Установка высокого давления для исследования свойств горных пород и бурового процесса с имитацией натурных условий до глубины 20 км

При выборе оптимального режима бурения для конкретных геолого-технических условий месторождений особое значение приобретает моделирование этих условий с целью установления общих закономерностей и выявления характера влияния отдельных геологических и технико-технологических факторов, температуры и давлений на прочностные и упругие свойства горных пород, их пористость, газо- и влагопроницаемость, поведение при бурении.

На все эти вопросы быстро и правильно можно ответить только при наличии установки (стенда) высокого давления, достаточно точно и полно имитирующей натурные условия бурения скважин.

омощью указанной установки может быть внесен существенный вклад в создание различных конструкций забойных двигателей, поскольку она обеспечивает возможность проведения всесторонних стендовых ресурсных испытаний и тем самым сокращения сроков их создания и доводки в соответствии с предъявляемыми требованиями проводки скважин.

Пермским филиалом ВНИИБТ совместно с ВНИМИ разработана принципиально новая схема установки высокого давления и температуры рисунок), моделирующая условия работы забойных механизмов и породоразрушающих буровых инструментов в сверхглубокой скважине. В целях устранения недостатков и ограничений, имеющихся в существующих схемах установок, в новой схеме такие объекты, как буровой насос с электродвигателем, система циркуляции и очистки раствора размещены непосредственно в испытательной камере высокого давления. Рабочая камера (рисунок) выполнена с замкнутым силовым и циркуляционным контурами так, что все уплотнения высокого давления неподвижны.

Установка рассчитана на размещение в ней испытуемого образца горной породы или искусственного материала диаметром 260 мм и высотой 1500 мм, погружных электродвигателя и насоса, испытуемого забойного двигателя и долота. Внутренний диаметр камеры высокого давления - 300 мм, а общая высота - до 50 м. Камера высокого давления состоит из отдельных секций, соединенных между собой специальными муфтами, и рассчитана на создание давления внутри нее до 250 МПа.

Для моделирования температурного режима секция камеры высокого давления, в которой размещается блок породы, снабжена нагревателем, с помощью которого может создаваться температура в зоне испытуемого образца породы до 300? С. Камера высокого давления размещена в шахтном стволе глубиной 50 м и диаметром 6 м. Над шахтным стволом для проведения монтажных работ смонтирована буровая установка грузоподъемностью 170 т. Специальные электродвигатель и насос, расположенные внутри камеры высокого давления, способны создавать давление и расход любого бурового раствора во внутренней циркуляционной системе до 10 МПа и 20 л/с соответственно. Давление до 250 МПа внутри камеры создается специальной группой гидрокомпрессоров.

В основу системы сбора и первичной обработки экспериментальной информации, получаемой из камеры высокого давления, заложены требования обеспечения широких функциональных возможностей, гибкости, точности и безопасности. Это достигается сочетанием первичных измерительных преобразователей и локальной вычислительной сети двухуровневой структуры. На нижнем уровне для измерения давления, расхода, частоты вращения, момента силы на долоте и перемещения забойного инструмента используются программируемые контроллеры, которые с помощью интерфейса подключаются к локальной сети сбора информации. На верхнем уровне проводится статистическая обработка поступающей информации, ее анализ, формирование текущего банка данных с индикацией на графическом табло. Управление всеми функциями сбора и обработки информации осуществляется программным или аппаратным путем с центрального пульта.

Установка высокого давления может обеспечить следующие экспериментальные исследования:

1. Термобарические испытания забойных, двигателей, долот, бурового инструмента, погружных насосов и электродвигателей, геофизической аппаратуры и средств контроля режимных параметров скважины с моделированием натурных условий до глубины 20 км.

2. Исследования физико-механических свойств горных пород в условиях объемного напряженного состояния при любых соотношениях напряжении, действующих вдоль и поперек образца, а также при изменении температуры в диапазоне 0...300?С на крупногабаритных образцах.

3. Исследование устойчивости скважины в различных силовых и температурных условиях и при различном составе горных пород.

4. Исследование методов повышения нефтеотдачи при моделировании различных типов неоднородных пластов большого объема в обычных и аномальных термобарических условиях.

5. Гидродинамические и реологические исследования буровых растворов в условиях высоких давлений и температур.

6. Исследование процесса образования и сохранения керна, выхода бурового шлама при различных сочетаниях гидростатического, пластового и горного давлений и температур до +300? С.

7. Исследования в условиях высоких температур и давлений процессов трения и изнашивания различных материалов, планетарных редукторов забойных двигателей, масел, смазок.

8. Исследование условий, характера и энергоемкости разрушения горных пород при различных режимах и параметрах бурения.

Пермский филиал ВНИИБТ и ВНИМИ проводят работы по подготовке и проведению всей программы испытаний по заявке заказчика. При этом обеспечивается измерение, регистрация требуемых параметров с необходимой точностью и последующая обработка информации на компьютерах типа IBM/РС-АТ.

Круг задач, решаемых на установке высокого давления и температур, может быть расширен по желанию заказчика. Гарантируется высокое качество работ и выдача документации по проведенным исследованиям.

Изготовитель: Пермский филиал ВНИИБТ

614004 г. Пермь-22, ГСП, ул. Карпинского. 24

тел. 25-19-06, 25-23-81