТ, фирмы «Буринтех») и канавчатые низкомоментные долота (НТФ, фирмы «НТФ –Сервис»).

Простые низкомоментные PDC долота БИТ.

До сегодняшнего дня, данная конструкция была наиболее удачной среди PDC долот. Такие долота отлично себя зарекомендовали в ХМАО и в прилегающих регионах Российской Федерации (Западная Сибирь).

Особенности конструкции PDC долот БИТ это широкие лопасти. Широкие лопасти дают массу преимуществ при бурении мягких низкообразивных пород (ХМАО и другие регионы Западной Сибири). Однако эти же лопасти дают еще и пару минусов:

1) Долото БИТ относительно медленно проходит мягкие пропластки.
2) Долото БИТ очень сильно боится сальников.

Рассмотрим подробнее недостатки простых PDC долот БИТ. Первый недостаток это сравнительно медленное прохождение мягких проспастков. Это вызвано тем, что простое PDC долото БИТ как-бы «недочерпывает» мягкие породы.

Второй недостаток широких лопастей PDC долот (БИТ), это затрудненное удаление шламов из под них. А это значит, что под лопастями долот БИТ скапливаются шламы, что часто приводит к образованию сальников под лопастями, а это, в конечном счете, уменьшает механическую и коммерческую скорость бурения.

Канавчатые PDC долота НТФ.

Канавчатые PDC долота НТФ относятся к классу низкомоментных PDC долот, как и долота БИТ. И действительно, по внешнему виду долота НТФ похожи на долота БИТ, и по характеристикам бурения тоже.

Отличие канавчатых PDC долот НФТ от простых низкомоментных PDC долот БИТ это специально нанесенные кольцевые канавки на рабочую поверхность лопастей долота. Нанесенные канавки очень похожи на кольцевую выработку, но сделаны они специально.

Специально сделанные кольцевые канавки дают ряд преимуществ. Первое преимущество это то, что канавки увеличивают механическую скорость бурения мягких пропластков, без увеличения момента бурения и нагрузки на долото. Второе преимущество это то, что канавки улучшают промывку под лопастями PDC долота. А это в свою очередь уменьшает вероятность образования сальников под лопастями, что позитивно отражается на механической и коммерческой скоростях бурения.

Таким образом, канавки на низкомоментных PDC долотах НТФ почти полностью устраняют недостатки данного типа долот и при этом сохраняются все достоинства низкомоментных простых PDC долот БИТ.

За счет дополнительных преимуществ, которые дают канавки, средняя механическая скорость бурения скважины долотами НТФ увеличивается на 3-6 м/ч, по сравнению с простыми низкомоментными долотами БИТ. При этом, специально увеличивать момент бурения и нагрузку бурения для увеличения механической скорости нет никакой необходимости. Условия бурения стандартны. А это значит, что управляемость долота остается на безупречном уровне, как и у простого низкомоментного долота БИТ.

Преимущество канавчатых долот НФТ.

Покажем наглядно преимущество канавчатых PDC долот НТФ по сравнению классическими (ВБМ) и низкоментными (БИТ) PDC долотами.

Наиболее ярко преимущества долот НТФ проявляются при бурении секции эксплуатационной колонны (распространенный типоразмер долот для данной секции 215,9 или 220,7) горизонтальных и наклонно-направленных нефтяных и газовых скважин.

Для наглядности покажем на графике схематические зависимости механической скорости бурения высокомоментных долот (синяя линия), низкомоментных долот БИТ (оранжевая линия) и канавчатых долот НТФ (красная линия) от глубины скважины. График сравнения скоростей приведен ниже.



На графике отражена общая закономерность: высокомоментные PDC долота начинают интервал бурения эксплуатационной колонны (из-под кондуктора) с более высокой механической скоростью, чем низкомоментные PDC долота БИТ. К концу секции ситуация меняется: PDC долота БИТ демонстрируют более высокую механическую скорость и безупречную управляемость, в то время как высокомоментные PDC долота демонстрируют низкую механическую скорость и ужасную управляемость.

Теперь покажем, как пойдет бурение долотом НТФ, производства «НТФ-Сервис». На графике отработка НТФ долота показана красной линией.

Долото НТФ начинает интервал как высокомоментное PDC долото. Скорость бурения канавчатым долотом будет выше, чем скорость бурения PDC долотом БИТ. В конце секции механическая скорость бурения долотом НТФ будет такой же, как у долота БИТ, то есть гораздо выше, чем у высокомоментного PDC долота.

Это значит, долото НТФ при равных условиях бурения отработает секцию эксплуатационной колонны быстрее, чем высокомоментные PDC долота и низкомоментные PDC долота БИТ. И это будет происходить на любом месторождении с мягкими и низкоабразивными породами, то есть на любом месторождении Западной Сибири.

При этом канавчатое долото НТФ на протяжении всего интервала будет демонстрировать безупречную управляемость.

Имевшие место отработки долот НТФ подтверждают это.

И поэтому можно утверждать, что канавчатые низкомоментые PDC долота фирмы «НТФ-Сервис» на сегодняшний день самые совершенные по своей конструкции PDC долота и рекомендованы к применению при строительстве нефтяных и газовых скважин в ХМАО и других регионах Западной Сибири.