4. Геостатическая температура горных пород и тепловой режим скважины.

Геостатическая температура пород Т_Г (°С) - это температура в естественных условиях залегания пород в земной коре, т.е. до начала бурения или после весьма длительного простоя скважины без промывки.

С увеличением глубины залегания пород ниже нейтрального слоя (ближайший к дневной поверхности слой породы, температура которого не изменяется при суточных и сезонных колебаниях температуры атмосферного воздуха) она возрастает, причем интенсивность роста, как правило, изменяется чаще в сторону уменьшения.

Интересной и сложной проблемой является тепловой режим породоразрушающего инструмента при глубине скважины 20-30 км. Уже сейчас в девятикилометровых скважинах зафиксирована температура 300°С.

Если допустить, что температура забоя на глубине 20 ООО м равна 500°С, а температура промывочной жидкости составляет 60% от этой величины, долото должно охлаждаться жидкостью, имеющей температуру 300°С и находящейся под большим давлением. В этих условиях жидкость на водной основе будет находиться в сверхкритическом состоянии по давлению.

Поскольку температура забоя близка к рабочей температуре инструмента, а величина фактической площади инструмента с забоем очень мала, теплом, поступающим от забоя в инструмент за счет теплопроводности, можно пренебречь и считать главной проблемой охлаждения долота высокую температуру промывочной жидкости.

Известно, что с возрастанием температуры коэффициент теплоотдачи жидкости увеличивается. Однако при температуре более 100°С темп увеличения теплоотдачи у воды становится незначительным, Это обстоятельство не позволяет рассчитывать на радикальное увеличение теплоотдачи и автоматическое решение таким путем проблемы охлаждения долота при сверхглубоком бурении.

5.Современные способы бурения скважин.

Бурение скважин может осуществляться способами, принципиально отличающимися по своей физической природе разрушения горных пород: механическими, физическими и химическими. B основном применяют механическое бурение, которое, в зависимости от способа воздействия на разрушаемую породу, подразделяется на вращательное, ударное и ударно-вращательное.

Наиболее распространено вращательное бурение, при котором поpодоразрушающий инструмент получает вращение от специального механизма - шпинделя вращателя или ротора - через колонну бурильных труб или от забойного двигателя (гидравлического или электрического). B связи c этим различают бурение шпиндельное, роторное, забойными двигателями-турбобурами и электробурами.

Ударное бурение используют при разведке рассыпных месторождений, бурении гидрогеологических и различного назначения технических скважин большого диаметра в породах любой твердости (в крепких породах оно малопроизводительно). Сущность этого способа заключается в том, что тяжелый ударный снаряд c долотом периодически сбрасывается на канате c небольшой высоты на забой, дробя и скалывая при этом породу

При ударно-вращательном бурении по вращающемуся под постоянной осевой нагрузкой породоразрушающему инструменту любого типа наносятся частые удары. Крепкие породы при этом разрушаются более эффективно. Для бурения ударно-вращательным способом применяют специальные забойные механизмы гидроударники, пневмоударники и забойные вибраторы.

Из его всех разновидностей ударного бурения наибольшее распространение получило ударно-канатное бурение

Эффективность разрушения породы при ударно-канатном бурении прямо пропорциональна массе бурового снаряда, высоте его падения, ускорению падения, числу ударов долота о забой в единицу времени и обратно пропорциональна квадрату диаметра скважины.

Процесс бурения будет тем эффективнее, чем меньшее сопротивление долоту бурового снаряда оказывает накапливающаяся на забое скважины выбуренная порода, перемешанная с пластовой жидкостью.

Вибрационный способ применяют при бурении неглубоких скважин в мягких породах. Из физических способов разрушения пород при бурении практически применяются термический, термомеханический, электротермический и гидравлический.

Бурение глубоких скважин осуществляется только вращательным способом и подразделяется на роторное, турбинное и электробурами.

При бурении электробуром породоразрушающий инструмент вращается маслонаполненным забойным электродвигателем переменного тока, имеющим малый диаметр и значительную длину.

При роторном и турбинном бурении, там, где необходимо уточнение геологического разреза, применяются бурение с отбором керна колонковыми долотами или турбодолотами.

Роторное бурение и бурение электробурами может вестись с промывкой или продувкой.

Глубины бурения вращательным способом достигают 10 км. Этим способом проектируется пробурить скважины глубиной 15 км. Диаметры скважины колеблются от 76 до 590 мм.

При вращательном бурении разрушение породы происходит в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего момента. Под действием нагрузки долото внедряется в породу, а под влиянием крутящего момента скалывает ее.

При турбинном способе бурения и бурении электробурами долоту передается в несколько раз большая мощность, поэтому и механическая скорость бурения этими способами в несколько раз выше, чем при роторном бурении.

При роторном бурении мощность, передаваемая на долото, ограничивается прочностью бурильной колонны. При всех разновидностях глубокого вращательного бурения используют одни и те же очень сложные буровые установки.