А Б В Г Д Е Є Ж З І Ї Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ю Я
Керн - гірська порода
Керни гірських порід, які добуваються з різних глибин на поверхню при бурінні свердловин, дають можливість безпосередньо вивчати пройдені свердловиною породи. З огляду на техніко-економічні умови буріння, відбір керна виробляють в розвідувальних свердловинах тільки в найбільш важливих інтервалах. До останніх відносяться: а) інтервали, в яких передбачаються горизонти, можливо, містять нафту, газ чи воду; б) інтервали, де передбачаються кордону різних свит і опорних горизонтів, що дозволить визначити стан забою буря свердловини по відношенню до нафтогазоносної свиті або окремим, підлеглим їй пластів; в) зони, де можна отримати дані що характеризують умови залягання порід.
Сірководень на шматках кернів гірських порід і мінералів визначають після обробки їх спочатку толуолом (для видалення жирів і масел) і потім 10% - ним розчином NaOH. Тверді частинки фільтрують, через фільтрат після підкислення пропускають водень для вилучення розчиненого сірководню, який потім поглинають розчином або твердим сорбентом, в залежності від концентрації H2S визначають фотометричним або гравіметрично.
Свердловинний випробувач пробивну здатність кумулятивних зарядів. J. У комбінованій мішені застосовують керн природної гірської породи з відомими властивостями або керн штучної породи зі стабільною характеристикою з суміші піску і маршалліта на основі рідкого скла. для отримання порівнянних результатів випробувань встановлено єдину мету, що складається з сталевого диска товщиною 10 мм (межа плинності стт 40 - - 50 кгс /см2), цементного диска товщиною 25 мм (0СЖ 200 кгс /см2) і керна зі штучного або природного пісковика (пористість приблизно 30%, стсж 450 кгс /см2), насиченого 5% - ним розчином NaCl. Перед мішенню зазвичай знаходиться шар води завтовшки 25 мм.
Потрібно мати на увазі що навіть сухі на вигляд керни гірських порід просочені природним розчином тієї чи іншої концентрації. Часто при висиханні кернів на їх поверхні з'являються сольові вицвіти, а відносно висока електропровідність кернів, зазначена в стані природної вологості різко падає. Дослідження питомої електропровідності мулів показують, що вона зростає пропорційно вмісту просочує розчину і залежить від його солоності.
Для вивчення стисливості і фізичних властивостей порід на установках високого тиску керн гірської породи, укладений в еластичну оболонку, поміщають в камеру, де поступово створюються всебічне або разноосное напруга і температура, подібні напрузі і температурі чинним на глибині залягання породи. Одночасно в порах породи створюється тиск, що дорівнює тиску пластової рідини.
Величина коефіцієнта f становить одну соту руйнівного напруження кубика або частини керна гірської породи.
Експериментальна залежність сили опору породи від глибини впровадження зубця (зубець 5X1 мм, умови атмосферні. | Експериментальна залежність сили опору породи від глибини впровадження зубця (умови атмосферні порода - мармур. Конструкція установки передбачає можливість проведення випробувань з зубцями різних конфігурації на1 реальних керна гірських порід. Процес руйнування відбувається в камері в якій можуть незалежно 1 спроізводіться, тиск стовпа промивної рідини, бічне гірський тиск і норовлять тиск всередині зразка гірської породи. Функція впровадження експериментального зубця задається профі - лем кулачка. Швидкість взаємодії також може змінюватися: як за рахунок профілювання кулачка, так і за рахунок швидкості обертання приводу. Пристрій установки передбачає також можливість виконання послідовних ударів зубця по породі з заданим кроком.
Наводяться результати вивчення впливу різних добавок в промивальну воду на зносостійкість замкової стали при терті про керни гірських порід.
Потрібно також враховувати, що розрахунки показників бурового процесу за допомогою математичного моделювання засновані па лабораторних випробуваннях кернів гірських порід. Для відбору кернового матеріалу, що представляє досить повно розріз свердловини, і правильного застосування результатів розрахунків для проектування режимів буріння необхідно розташовувати даними, що дозволяють розділити розріз площі або певної її частини на пачки. Принцип поділу повинен передбачати можливість буріння кожної такої пачки долотом одного типу при постійному режимі буріння.
У зв'язку з викладеним вище в цьому розділі розглянуто питання розрахунку показників ефективності процесу буріння, відшукання області оптимальних режимів і підбору раціональних типів породоразрушающих інструментів, а також основні принципи відбору представницьких кернів гірських порід.
Показники пробивної дії, що наближаються до реалізованим в природних умовах, отримують при відстрілі в СВД або в свердловині за комбінованою мішені яка складається з сталевого і цементного дисків, що імітують обсадних колон і цементне кільце, і керна гірської породи. У комбінованій мішені застосовують керн природної гірської породи з відомими властивостями або керн штучної породи зі стабільною характеристикою з суміші піску і маршалліта на основі рідкого скла.
Показники пробивної дії, що наближаються до реалізованим в природних умовах, отримують при відстрілі в СВД або в свердловині за комбінованою мішені яка складається з сталевого і цементного дисків, що імітують обсадних колон і цементне кільце, і керна гірської породи. У комбінованій мішені застосовують керн природної гірської породи з відомими властивостями або керн штучної породи зі стабільною характеристикою з суміші піску і маршалліта на основі рідкого скла.
Теплові труби принципово застосовні для охолодження бурового наконечника на забої свердловини в процесі буріння. Охолодження долота знижує тепловий вплив як на мерзлі стінки свердловини, так і на стовпчик керна гірських порід. Робота таких труб, що обертаються разом з долотом, може бути заснована на використанні відцентрових сил.
При всій важливості геометричних розмірів перфорационного каналу ефективність перфораторів, як уже вказувалося, визначається в кінцевому рахунку пропускною спроможністю каналу, що оцінюється коефіцієнтом потоку. У разі комбінованої мішені коефіцієнтом потоку є відношення кількості рідини (газу), що протікає в одиницю часу через цю мету з пробитим каналом, до кількості рідини (газу), що проходить через відкриті торці керна гірської породи до пробиття каналу при одному і тому ж перепаді тиску. Значення коефіцієнта потоку перфорационного каналу визначають за допомогою спеціальної установки потоку[9], Змонтованої на базі ОВС.
Однак при моделюванні роботи доліт, оснащених пе-осесиметричними зубцями, що мають чаші - всього клиноподібну форму з прямокутною майданчиком притуплення, використовувати природний набір зубців в якості експериментальних індентором дуже важко з двох причин. По-перше, їх кількість дуже велика, що сильно збільшує обсяг необхідних випробувань. По-друге, серед них зустрічаються зубці настільки великих розмірів, що звичайний керн гірської породи, що не перевищує по діаметру 80 мм, не дозволяє виготовити зразки, що витримують без розколу впровадження таких зубців.
Аналогічна картина спостерігається і в процесі різання металів при високих швидкостях. При швидкості різання понад 25 м /с опір різанню у алюмінію різко падає, знос ріжучого інструменту зменшується. Наприклад, при швидкості75 м /с знос складає всього 1 5% від звичайного. При обробці на верстаті керна гірських порід (граніт, мармур, вапняк, піщаник і ін.) Зносу різців взагалі помітити не вдалося.
При реалізації енергії на забої свердловини відбувається інтенсивне зношування робочих елементів доліт і як наслідок, зниження ефективності руйнування гірських порід, працездатності доліт і в цілому швидкостей будівництва свердловин. У зв'язку з цим необхідні дослідження і пошуки шляхів підвищення зносостійкості матеріалів доліт. Нами в галузевій лабораторії буріння проводиться вивчення енергоємності зношування породоразрушающих інструментів, що є основною характеристикою їх зносостійкості. Оскільки знос доліт обумовлений в основному роботою сил тертя, експерименти виконуються на спеціально сконструйованій і йзготовленнрй установці що працює за схемою циклічного ковзання. Як взаємодіє пари використовуються зразки З до-полотна стали і кернів гірських порід.
З точки зору моделювання процесу взаємодії інструменту з породою для заданого техніко-технологічного варіанту можна поставити задачу - максимально точно відтворити в експерименті умови, відповідні роботи кожного з зубців, що входять в комплект озброєння долота. Однак такий прямий підхід до моделювання загрожує значними технічними труднощами. Крім того, потрібна кількість випробувань може виявитися дуже великим, враховуючи значну різноманітність типів зубців, що входять в комплект озброєння одного долота, і необхідність повторних експериментів, обумовлених дисперсією властивостей гірської породи. Сенс цієї стандартизації полягає в наступному. Експериментальні динамічні характеристики гірських порід повинні бути по можливості отримані з використанням мінімального, набору еталонних індентором. Випробування виконуються на стандартній лабораторній установці в якій підтримується необхідний мінімум забійних режимних параметрів. Підготовка зразків для випробувань повинна відповідати певним стандартизованим правилам. Вивченню впливу деяких основних умов підготовки і виконання лабораторних випробувань кернів гірських порід, що забезпечують функціонування математичної моделі процесу буріння, і присвячена ця глава.
Сірководень на шматках кернів гірських порід і мінералів визначають після обробки їх спочатку толуолом (для видалення жирів і масел) і потім 10% - ним розчином NaOH. Тверді частинки фільтрують, через фільтрат після підкислення пропускають водень для вилучення розчиненого сірководню, який потім поглинають розчином або твердим сорбентом, в залежності від концентрації H2S визначають фотометричним або гравіметрично.
Свердловинний випробувач пробивну здатність кумулятивних зарядів. J. У комбінованій мішені застосовують керн природної гірської породи з відомими властивостями або керн штучної породи зі стабільною характеристикою з суміші піску і маршалліта на основі рідкого скла. для отримання порівнянних результатів випробувань встановлено єдину мету, що складається з сталевого диска товщиною 10 мм (межа плинності стт 40 - - 50 кгс /см2), цементного диска товщиною 25 мм (0СЖ 200 кгс /см2) і керна зі штучного або природного пісковика (пористість приблизно 30%, стсж 450 кгс /см2), насиченого 5% - ним розчином NaCl. Перед мішенню зазвичай знаходиться шар води завтовшки 25 мм.
Потрібно мати на увазі що навіть сухі на вигляд керни гірських порід просочені природним розчином тієї чи іншої концентрації. Часто при висиханні кернів на їх поверхні з'являються сольові вицвіти, а відносно висока електропровідність кернів, зазначена в стані природної вологості різко падає. Дослідження питомої електропровідності мулів показують, що вона зростає пропорційно вмісту просочує розчину і залежить від його солоності.
Для вивчення стисливості і фізичних властивостей порід на установках високого тиску керн гірської породи, укладений в еластичну оболонку, поміщають в камеру, де поступово створюються всебічне або разноосное напруга і температура, подібні напрузі і температурі чинним на глибині залягання породи. Одночасно в порах породи створюється тиск, що дорівнює тиску пластової рідини.
Величина коефіцієнта f становить одну соту руйнівного напруження кубика або частини керна гірської породи.
Експериментальна залежність сили опору породи від глибини впровадження зубця (зубець 5X1 мм, умови атмосферні. | Експериментальна залежність сили опору породи від глибини впровадження зубця (умови атмосферні порода - мармур. Конструкція установки передбачає можливість проведення випробувань з зубцями різних конфігурації на1 реальних керна гірських порід. Процес руйнування відбувається в камері в якій можуть незалежно 1 спроізводіться, тиск стовпа промивної рідини, бічне гірський тиск і норовлять тиск всередині зразка гірської породи. Функція впровадження експериментального зубця задається профі - лем кулачка. Швидкість взаємодії також може змінюватися: як за рахунок профілювання кулачка, так і за рахунок швидкості обертання приводу. Пристрій установки передбачає також можливість виконання послідовних ударів зубця по породі з заданим кроком.
Наводяться результати вивчення впливу різних добавок в промивальну воду на зносостійкість замкової стали при терті про керни гірських порід.
Потрібно також враховувати, що розрахунки показників бурового процесу за допомогою математичного моделювання засновані па лабораторних випробуваннях кернів гірських порід. Для відбору кернового матеріалу, що представляє досить повно розріз свердловини, і правильного застосування результатів розрахунків для проектування режимів буріння необхідно розташовувати даними, що дозволяють розділити розріз площі або певної її частини на пачки. Принцип поділу повинен передбачати можливість буріння кожної такої пачки долотом одного типу при постійному режимі буріння.
У зв'язку з викладеним вище в цьому розділі розглянуто питання розрахунку показників ефективності процесу буріння, відшукання області оптимальних режимів і підбору раціональних типів породоразрушающих інструментів, а також основні принципи відбору представницьких кернів гірських порід.
Показники пробивної дії, що наближаються до реалізованим в природних умовах, отримують при відстрілі в СВД або в свердловині за комбінованою мішені яка складається з сталевого і цементного дисків, що імітують обсадних колон і цементне кільце, і керна гірської породи. У комбінованій мішені застосовують керн природної гірської породи з відомими властивостями або керн штучної породи зі стабільною характеристикою з суміші піску і маршалліта на основі рідкого скла.
Показники пробивної дії, що наближаються до реалізованим в природних умовах, отримують при відстрілі в СВД або в свердловині за комбінованою мішені яка складається з сталевого і цементного дисків, що імітують обсадних колон і цементне кільце, і керна гірської породи. У комбінованій мішені застосовують керн природної гірської породи з відомими властивостями або керн штучної породи зі стабільною характеристикою з суміші піску і маршалліта на основі рідкого скла.
Теплові труби принципово застосовні для охолодження бурового наконечника на забої свердловини в процесі буріння. Охолодження долота знижує тепловий вплив як на мерзлі стінки свердловини, так і на стовпчик керна гірських порід. Робота таких труб, що обертаються разом з долотом, може бути заснована на використанні відцентрових сил.
При всій важливості геометричних розмірів перфорационного каналу ефективність перфораторів, як уже вказувалося, визначається в кінцевому рахунку пропускною спроможністю каналу, що оцінюється коефіцієнтом потоку. У разі комбінованої мішені коефіцієнтом потоку є відношення кількості рідини (газу), що протікає в одиницю часу через цю мету з пробитим каналом, до кількості рідини (газу), що проходить через відкриті торці керна гірської породи до пробиття каналу при одному і тому ж перепаді тиску. Значення коефіцієнта потоку перфорационного каналу визначають за допомогою спеціальної установки потоку[9], Змонтованої на базі ОВС.
Однак при моделюванні роботи доліт, оснащених пе-осесиметричними зубцями, що мають чаші - всього клиноподібну форму з прямокутною майданчиком притуплення, використовувати природний набір зубців в якості експериментальних індентором дуже важко з двох причин. По-перше, їх кількість дуже велика, що сильно збільшує обсяг необхідних випробувань. По-друге, серед них зустрічаються зубці настільки великих розмірів, що звичайний керн гірської породи, що не перевищує по діаметру 80 мм, не дозволяє виготовити зразки, що витримують без розколу впровадження таких зубців.
Аналогічна картина спостерігається і в процесі різання металів при високих швидкостях. При швидкості різання понад 25 м /с опір різанню у алюмінію різко падає, знос ріжучого інструменту зменшується. Наприклад, при швидкості75 м /с знос складає всього 1 5% від звичайного. При обробці на верстаті керна гірських порід (граніт, мармур, вапняк, піщаник і ін.) Зносу різців взагалі помітити не вдалося.
При реалізації енергії на забої свердловини відбувається інтенсивне зношування робочих елементів доліт і як наслідок, зниження ефективності руйнування гірських порід, працездатності доліт і в цілому швидкостей будівництва свердловин. У зв'язку з цим необхідні дослідження і пошуки шляхів підвищення зносостійкості матеріалів доліт. Нами в галузевій лабораторії буріння проводиться вивчення енергоємності зношування породоразрушающих інструментів, що є основною характеристикою їх зносостійкості. Оскільки знос доліт обумовлений в основному роботою сил тертя, експерименти виконуються на спеціально сконструйованій і йзготовленнрй установці що працює за схемою циклічного ковзання. Як взаємодіє пари використовуються зразки З до-полотна стали і кернів гірських порід.
З точки зору моделювання процесу взаємодії інструменту з породою для заданого техніко-технологічного варіанту можна поставити задачу - максимально точно відтворити в експерименті умови, відповідні роботи кожного з зубців, що входять в комплект озброєння долота. Однак такий прямий підхід до моделювання загрожує значними технічними труднощами. Крім того, потрібна кількість випробувань може виявитися дуже великим, враховуючи значну різноманітність типів зубців, що входять в комплект озброєння одного долота, і необхідність повторних експериментів, обумовлених дисперсією властивостей гірської породи. Сенс цієї стандартизації полягає в наступному. Експериментальні динамічні характеристики гірських порід повинні бути по можливості отримані з використанням мінімального, набору еталонних індентором. Випробування виконуються на стандартній лабораторній установці в якій підтримується необхідний мінімум забійних режимних параметрів. Підготовка зразків для випробувань повинна відповідати певним стандартизованим правилам. Вивченню впливу деяких основних умов підготовки і виконання лабораторних випробувань кернів гірських порід, що забезпечують функціонування математичної моделі процесу буріння, і присвячена ця глава.