Давление долота на забой создается за счет части веса бурильной колонны, однако чрезмерное увеличение нагрузки может привести к поломке инструмента и к искривлению скважины. Во избежание искривления скважины и аварий внизу бурильной колонны устанавливают утяжеленный низ.

При работе с утяжеленным низом его вес используется только на 75%.

Заданная величина нагрузки на долото контролируется гидравлическим индикатором веса.

Индикатор веса ГИВ-2

Индикатор веса ГИВ-2 состоит из трансформатора давления, укрепляемого на мертвом конце талевого каната, указывающего прибора и верньера, записывающего прибора, медных трубок, соединяющих трансформатор давления с указывающим и записывающим приборами, бачка для запасной жидкости, ручного насоса и запорного вентиля. Вся система заполняется жидкостью: в летнее время водой или 1%-ным раствором хромпика в воде для предохранения от коррозии, а зимой незамерзающей жидкостью — смесью воды со спиртом или с глицерином.

Показывающий прибор представляет собой манометр с трубчатой пружиной, шкала указывающего прибора разделена на 100 частей.

Для более точного определения нагрузки на долото служит верньер 8. Шкала верньера занимает всю окружность и разделена на 40 делений без указания цифр. При изменении нагрузки, действующей в талевом канате, до наибольшего значения, соответствующего 100 делениям прибора, стрелка верньера делает пять оборотов. Таким образом, одно деление верньера соответствует половине деления прибора.

Пример. Определить цену одного деления (в кг) по указывающему прибору индикатора веса с верньером (ГИВ-2), если вес бурильного инструмента на крюке 56 делений.

При каждом индикаторе веса имеется свидетельство о тарировке на рабочий талевый канат диаметром 1”, I1/8” или 13/4”, которое необходимо иметь при подсчетах цены одного деления.

Подсчет. В показании указывающего прибора индикатора веса ГИВ-2 по свидетельству тарировки на канате диаметром i1/8” усилие (в кг) на один конец при 50 делениях 5415 кг, а при 60 делениях 6650 кг.

Разность в показаниях усилий между 50 и 60 делениями определится 6650 – 5415 = 1235 кг.

Роторный индикатор веса РИГ-1

Гидравлический роторный индикатор веса предназначен для контроля работы забойного механизма подачи долота по изменению веса инструмента в процессе бурения двух- и трехствольных скважин двумя комплектами бурильных труб.

При пользовании забойным механизмом подачи бурильный инструмент подвешивают при помощи клиньев, установленных в роторе. Вес инструмента через ротор передается на гидравлический поршневой датчик, установленный под ротором в вырубке подроторного бруса; в связи с этим в датчике создается давление, которое измеряется пружинным манометром.

В момент сработки забойного механизма на полную длину хода штока вследствие зависания его на колонне бурильных труб и отрыва долота от забоя вес инструмента увеличивается, что фиксируется стрелкой манометра.

Датчик роторного индикатора веса представляет собой блок из 11 поршней, помещающихся в расточках вытянутого прямоугольного корпуса.

Поршни снабжены резиновыми самоуплотняющимися кольцами, препятствующими вытеканию жидкости из полости цилиндров. Цилиндры сообщаются между собой и заполняются жидкостью через общий штуцер.

Наибольший измеряемый вес инструмента 130 т.

Давление в гидросистеме при максимальном весе инструмента 120 кГ/см2.

Габариты датчика: высота 78 мм, ширина 94 мм, длина 1060 мм.

Габариты приборного шкафа: высота 430 мм, ширина 660 мм, глубина 170 мм.

Вес датчика 28 кг, а приборного шкафа 17 кг.

Числа оборотов долота

Как показала практика роторного бурения, оптимальные числа оборотов трехшарошечных долот, при которых были получены наилучшие результаты по механическим скоростям и проходке на долото, находятся в пределах 200—220 об/мин при бурении в верхних интервалах скважины.

Расход промывочной жидкости

Количество прокачиваемой жидкости зависит от мощности насосной группы бурового оборудования и применяемого бурового инструмента. Современные мощные насосы при спаренной работе позволяют закачивать жидкость в количестве 60 л/сек и более. Однако имеются опасения, что чрезмерное увеличение скорости прокачиваемой жидкости в скважинах, сложенных слабыми породами, приведет к размыву ствола.

Расходомер глипистого раствора РГР-1

Этот прибор предназначен для измерения и записи расхода глинистого раствора на выкиде буровых насосов при бурении скважин.

Расходомер состоит из датчика и вторичного прибора.

Принцип действия прибора

В трубопроводе, по которому протекает измеряемый поток глинистого раствора, ребром к потоку установлен диск, укрепленный эксцентрично на оси.

При движении жидкости скоростной напор потока действует на диск и стремится повернуть его.

Противодействующий момент повороту диска создается спиральной пружиной, связанной с осью, на которую насажен диск. Одновременно при повороте оси измерительного узла ползунок, жестко связанный с осью, перемещаясь по реохорду, изменяет его сопротивление.

Рис. 1. Расходомер глинистого раствора РГР-1.

Расходомер включен в схему автоматического электронного уравновешенного моста ЭМД-207, при помощи которого производятся измерение и запись расхода глинистого раствора.

Режим турбинного бурения

Режим турбинного бурения определяется величиной осевой на* грузки, расходом промывочной жидкости н числом оборотов долота.

В турбинном бурении повышение мощности и вращающего момента на валу турбобура связано с увеличением расхода промывочной жидкости. При увеличении количества прокачиваемой жидкости наряду с увеличением мощностных характеристик турбобура достигается лучшая очистка забоя от выбуренной породы и улучшаются условия работы долота на забое.

Осевая нагрузка на долото

С увеличением осевой нагрузки на долото число оборотов вала турбобура уменьшается, а крутящий момент возрастает и при числе оборотов, равном нулю, достигает максимальной величины.

Постепенным изменением осевой нагрузки на долото можно найти такое число оборотов, при котором мощность и к. п. д., развиваемые турбиной, а также механическая скорость проходки будут максимальными.

Выбранную нагрузку даже при бурении в одной и той же породе в связи с износом долота необходимо периодически проверять путем изменения нагрузки на долото.

Турбобуры современной конструкции позволяют работать при нагрузках на долото до 30 т и более.

Числа оборотов долота

Числа оборотов долота в турбинном бурении зависят от количества прокачиваемой жидкости и величины осевой нагрузки.

При долотах современных конструкций наиболее выгодным числом оборотов считается 300—600 обIмин.

При работе в твердых породах необходимо нагрузку на долото увеличивать, а в мягких породах — снижать.

Требования по технологической дисциплине в бурении
1. Основным документом по проводке скважины является геолого-технический наряд (ГТН), обязательный для выполнения буровыми мастерами, бурильщиками и начальниками участков.
2. ГТН составляется на основании утверяеденного типового проекта для каждой скважины индивидуально и утверждается главным инженером и главным геологом предприятия (цех, разведка, контора).
3. Отступление от ГТН в процессе бурения разрешается делать буровому мастеру только по указанию руководства предприятия. Самовольное отступление от технологии проводки скважин начальником участка, буровым мастером или бурильщиком руководством предприятия должно расцениваться как нарушение технологического режима.
4. За три дня до начала бурения новой скважины утвержденный геолого-технический наряд выдается буровому мастеру под расписку. За один день до начала бурения скважины в буровой должно быть проведено производственное совещание — пусковая конференция — под председательством директора предприятия или главного инженера с обязательным участием бурового мастера с бригадой, начальника участка, главного геолога, начальников технического отдела и отдела нормирования, главного механика предприятия, ответственных представителей подсобных предприятий. Докладчиком на пусковой бригадной конференции является буровой мастер, который подробно освещает указания геолого-технического наряда и принятые им меры по оснащению буровой для обеспечения выполнения этих указаний, а также инструкции по уходу за оборудованием, по эксплуатации бурильных труб и предлагает для обсуждения им оперативный график бурения скважины.
5. Пуск буровой без наличия полного комплекта контрольно-измерительной аппаратуры как по контролю процесса технологии бурения, так и по измерению качеств глинистого раствора не разрешается. В комплект контрольно-измерительных приборов на буровой должны входить:
а) индикатор веса (самопишущий и показывающий);
б) амперметры и вольтметры (при наличии электропривода);
в) манометры;
г) аппарат для измерения кривизны скважины системы Пет-росяна;
д) ареометр АГ-1 с ведром и футляром;
е) вискозимер СПВ-5 с мерной кружкой;
ж) отстойник металлический Лысенко ОМ-1 с кружкой. Ответственные буровые (опорные, разведочные и глубокие эксплуатационные) должны иметь переносную лабораторию по глинистым растворам. В буровой направленного турбинного бурения, кроме перечисленных выше, должны быть все приборы и приспособления по визированию: лебедка Яковлева (тяжелая), аппарат Шань-гина или Амбарцумова.
6. В геолого-техническом наряде должны быть заполнены все графы полностью четким почерком тушью. ГТН вывешивается в рамке под стеклом в месте, удобном для пользования буровой бригады.
7. Изменения, намечаемые в технологии бурения, вызываемые в результате полученных дополнительных данных в процессе проводки скважины, а также намечаемые изменения проектных глубин и конструкции скважин должны быть внесены в ГТН.
8. Перед спуском и тампонажем колонн глубиной свыше 1000 м технический отдел предприятия должен вручить буровому мастеру план организации спуска и тампонажа колонны, утвержденный главным инженером предприятия. Анализ тампонажа цемента должен представляться буровому мастеру с первой партией цемента, доставляемой на буровую.
9. Для правильной эксплуатации бурильных и утяжеленных труб должна быть вручена буровому мастеру копия паспорта на трубы. Всякие изменения в комплекте бурильных труб, пройденный метраж, допущенные максимальные нагрузки на них, аварии и причины возникновения их с трубами должны фиксироваться буровым мастером в паспорте.

Промывочные растворы

В качестве промывочной жидкости при бурении нефтяных и газовых скважин применяются глинистые растворы, растворы на нефтяной основе, а также техническая вода. Техническая вода широко применяется в восточных нефтяных районах нашей страны, что позволило улучшить условия работы буровых насосов и сократить расход запасных частей, улучшить очистку промывочной жидкости от выбуренной породы, повысить производительность насосов при меньшем рабочем давлении на выкиде, увеличить мощность турбобура (вследствие чего он стал воспринимать большие нагрузки).

Также увеличились проходка па долото и механическая скорость; сократилось количество подъемов инструмента и расход долот, что позволило повысить коммерческую скорость бурения. При использовании воды в качестве промывочной жидкости необходимо соблюдать следующие условия:
1) переход с воды на глинистый раствор должен осуществляться не ниже чем за 50 м до входа в зону бурения с промывкой глинистым раствором;
2) обеспечить нормальную очистку промывочной жидкости от шлама за счет установки механизмов, вибросит и сит-конвейеров или устройства амбарной системы;
3) перед подъемом инструмента скважину необходимо тщательно промывать;
4) особо уделять внимание замковым соединениям, тщательно следить за смазкой резьбы стойкой мазью и крепить их машинными ключами во избежание промыва резьбы водой.

При переходе с воды на глинистый раствор во избежание прихватов инструмента необходимо тщательно следить за состоянием качества глинистого раствора, не допуская ухудшения его параметров.

Бентонитовый глинопорошок

При бурении нефтяных и газовых скважин в качестве добавки к структурным глинистым растворам, приготовленным из местных глин, а также в качестве основного материала для приготовления промывочных растворов с низким удельным весом и высокими тиксотропными свойствами при бурении в зонах, поглощающих обычную промывочную жидкость (воду или глинистый раствор), применяют порошок из бентонитовой глины.

Бентонитовый порошок приготовляют из бентонитовой глины, не содержащей гипса, мергеля, песка и других вредных примесей.

Качество порошка определяют по параметрам растворов, приготовленных на его основе с дистиллированной водой, а тонкость помола бентонитовой глины — по остатку на сите (4900 отверстий на 1 см2), который не должен превышать 5%.

Характеристика глинистого раствора, приготовленного из порошка бентонитовой глины, должна быть следующая.

Приборы для определения качества глинистых растворов Ареометр АГ-1 для замера удельного веса глинистого раствора.

Для определения удельного веса глинистого раствора необходимо отсоединить стакан от поплавка и заполнить его раствором. Затем следует вставить в него поплавок, после чего ареометр нужно опустить в ведерко с водой. Величину удельного веса определяют по шкале. Ареометром АГ-1 можно измерять удельные веса утяжеленных растворов; для этого необходимо отвинтить съемный груз, а отсчет удельного веса вести по второй шкале.

Рис. 2. Ареометр АГ-1.
1 — жестяная воронка; 2 — калиброванная трубка диаметром 5 мм; 3 — сетка; 4 — кружка с глухой перегородкой, раздели юща я ее на две части объемом 200 и 500 сма.

Рис. 3. Стандартный полевой вискозиметр СПВ-5.
1 — поплавок; 2 — стакан; 3 — съемный грузик.

Вискозиметр СПВ-5

Практически замер производится следующим образом. В воронку наливают поочередно 500 и 200 см3 глинистого раствора, закрыв нижний конец трубки пальцем. Для правильности показаний раствор должен быть процежен через сетку, предварительно вставленную в воронку. Подставив под воронку кружку, отнимают палец от конца трубки, а другой рукой засекают время на секундомере. Время истечения 500 см3 воды из вискозиметра при Ъ-мм трубке равно 15 сек. Величина вязкости измеряется временем истечения 500 смг раствора в секундах.

Автомат для регистрации параметров глинистого раствора АПГР-1

Автомат АПГР-1 предназначен для непрерывного измерения и регистрации удельного веса и вязкости глинистого раствора.

Автомат состоит из шести отдельных узлов, собранных на обгцей раме:
1) циркуляционной камеры; 2) вискозиметра; 3) блока насосов; 4) блока питания воздухом; 5) распределительного щитка; 6) дифманометра.

Центробежный насос из желоба циркуляционной системы подает глинистый раствор в циркуляционную камеиу. избыток глинистого раствора вытекает через сливную трубу 16. Назначение сливной трубы поддерживать постоянный уровень в камере и постоянную скорость движения раствора в измерительном отсеке. В измерительный отсек погружены две пьезометрические трубки, через которые подается воздух.

Воздух от воздуходувки через регулятор давления подается на контрольные стаканчики. Расход воздуха устанавливается регулировочными винтами обычно количество воздуха составляет 120—140 пузырьков, что соответствует расходу 0,7—0,8 л/час через каждую трубку.

Рис. 4. Схема автомата для регистрации параметров глинистою раствора АПГР-1.
1 — контрольные стаканчики; 2 — регулировочные винты; з — циркуляционная камера; 4 — пьезометрические трубкп; 5 — катушка соленоида клапана; 6 — водяной клапан; 7 — самопишущий поплавковый дифманометр; S — электрические часы; 9—таймлер; 10 — вискозиметр СПВ-5; 11 — электроды; 12 — электродвигатель; 13 — воздуходувка; 14 — регулятор давления; 16 — центробежный насос; 1в — сливная труба.

Удельный вес раствора определяется разностью давления, которая измеряется самопишущим поплавковым дифманометром, подключенным параллельно трубкам.

Вязкость раствора измеряется стандартным полевым вискозиметром типа СПВ-5, в который опущены три электрода.

Каждые 10 мин. таймлер замыкает цепь катушки соленоидного клапана, который, срабатывая, открывает доступ раствору в вискозиметр. Когда уровень раствора в воронке коснется верхнего электрода, что соответствует объему 800—1000 см3, клапан автоматически закроется, а приток раствора прекратится. Уровень раствора в вискозиметре начнет понижаться. Когда в вискозиметре останется 700 см3 глинистого раствора, средний электрод перестанет касаться его уровня и включатся электрические часы 8. Когда в вискозиметре останется 200 см3 глинистого раствора, нижний электрод перестанет касаться уровня и прекратится запись времени истечения.

Через 3 мин. после начала цикла измерения вязкости откроется клапан 6, в вискозиметр поступит вода для промывки прибора. Промывка прибора длится 30—40 сек.

Следующий цикл измерения начинается через 6 мин. после окончания предыдущего.

Диапазон измерения удельного веса 1,0—2,0 г/см3, предел измерения вязкости 50—100 сек.

Погрешность измерения удельноговеса ±0,02г/см3, вязкости ±1 сек. Скорость перемещения дисковой диаграммы регистрирующего прибора 1 об /сутки.

Питание автомата: переменным током напряжением 220 в, мощностью 300 ва.

Габаритные размеры автомата 780 X 450 X 750 мм. Вес 130 кг.

Отстойник ОМ-1

Рис. 5. Прибор ЦС-1 для определения стабильности глинистого раствора.

Процент содержания песка в глинистом растворе определяется при помощи отстойника ОМ-1 (рис. 133).

В отстойник наливают 50 см3 глинистого раствора, который затем разбавляют водой до объема 500 см3. Содержимое сильно взбалтывают, после чего прибор ставят в вертикальное положение на 3 мин. Этого времени вполне достаточно для осаждения песка, так как при этом успевают осесть все частицы размером более 0,02 мм. Частицы, не успевшие осесть, являются пылью и на качество глинистого раствора практически влияния не имеют.

Содержание песка определяют объемом песка, осевшего за 3 мин., умноженным на 2. Например, если оседает 1 см3 песка, то содержание его составляет 2%.

Определение стабильности глинистого раствора

Стабильность измеряется следующим образом. Цилиндрический сосуд заполняют глинистым раствором и оставляют в покое па 24 часа. Если вначале раствор в сосуде был однороден, то после стояния в покое его свойства в верхней и нижней частях сосуда становятся различными.

После 24-часового отстаивания глинистый раствор из верхней половины сосуда сливают через боковой отвод, снабженный резиновой трубкой и зажимом, а из нижней половины — через нижний отвод. Измеряют ареометром удельные веса обеих порций раствора. Разность удельных весов обозначается буквой С и принимается за меру стабильности глинистого раствора.

Рис. 6. Металлический отстойник ОМ-1-

Пример. Удельный вес глинистого раствора в верхней половине сосуда равен 1,20, а в нижней 1,24 г/см3\ стабильность при этом будет равна С = 1,24 — 1,20 = 0,04 г/см3.

Чем больше число, показывающее стабильность, тем хуже качество глинистого раствора. Для неутяжеленных глинистых растворов стабильность должна быть не более 0,02, а для утяжеленных не более 0,06 г/см3.

Суточный отстой

Для определения суточного отстоя глинистый раствор наливают в стеклянную мензурку и оставляют в покое на 24 часа. Затем измеряют объем выделившегося из раствора слоя светлой жидкости в процентах по объему от объема глинистого раствора.

Для хороших глинистых растворов суточный отстой равен нулю; вообще он не должен быть выше 2—4%.

Определение статического напряжения сдвига

Статическим напряжением сдвига называется прочность жесткой пространственной структуры, возникающей в глинистом растворе в состоянии покоя вследствие слипания частиц глины.

Так как прочность структуры глинистого раствора возрастает с течением времени, прошедшего с момента окончания перемешивания, было установлено, что измерение следует производить через 1 мин. и через 10 мин. после окончания перемешивания; в этом случае статическое напряжение сдвига обозначается вг и 01О.

Измерение статического напряжения сдвига на приборе СНС-1 осуществляется следующим путем. Глинистый раствор наливают в стакан, установленный на вращающемся столике . Вращение столику передается при помощи кольцеобразной пружины 3 от маленького электродвигателя. После сильного перемешивания раствора в стакане в него погружают цилиндр, подвешенный на кронштейне на тонкой упругой стальной нити. После паузы в 1 или 10 мин. включают двигатель, стакан начинает вращаться со скоростью один оборот за 5 мин. Пока структура в глинистом растворе не разрушена, вращение от стакана передается через слой глинистого раствора, как через твердое тело, цилипдру, который вращается вместе со стаканом. Нить 2 при этом закручивается и сила сопротивления ее дальнейшему закручиванию все возрастает. Но наступает такой момент, когда сопротивление нити преодолевает прочность структуры глинистого раствора у стенок цилиндра и цилиндр останавливается. В этом положении замечают наибольший угол закручивания нити от первоначального положения и по данным, имеющимся в паспорте прибора, рассчитывают соответствующую этому углу закручивания величину статического напряжения сдвига. Для отсчета углов закручивания на приборе установлен лимб.

Рис. 7. Прибор CHG-1 для определения статического напряжения сдвига глинистых растворов.

Для утяжеления считаются пригодными глинистые растворы, имеющие статическое напряжение сдвига в пределах в = 30 4—т- 50 мг/см2.

Определение водоотдачи глинистого раствэра

Измерение водоотдачи на буровых производится при помощи приборов ВМ-6. Образец глинистого раствора объемом 120 см3 заливают в фильтрационный стакан 1. Дно стакана представляет

Рис. 8. Прибор ВМ-6 для определения водоотдачи глинистых растворов.

собой решетку для вытекания отделяющейся жидкости. На эту решетку в качестве пористой перегородки кладут фильтровальную бумагу. Избыток давления на глинистый раствор создается весом плунжера и кожуха с грузовым кольцом, подобранного с расчетом создания избыточного давления в 1 кГ/см2.

Давление плунжера на глинистый раствор передается через машинное масло, заполняющее цилиндр. Объем воды, отжимаемой из глинистого раствора, определяется по опусканию плунжера в цилиндре. Для отсчета на цилиндре сделана метка, а на кожухе прикреплена шкала, деления на которой показывают величину водоотдачи. В нижней крышке сделан запорный клапан, состоящий из стального диска с резиновой прокладкой сверху и нажимного винта. Этот запорный клапан служит для того, чтобы не происходило выделения воды из глинистого раствора во время сборки и регулировки прибора перед измерением.