Процесс бурения скважин и его составляющие

Способы бурения, составляющие бурового оборудования и технологического инструмента

БУРЕНИЕ скважин – про­цесс искусственного образования в масси­ве выработки небольшого круглого сечения (скважины).

Процесс бурения заключается в последователь­ном разрушении поверхности забоя сква­жины и извлечении продуктов разрушения на поверхность.

Способы бурения различают механические и не механические.

Механические разделяются на ударный и вращательный способы.

Немеханические способы бурения: термическое, взрыв­ом, электроимпульсное, ультразвуковое, электрогидравлическое, электромагнитное и т. д.

При ударном бурении разрушение проис­ходит в результате последовательных уда­ров по забою скважины инструмента (штанг и буровой коронки), совершающего возвратно-поступательное движение. Перед каждым следующим ударом инструмент по­ворачивается на некоторый угол, обеспечи­вает тем самым разрушение породы по всей площади забоя.

Ударное бурение делится на ударно-пово­ротное, ударно-вращательное и вращатель­но-ударное.

Ударно-поворотное бурение, осущест­вляемое бурильными машинами колонково­го или телескопного типа с использованием свинчивающихся или цельных гибких штанг. называется штанговым, его достоинства ­высокая скорость и возможность проходки скважин малого диаметра, недостаток­ резкое снижение скорости бурения при глуби­не скважины более 12 м в породах сред­ней крепости и более 4 м в крепких по­родах.

Бурильные машины с независимым вра­щением коронки и выносными ударными механизмами позволяют значительно увели­чить глубину штангового бурения.

К ударно-поворотному бурению относится ударно-канатное, при котором под­вешенный на канате буровой снаряд, под­нимаемый с помощью ударного механизма, падает и наносит удары по забою скважи­ны, разрушая породу лезвием долота.

В процессе бурения в скважину постепенно на­ливают воду, разрушенная порода перехо­дит во взвешенное состояние – шлам, ко­торый периодически удаляется из скважи­ны желонкой.

Ударно-вращательное бурение осуще­ствляется погружными пневмоударниками и бурильными молотками с независимым вра­щением, при котором удары наносятся по непрерывно-вращающемуся инструменту, разрушающему забой.

При вращательном бурении разрушение забоя скважины производится путем смятия, раз­давливания, скалывания и в меньшей сте­пени истирания вращающимся буровым инструментом (коронками, долотом, дробью).

Удаление продуктов разрушения из забоя производится с помощью витых штанг (при бурении шпуров), шнеков (при бурении скважин), а также водой или воздухом. К вращательным способам бурения отно­сятся: бурение коронками, армированными рез­цами из твердого сплава, шарошечное и дробовое бурение, а также бурение алмазным инстру­ментом.

При шарошечном бурении разрушение забоя про изводится стальными или твердо­сплавными зубками шарошечных долот. Под действием осевого усилия зубки внедряют­ся в породу на глубину, зависящую от их формы, величины осевого усилия и физико-механических свойств породы. Если к шаро­шечному долоту приложить ударные на­грузки с помощью соответствующих меха­низмов, то эффективность бурения возрастает.

Удаление продуктов разрушения из сква­жины производится воздухом, водовоздушной смесью или водой.

При дробовом бурении, осуществляемом чугунной, стальной дробью или стальными шариками, разрушение забоя скважины происходит за счет деформаций смятия и раздавливания, которые образуются при вдавливании дроби в породу под действи­ем осевого усилия.

Буровая дробь – литые стальные или чугунные шарики, а также стальные кубики и цилиндрики (стальная дробь-сечка), при­меняемые для разрушения горных пород во время бурения. Диаметр дроби при бурении 1,5-5,5 мм.

Дробовое бурение может осуще­ствляться кольцевым (керновое бурение) и сплошным (бескерновое бурение) забоем.

При кольцевом забое в центральной части сква­жины остается неразрешенная порода­ керн, который входит в металлическую трубу и периодически извлекается из нее. При бескерновом бурении забой разрушается пол­ностью, в этом случае дробь перемещается по забою под действием составляющей окружного усилия, центробежной силы, статической и динамической нагрузок и разрушает породу по спиральной линии.

Алмазноебурение применяется при разра­ботке крепких и весьма крепких руд.

Вращательное бурение в зависимости от способа передачи момента на буровой инструмент разделя­ется на роторное, электробуром, турбинное и реактивно – турбинное.

При роторном бурении момент вращения пере­дается на буровой инструмент от привода через ротор и буровую колонну. При бурении электробуром и турбинном бурении двигатель (электрический и гидротурбина соответственно) расположен непосредственно в забое над буровым инструментом.

Известны комбинированные буровые сна­ряды, объединяющие два способа бурения: вра­щательный (шарошечный) и ударный.

Вращательное движение инструменту пере­дается от бурового станка, а удар осуще­ствляется пневмоударником, работающем на сжатом воздухе (возможно также на воздушно-водяной смеси). Сжатым возду­хом охлаждаются шарошки и выносятся продукты бурения.

К вибрационно-вращательному бурению относится способ разрушения поро­ды, основанный на принципе высокочастот­ных ударных воздействий, создаваемых ме­ханическими эксцентриковыми вибратора­ми или вибромолотами. Исполнительный ор­ган (долото и коронка), представляющий единый механизм с вибратором, одновре­менно выполняет два вида движения: возв­ратно-поступательное – под действием воз­мущающих импульсов вибратора и враща­тельное – от привода станка. В результа­те такого комбинированного воздействия происходит разрушение породы. Продукты разрушения удаляются из скважины водой или сжатым воздухом.

При термическом бурении (огневом) ис­пользуется высокая температура газов, вытекающих отдельными струями со сверх­звуковой скоростью из специальной горел­И ракетного типа. Высокая темпе­ратура создается при сгорании в струе кис­лорода (или сжатого воздуха) керосина, бензина – для горелок ракетного типа и при нагревании продуваемого через газовый разряд воздуха и подаче его на забои по соплам – для горелок плазменного ти­па.

При воздействии тепловых потоков на массив наиболее нагретыми оказываются участки в непосредственной близости от поверхности и сама поверхность нагрева. Свободному расширению нагретых участ­ков породы препятствует противодействие не нагретых участков, в породе возникают термические напряжения, вызывающие от­слаивание от массива чешуек породы, ко­торые выносятся отработанными газами из зоны действия горелки вверх на струю во­ды, вытекающую из трубы, расположенной выше горелки.

При взрывномбурении образование скважин осуществляется взрыванием зарядов ВВ непосредственно в забое. При ампуль­ном взрывном бурении заряды ВВ в видe ампул опускаются по трубам, при струйном – по­даются в виде жидкого окислителя и горю­чего по специальным трубам из емкостей, расположенных на поверхности, к дозиру­ющим приспособлениям забойного взрыво­бура.

Продукты разрушения удаляются жид­костью или продуктами взрыва и сжатым воздухом.

При ультразвуковом бурении разру­шение породы происходит в основном за счет внедрения зерен абразива (карбид бора, окись алюминия, карбид кремния) под действием ультразвуковых колебаний, сооб­щаемым им рабочим инструментом (метал­лической трубкой). В зону контакта инстру­мента с породой подается водная суспензия абразивов.

Электрогидравлическое бурение осуществляется электрическими разрядами, создаваемыми в воде между двумя элек­тродами, расположенными на определенном расстоянии друг от друга.

Основной вид бурения – вращательный, при котором скважина углубляется в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего мо­мента. Под действием нагрузки породоразрушающие элементы до­лота внедряются в породу, а под влиянием крутящего момента ска­лывают, дробят и истирают ее.

Существует два способа вращательного бурения — роторный и с забойными двигателями.

При роторном бурении ротор вращает всю бурильную колонну, состоящую из ведущей трубы и привинчен­ных к ней с помощью специального переводника бурильных труб, и долота.

При бурении с забойными двигателями, вал забойного двигателя вращает долото, а буриль­ная колонна и корпус забойного двигателя неподвижны. Характер­ной особенностью вращательного бурения является промывка сква­жины водой или специально приготовленной жидкостью в течение всего времени работы долота на забое.

Для этого два (реже один или три) буровых насоса, нагнетают промывочную жидкость по трубопроводу бурильную колонну. Дойдя до долота, промывочная жидкость проходит через отверстия, имеющиеся в нем, и по кольцевому пространству между стенкой скважины и бурильной колонной поднимается на поверхность. Здесь в очистительных меха­низмах жидкость очищается от выбуренной породы, затем поступает в приемные емкости насосов и вновь закачивается в скважину.

По мере углубления бурильная колонна, подается в скважину. Когда ведущая труба войдет в ротор на всю длину, бурильную колонну поднимают на длину веду­щей трубы и удлиняют (наращивают) путем привинчива­ния к ней так называемой свечи привинчивают ее к бурильной колонне, доводят долото до забоя и продолжают бурение.

Для замены изношен­ного долота поднимают из скважины всю бурильную колонну, а затем вновь спускают ее. К последнему с помощью стропов и элеватора подвешивают поднимаемую или спу­скаемую бурильную колонну.

При подъеме бурильную колонну развинчивают на секции, длина которых определяется высотой вышки (около 25 м при высоте вышки 41 м). Отвинченные секции, называемые свечами, устанавли­вают в фонаре вышки на специальном подсвечнике.

Спускают бурильную колонну в скважину в обратном порядке. Следовательно, процесс работы долота на забое скважины прерывается наращиванием бурильной колонны и спуско-подъемными работами для смены изношенного долота.

В настоящее время применяют два вида забойных двигателей— турбобур и электробур.

При бурении с турбобуром гидравлическая энергия потока промывочной жидкости, двигающегося с большой скоростью вниз по бурильной колонне, преобразуется в механическую на валу тур­бобура, с которым соединено долото. В процессе работы долота на забое жестко соединенные корпус турбобура и бурильная колонна воспринимают реактивный момент и медленно вращают. Электроэнергия к двигателю электробура подается по кабелю, секции которого смонтированы внутри бурильной колонны.

Как правило, верхние участки разреза скважины представлены современными отложениями, легко размывающимися в процессе бурения циркулирующим потоком жидкости. Поэтому перед буре­нием скважины бурят или копают вручную шурф до устойчивых пород (4—8 м) и в него спускают обсадную трубу, называемую направлением. Пространство между обсадной трубой и стенками шурфа заполняют бутовым камнем и заливают цементным раствором. В результате устье скважины надежно укрепляется. В верхней части направления заранее вырезается окно, из которого в процессе буре­ния скважины промывочная жидкость выходит в желобную систему.

После установки направления и проведения ряда других работ (контрольный осмотр оборудования, монтаж и наладка приборов, оснастка полиспастной системы, бурение шурфа под ведущую трубу) составляют акт о готовности смонтированной буровой и приступают к бурению скважины.

Пробурив неустойчивые, мягкие, трещиноватые и кавернозные породы, осложняющие процесс бурения (обычно 50—400 м), пере­крывают и изолируют эти горизонты, для чего в скважину спускают обсадную колонну, состоящую из свинченных стальных труб, а ее затрубное пространство цементируют. Первая обсадная колонна получила название кондуктор.

После спуска кондуктора не всегда удается пробурить скважину до проектной глубины из-за прохождения новых осложняющих го­ризонтов или из-за необходимости перекрытия продуктивных пла­стов, не подлежащих эксплуатации данной скважиной. В таких слу­чаях возникает потребность в спуске и последующем цементирова­нии второй обсадной колонны, называемой промежуточной. При дальнейшем углублении скважины вновь могут встретиться горизонты, подлежащие изоляции. Тогда спускают и цементируют третью обсадную колонну, называемую второй промежуточной ко­лонной.

В очень сложных условиях бурения может быть три и даже четыре промежуточных колонны.

Пробурив скважину до проектной глубины, спускают и цемен­тируют эксплуатационную колонну, предназначенную для подъема нефти или газа от забоя к устью скважины или для нагнета­ния воды (газа, воздуха) в продуктивный пласт в целях поддержа­ния давления в нем.

Тампонаж (изоляция) при бурении скважин применяют для отделения одного горизонта от другого с целью исследования водо-, нефте- и газоносных пластов, устранения циркуляции подземных вод по стволу скважины, для борьбы с катастрофическим поглощением промывочной жидкости и т. д.

Тампонаж бывает временный и постоянный. Временный применяют для изоляции пластов на короткий срок при малых напорах с помощью обсадных труб совместно с глиной или с помощью пакера – приспособления, спускаемого в скважину на трубах, для разобщения пласта с затрубным пространством или двух пластов между собой.

Постоянный тампонаж осуществляют с помощью колонны труб и цемента или только цемента, – быстродействующего портландцемента, называемого тампонажным.

Проверяют герметичность труб и количество тампонажа путем нагнетания воды в скважину и наблюдения за ее подъемом в затрубном пространстве; пробурив цемент и углубившись на 0,5 м. ниже цемента, тем самым проверяют качество тампонажа. После получения положительного результата простреливают (перфорируют) колонну и цементное кольцо против исследуемого пласта и приступают к его пробной эксплуатации.

После окончания цементировочных работ обвязывают устье скважины и против продуктивного пласта простреливают (перфори­руют) эксплуатационную колонну и цементный камень для создания каналов, по которым в процессе эксплуатации нефть (газ) будет поступать в скважину.

Для вызова притока нефти (газа) проводят освоение скважины, сущность которого сводится к тому, чтобы давление столба промы­вочной жидкости, находящейся в эксплуатационной колонне, стало меньше пластового. В результате создавшегося перепада давления нефть (газ) из пласта начинает поступать в скважину и после ком­плекса исследовательских работ скважину сдают в эксплуатацию.

Процесс бурения нефтяных скважин

Бурением называется воздействие спецтехники на почвенные слои, в результате чего в земле образуется скважина, через которую будут добывать ценные ресурсы. Процесс бурения нефтяных скважин осуществляется по разным направлениям работы, которые зависят от расположения почвенного или горного пласта: оно может быть горизонтальным, вертикальным либо наклонным.

В результате работы в земле образуется цилиндрическая пустота в виде прямого ствола, или скважина. Ее диаметр может быть различным в зависимости от назначения, но он всегда меньше параметра длины. Начало скважины расположено на поверхности почвы. Стены называются стволом, а дно скважины – забоем.

Ключевые этапы

Если для водных скважин может использоваться среднее и легкое оборудование, то спецтехника для бурения нефтяной скважины может использоваться только тяжелая. Процесс бурения может осуществляться только при помощи специального оборудования.

Сам процесс делится на следующие этапы:

  • Подвоз техники на участок, где будет производиться работа.
  • Собственно бурение шахты. Процесс включает в себя несколько работ, одна из которых – углубление ствола, которое происходит при помощи регулярного промывания и дальнейшего разрушения горной породы.
  • Чтобы ствол скважины не был разрушен и не засорил ее, пласты породы укрепляют. С этой целью в пространство прокладывают специальную колонну из соединенных между собой труб. Место между трубой и породой закрепляют цементным раствором: эта работа носит название тампонирования.
  • Последней работой является освоение. На нем вскрывается последний пласт породы, формируется призабойная зона, а также проводится перфорация шахты и отток жидкости.

Подготовка площадки

Для организации процесса бурения нефтяной скважины потребуется провести также подготовительный этап. В случае, если разработка ведется в области лесного массива, требуется, помимо оформления основной документации, заручиться согласием на работы в лесхозе. Подготовка самого участка включает следующие действия:

  1. Вырубка деревьев на участке.
  2. Разбитие зоны на отдельные части земли.
  3. Составление плана работ.
  4. Создание поселка для размещения рабочей силы.
  5. Подготовка основания для буровой станции.
  6. Проведение разметки на месте работы.
  7. Создание фундаментов для установки цистерн на складе с горючими материалами.
  8. Обустройство складов, завоз и отладка оборудования.

После этого необходимо заняться подготовкой оборудования непосредственно для бурения нефтяных скважин. В этот этап входят следующие процессы:

  • Установка и проверка техники.
  • Проводка линий для энергоснабжения.
  • Монтаж оснований и вспомогательных элементов для вышки.
  • Установка вышки и подъем на нужную высоту.
  • Отладка всего оборудования.

Когда оборудование для бурения нефтяных скважин будет готово к эксплуатации, необходимо получить заключение от специальной комиссии, что техника находится в исправном состоянии и готова к работе, а персонал обладает достаточными знаниями в области правил безопасности на производстве подобного рода. При проверке уточняется, правильную ли конструкцию имеют осветительные приборы (они должны иметь устойчивый к взрывам кожух), установлено ли по глубине шахты освещение с напряжением 12В. Замечания, касающиеся качества работы и безопасности, необходимо принять во внимание заранее.

До начала работ по бурению скважины необходимо установить шурф, завезти трубы для укрепления бурового ствола, долото, малую спецтехнику для вспомогательных работ, обсадные трубы, приборы для измерений в ходе бурения, обеспечить водоснабжение и решить другие вопросы.

Буровая площадка содержит объекты для проживания рабочих, технические помещения, лабораторное строение для анализа проб почвы и получаемых результатов, склады для инвентаря и малого рабочего инструмента, а также средства для медицинской помощи и средства безопасности.

Особенности бурения нефтяной скважины

После установки начинаются процессы по переоснащению талевой системы: в ходе этих работ монтируется оборудование, а также апробируются малые механические средства. Установка мачты открывает процесс забуривания в почву; направление не должно разойтись с осевым центром вышки.

После того, как завершается центровка, проводится создание скважины под направление: под этим процессом понимается установка трубы для усиления ствола и заливка начальной части цементом. После установки направления центровка между самой вышкой и роторными осями регулируется повторно.

Бурение под шурф осуществляется в центре ствола, и в процессе работы делается обсадка при помощи труб. При бурении шурфа используется турбобур, для регулировки скорости вращения необходимо удерживать его посредством каната, который фиксируется на самой вышке, а другой частью удерживается физически.

За пару суток до запуска буровой установки, когда прошел подготовительный этап, собирается конференция с участием членов администрации: технологов, геологов, инженеров, бурильщиков. К вопросам, обсуждаемым на конференции, относятся следующие:

  • Схема залегания пластов на нефтяном месторождении: слой глины, слой песчаника с водоносами, слой нефтяных залежей.
  • Конструктивные особенности скважины.
  • Состав горной породы в точке исследований и разработок.
  • Учет возможных трудностей и осложняющих работу факторов, которые могут появиться при бурении нефтяной скважины в конкретном случае.
  • Рассмотрение и анализ карты нормативов.
  • Рассмотрение вопросов, связанных с безаварийной проводкой.
Читайте также:  Дюбели и их роль в проведении ремонта

Документы и оборудование: основные требования

Процесс бурения скважины под нефть может начаться только после оформления ряда документов. К ним относятся следующие:

  • Разрешение о начале эксплуатации буровой площадки.
  • Карта нормативов.
  • Журнал по растворам для бурения.
  • Журнал по обеспечению охраны труда в работе.
  • Учет функционирования дизелей.
  • Вахтовый журнал.

К основному механическому оборудованию и расходным материалам, которые используются в процессе бурения скважины, относятся следующие виды:

  • Оборудование для цементирования, сам цементный раствор.
  • Оборудование для обеспечения безопасности.
  • Каротажные механизмы.
  • Техническая вода.
  • Реагенты для различных целей.
  • Вода для питья.
  • Трубы для обсадки и собственно бурения.
  • Площадка под вертолет.

Типы скважин

При начале процесса диаметр ствола составляет до 90 см, а к концу редко доходит до 16,5 см. В ходе работы строительство скважины делается в несколько этапов:

  1. Углубление дня скважины, для чего используется буровое оборудование: оно размельчает горную породу.
  2. Удаление обломков из шахты.
  3. Закрепление ствола при помощи труб и цемента.
  4. Работы, в ходе которых исследуется полученный разлом, выявляются продуктивные расположения нефти.
  5. Спуск глубины и ее цементирование.

Скважины могут отличаться по заглубленности и делятся на следующие разновидности:

  • Небольшие (до 1500 метров).
  • Средние (до 4500 метров).
  • Углубленные (до 6000 метров).
  • Сверхуглубленные (более 6000 метров).

Бурение скважины подразумевает измельчение цельного пласта породы долотом. Полученные части удаляют посредством вымывания специальным раствором; глубина шахты делается больше при разрушении всей забойной площади.

Проблемы в ходе бурения нефтяных скважин

В ходе бурения скважин можно столкнуться с рядом технических проблем, которые замедлят или сделают работу практически невозможной. К ним относятся следующие явления:

  • Разрушения ствола, обвалы.
  • Уход в почву жидкости для промывки (удаления частей породы).
  • Аварийные состояния оборудования или шахты.
  • Ошибки в сверлении ствола.

Чаще всего обвалы стенок происходят из-за того, что горная порода обладает нестабильной структурой. Признаком обвала является увеличенное давление, большая вязкость жидкости, которая используется для промывки, а также повышенное число кусков породы, которые выходят на поверхность.

Поглощение жидкости чаще всего случается в случае, если залегающий ниже пласт целиком забирает раствор в себя. Его пористая система или высокая степень впитываемости способствует такому явлению.

В процессе бурения скважины снаряд, который движется по часовой стрелке, доходит до места забоя и поднимается обратно. Проведение скважины доходит до коренных пластов, в которые происходит врезка до 1,5 метра. Чтобы скважина не была размыта, в начало погружается труба, она же служит средством проведения промывочного раствора напрямую в желоб.

Буровой снаряд, а также шпиндель может вращаться с разной скоростью и частотой; этот показатель зависит от того, какие виды горных пород требуется пробить, какой диаметр коронки будет сформирован. Скорость контролируется посредством регулятора, который регулирует уровень нагрузки на коронку, служащую для бурения. В процессе работы создается необходимое давление, которое оказывается на стены забоя и резцы самого снаряда.

Проектирование бурения скважины

Перед началом процесса по созданию нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, в котором обозначаются следующие аспекты:

  • Свойства обнаруженных горных пород (устойчивость к разрушению, твердость, степень содержания воды).
  • Глубина скважины, угол ее наклона.
  • Диаметр шахты в конце: это важно для определения степени влияния на него твердости горных пород.
  • Метод бурения скважины.

Проектирование нефтяной скважины необходимо начинать с определения глубины, конечного диаметра самой шахты, а также уровня бурения и конструктивных особенностей. Геологический анализ позволяет разрешить эти вопросы вне зависимости от типа скважины.

Методы бурения

Процесс создания скважины для добычи нефти может осуществляться несколькими способами:

  • Ударно-канатный метод.
  • Работа с применением роторных механизмов.
  • Бурение скважины с использованием забойного мотора.
  • Бурение турбинного типа.
  • Бурение скважины с использованием винтового мотора.
  • Бурение скважины посредством электрического бура.

Первый способ относится к наиболее известным и проверенным методам, и в этом случае шахту пробивают ударами долота, которые производятся с определенной периодичностью. Удары делаются посредством влияния веса долота и утяжеленной штанги. Поднятие оборудования происходит из-за балансира оборудования для бурения.

Работа с роторным оборудованием основана на вращении механизма при помощи ротора, который ставится на устье скважины через трубы для бурения, которые осуществляют функцию вала. Бурение скважин малого размера производится посредством участия в процессе шпиндельного мотора. Роторный привод соединен с карданом и лебедкой: такое устройство позволяет контролировать скорость, с которой вращаются валы.

Бурение при помощи турбины производится посредством передачи вращающегося момента колонне от мотора. Такой же способ позволяет передавать и энергию гидравлики. При этом методе функционирует только один канал подачи энергии на уровне до забоя.

Турбобур – это особый механизм, который преобразует энергию гидравлики в давлении раствора в механическую энергию, которая и обеспечивает вращение.

Процесс бурения нефтяной скважины состоит из опускания и подъема колонны в шахту, а также удерживание на весу. Колонной называется сборная конструкция из труб, которые соединяются друг с другом посредством специальных замков. Главной задачей является передача различных типов энергии к долоту. Таким образом осуществляется движение, приводящее к углублению и разработке скважины.

Процесс бурения нефтяных скважин

Бурение — это процедура разламывания горных пород специальной бурильной техникой. Бурение, как и многие другие технологии, имеет несколько направлений.

Процесс бурения включает в себя разламывание горных пород при помощи бурильной техники, в результате чего получается скважина.

Эти направления зависят от положения горного пласта:

  • вертикальное;
  • наклонно-направленное;
  • горизонтальное.

Процесс прокладывания в земле направленного цилиндрического ствола называют бурением. Впоследствии этот канал называют скважиной. В диаметре она должна быть меньше длины. Устье скважины (начало) располагается на поверхности. Забоем и стволом называют дно и стены скважины соответственно.

Подготовка к процессу

При бурении скважин сначала:

Процесс бурения невозможен без специальной бурильной техники.

  1. На участок бурения подвозят бурильную технику.
  2. Потом начинается процесс бурения. Он заключается в углублении ствола скважины путем промывания его и бурения.
  3. Во избежание обрушения стенок скважин проводят разобщение пластов — работы по укреплению пластов земли. Для этого в пробуренную землю опускают и прокладывают трубы, которые соединяются в колонны. Затем все пространство между трубами и землей цементируют (тампонируют).
  4. Последний этап работ называется освоение скважин. В него входит вскрытие последнего пласта, установка призабойной зоны, а также перфорация и вызов оттока.

Для того чтобы начать бурение сначала, нужно осуществить подготовительные работы.

Сначала оформляют документы, разрешающие вырубку и расчистку лесного массива, но для этого нужно получить согласие лесхоза. При подготовке участка для бурения проводят следующие работы:

Перед тем как начать бурение скважин, необходимо расчистить участок от деревьев.

  • разбивка зон на участки по координатам;
  • вырубка деревьев;
  • планировка;
  • возведение поселка рабочих;
  • подготовка основы для буровой;
  • приготовление и разметка площадки;
  • установка фундаментов под цистерны на ГСМ складе;
  • устройство обволоки склада, приготовление оборудования.

Следующий этап работ — это подготовка вышкомонтажного оборудования. Для этого:

  • производят монтаж техники;
  • монтаж линий;
  • монтаж подвышечных оснований, оснований и блоков;
  • монтаж и подъем вышки;
  • пусконаладочные работы.

Предварительные работы

После того, как буровая машина установлена, прибывает спецкомиссия на проверку оборудования, техники и качества труда.

Когда бурильная установка готова, начинаются работы по приготовлению к бурению. Как только буровая машина установлена и возведение сооружений закончено, буровую проверяет спецкомиссия. Мастер бригады бурения, принимая комиссию, вместе с ней следит за качеством работ, проверяет технику и исполнение охраны труда.

Например, светильники по способу исполнения должны быть во взрывобезопасном кожухе, по шахте должно быть распределено аварийное освещение на 12 V. Все замечания производимые комиссией должны быть учтены до начала работ по бурению.

До того как начать буровые работы, техника оснащается соответствующим оборудованием: шурфом под квадрат, буровыми трубами, долотом, приспособлениями малой механизации, обсадными трубами под кондуктор, контрольно-измерительными приборами, водой и т. д.

На буровой должны быть домики для жилья, беседка, столовая, баня для сушки вещей, лаборатория для анализа растворов, инвентарь для тушения пожаров, вспомогательный и рабочий инструмент, плакаты по технике безопасности, аптечки и медикаменты, склад для бурильного оборудования, вода.

Схема установки вышки для бурения.

После того как вышка для бурения была установлена, начинается ряд работ по переоснастке талевой системы, в процессе чего осуществляется установка оборудования и апробирование средств малой механизации. Технология забуривания начинается с установки мачты. Ее направления должно быть установлено точно по центру оси вышки.

После центровки вышки производится бурение под направление. Это опускание трубы для упрочнения скважин и заливка ее верхнего конца, который должен по направлению совпадать с желобом, цементом. После того, как направление в процессе бурения скважин было установлено, еще раз проверяют центровку между осями ротора и вышки.

В центре скважины производят бурение под шурф для квадрата и в процессе обсаживают трубой. Бурение шурфа скважины исполняется турбобуром, который во избежание слишком быстрого вращения удерживается пеньковым канатом. Одним концом он крепится к ноге вышки, а второй удерживается в руках через блочок.

Завершение

После подготовительных работ, за 2 дня до пуска буровой, организуется конференция, где участвует вся администрация (главный инженер, технолог, главный геолог и т. д.). На конференции обсуждают:

Схема строения геологических пород на месте обнаружения нефти: 1 — глины, 2 — песчаники водонасыщенные, 3 — нефтяная залежь.

  • строение скважины;
  • строение пород в месте геологического разреза;
  • осложнения, которые могут возникнуть в процессе бурения и т. д;
  • затем рассматривают нормативную карту;
  • обсуждаются работы по безаварийной и скоростной проводке.

Процесс бурения может быть начат при оформлении следующих документов:

  • геолого-технического наряда;
  • разрешения о вводе буровой в действие;
  • нормативной карты;
  • вахтового журнала;
  • журнала по буровым растворам;
  • журнала ведения охраны труда;
  • учета работы дизелей.

На буровой могут применяться следующие виды механизмов и материалов:

  • цементирование оборудования;
  • плакаты с надписями о безопасности и об охране труда;
  • каротажное оборудование;
  • питьевая вода и техническая;
  • вертолетная площадка;
  • цементные растворы и буровые ;
  • химические реагенты;
  • обсадные трубы и бурильные.

Схема оборудования для перфорации ствола скважины.

Бурение скважин — метод вырубания горной породы при котором образуется шахта. Такие шахты (скважины) испытывают на наличие нефти и газа. Для этого производят перфорацию ствола скважины для провоцирования притока нефти или газа из продуктивного горизонта. Затем производится демонтаж бурильной техники и всех вышек. На скважине устанавливается пломба с указанием названия и срока бурения. После этого мусор уничтожается, все амбары зарываются, а металлолом утилизируется.

Обычно вначале максимальный диаметр скважин не превышает 900 мм. В конце он редко когда достигает 165 мм. Процесс бурения представляет собой несколько процессов, в ходе которых происходит строительство ствола скважины:

  • процесс углубления дна скважин посредством раскрашивания горных пород буровым инструментом;
  • удаление разломанной породы их шахты скважины;
  • крепление ствола скважин;
  • проведение геолого-геофизических работ по исследованию породы разлома и обнаружению продуктивных горизонтов;
  • спуск и цементирование глубины.

По глубине скважины бывают следующих типов:

  • мелкая — глубиной 1500 м;
  • средняя — глубиной до 4500 м;
  • глубокая — 6000 м;
  • сверхглубокая — свыше 6000 м.

Процесс бурения — это разламывание горных пород буровыми долотами. Разломанные части этой породы вычищают потоком промывочного (жидкого) раствора. Глубина скважин увеличивается в процессе разрушения забоя по всей площади.

Возникающие осложнения

Обвал стенок скважины может произойти вследствие неустойчивой структуры породы.

При процессе бурения скважины могут возникнуть некоторые осложнения. Это могут быть:

  • обвалы стен шахты;
  • поглощения промывочной жидкости;
  • аварии;
  • неточное просверливание ствола скважин и т. д.

Обвалы могут возникнуть вследствие неустойчивой структуры породы. Их признаком могут служить;

  • повышенное давление;
  • слишком сильная вязкость промывочной жидкости;
  • слишком большое количество обломков при промывке шахты.

Поглощение промывочного раствора происходит из-за того, что раствор, залитый в шахту, полностью засасывается пластом. Обычно это происходит тогда, когда пласты имеют пористую структуру или большую проницаемость.

Бурение — это процесс, при котором вращающийся снаряд доводят до забоя, а потом поднимают снова. При этом скважины просверливаются до коренных пород, врезаясь на 0,5-1,5 м. После этого в устье опускается труба для предотвращения размыва и для того, чтобы промывочная жидкость, выходя из скважины, попадала в желоб.

Схема глубины и наклона нефтяной скважины.

Частота вращения бурового снаряда и шпинделя зависит от физических свойств горных пород, диаметра и вида буровой коронки. Скоростью вращения управляет регулятор подачи, создающий нужную нагрузку на коронку. При этом он создает определенное давление на резцы снаряда и стенки забоя.

Прежде чем начать бурение скважины нужно составить ее проектный чертеж, где указаны:

  • физические свойства пород: их твердость, устойчивость и водонасыщенность;
  • глубина и наклон скважины;
  • конечный диаметр скважины, на который влияет твердость пород;
  • способы бурения.

Составление проекта скважин начинается с выбора ее глубины, диаметра по окончании бурения, углов забуривания, структуры.

Глубина картировочных скважин зависит от геологического анализа с последующим его картированием.

Способы бурения

Процесс проделывания скважин, как и любая другая технология, имеет несколько видов:

  • ударно-канатное;
  • роторное;
  • бурение с забойным двигателем;
  • турбинное;
  • с винтовым двигателем;
  • электробуром.

Схема установки для ударно-канатного бурения скважин.

Ударно-канатный способ бурения скважин считается самым опробованным. При нем шахта скважины образуется за счет периодических ударов долота по забою. Этот процесс происходит под действием веса самого долота и тяжелой штанги. Поднятие долота вместе со штангой, которые закреплены на канате, происходит за счет балансира бурового механизма.

При роторном методе вращение инструменту передается посредством ротора. При этом виде бурения скважин ротор устанавливается на устье сквозь колону бурильных труб, которые играют роль полного вала. При бурении маленьких скважин (с небольшим диаметром ствола) процесс происходит за счет шпиндельных двигателей.

Привод ротора осуществляется от карданного вала, соединенного с лебедкой. Либо это может быть цепная передача от одного двигателя. Преимущество привода в том, что он может регулировать скорость вращения более с широким диапазоном, понижает нагрузку на лебедку и уменьшает ее изнашиваемость.

Ротор для бурения выбирается по степени нагрузки, мощности, а также по диаметру шахты. Роторное бурение имеет 2 канала передачи энергии для забоя:

  • механический от привода;
  • гидравлический от насосов.

Установка для бурения скважин роторным и турбинным способами и при помощи электробура.

При бурении турбинным способом, в процессе работы бурильная колонна не вращается, а перенимает вращающийся момент от забойного двигателя. При этом методе передается и гидравлическая энергия.

Турбинный способ — передача вращения долоту от вала турбины, которая приводится во вращение за счет движения потока раствора. Получается, что при турбинном способе в процессе задействован только 1 канал передачи энергии до забоя.

Турбобур, стоящий над инструментом, является машиной, которая приводит процесс преобразования гидравлической энергии давления потока используемой жидкости в механическую, направленную на вращение инструмента.

Процесс бурения представляет собой опускание, подъем бурильной колоны в скважину и поддержание ее на весу. Бурильная колона — это опущенная в шахту сборка из труб, скрепленных между собой бурильными замками. Ее задача — подача гидравлической и механической энергии к долоту.

Бурение нефтяных и газовых скважин

Этой статьей мы начинаем большой цикл статей посвященных вопросам бурения нефтяных и газовых скважин их особенностям, и конструкции. Мы постараемся охватить весь спектр вопросов, связанных непосредственно с процессом бурения, рассмотрим технологии бурения, необходимое для выполнения работ оборудование и материалы, а также рассмотрим различные программные комплексы управляющие этим процессом.

Начнем с определения – что же такое бурение?

Ниже мы приведем обобщенное определение, наиболее полно отвечающее на поставленный вопрос.

Бурением называется воздействие специальной техники на слои почвы, в результате которого в земле образуется скважина, через которую будет вестись добыча ресурсов или, иными словами, бурение — это процесс разрушения пород с помощью специальной техники — бурового оборудования.

В определении появился еще один термин – скважина. Считаем целесообразным здесь дать определение – что такое скважина?

Скважина – техническое отверстие в породе, длина которого значительно превосходит его диаметр. Начало скважины (на поверхности земли) – называется УСТЬЕ, промежуточная часть скважины СТВОЛ, окончание скважины (дно скважины) – ЗАБОЙ.

Расстояние между устьем и забоем по оси ствола выработки называется длиной скважины, а это же расстояние, но взятое по вертикальной проекции оси называется её глубиной.

Читайте также:  Отмена публичного обещания награды

Бурение нефтяных (газовых) скважин осуществляется по разным направлениям работы – горизонтальным, вертикальным или наклонным, и зависят от расположения почвенного или горного пласта.

Основные этапы бурения

Основные этапы бурения (или как их еще называют ключевые этапы бурения) делится следующим образом:

  • Доставка специальной техники на участок, где будет выполнятся работа. В зависимости от места расположения участка, техника может доставляться на место проведения работ или своим ходом, или по “зимнику” и даже вертолетам;
  • Непосредственно бурение скважины включает в себя несколько работ. Одна из которых – углубление ствола;
  • Для предотвращения разрушения ствола скважины и для предотвращения “засора”, пласты породы укрепляют. Для решения этой задачи в образовавшееся на очередном этапе бурения пространство закладывают специальную колонну из соединенных между собой труб. Пустоты между трубой и породой закрепляют цементным раствором: название этой работы – тампонирование;
  • Заключительный этап – освоение. Вскрывается последний пласт породы, формируется призабойная зона, проводится перфорация шахты и отток жидкости.

Подготовительные мероприятия

Их можно разделить на 2 этапа – подготовка и оформление необходимой документации, и подготовительные работы непосредственно на участке бурения.

Подготовка документации

Работы по подготовке непосредственно на участке

  • Составление плана работ;
  • Проведение разметки участка и его зонирование;
  • Вырубка деревьев;
  • Подготовка и создание поселка для размещения рабочих;
  • Подготовка основания для буровой установки;
  • Строительство фундаментов для установки на него цистерн с горючими материалами, буровым раствором и пр…;
  • Обустройство складского хозяйства;
  • Отладка оборудования вспомогательного технологического оборудования;
  • Сборка монтаж проверка техники;
  • Подводка линий электропередач для энергоснабжения оборудования и технических средств;
  • Монтаж основания для буровой вышки и установки вспомогательных элементов;
  • Установка буровой вышки и подъём ее на нужную высоту;
  • Отладка всего комплекса оборудования.

По времени, работы по подготовке непосредственно на участке, могут занимать от 1 до 5 месяцев.

После окончания работ по подготовке оборудования для бурения нефтяных скважин (оборудование полностью готово к эксплуатации), необходимо заключение специальной комиссии.

Комиссия выдаёт заключение, в котором указано, что техника находится в исправном состоянии, полностью готова к эксплуатации, персонал обладает всеми необходимыми знаниями в области правил безопасности на производстве подобного рода.

При проверке, комиссией также уточняется правильность конструкции осветительных приборов (осветительные приборы должны иметь взрывозащищенный кожух).

Если выявляются недочеты, они оформляются в виде замечаний, и они должны приняты во внимание заранее, до начала процесса работ по бурению.

До начала работ по бурению, на скважину необходимо также завезти:

  • трубы для укрепления бурового ствола (обсадные трубы);
  • долото;
  • различную мелкую спецтехнику для проведения вспомогательных работ;
  • измерительные приборы, для осуществления измерений непосредственно в ходе бурения.

а также обеспечить водоснабжение и решить ряд других вопросов.

Буровая площадка в обязательном порядке должна содержать:

  • Объекты для проживания персонала (бытовки, соответствующие погодным условиям)
  • Технические помещения
  • Лабораторные помещения для анализа проб грунта и полученных в ходе исследований результатов
  • Складские помещения, для хранения инвентаря и мелкого инструмента
  • Средства медицинской помощи и средства безопасности.

Нефтяная скважина – особенности бурения

Если для бурения скважин на воду может использоваться среднее и легкое оборудование, то спецтехника для бурения нефтяной скважины может использоваться только “тяжелая”. Процесс бурения может осуществляться только при помощи специального оборудования.

Переоснащение талевой системы: В процессе этих работ монтируется оборудование и апробируются малые механизмы.

Установка буровой мачты начинает процесс забуривания в грунт, при этом направление не должно разойтись с осевым центром буровой вышки.

После завершения процесса центровки, осуществляется создание скважины под направление. Под этим процессом понимают установку трубы для усиления ствола, а также заливку начальной части специальным цементным раствором.

После установки направления центровка между вышкой и роторной осью регулируется еще раз.

Шурф – неглубокая скважина, которая сооружается рядом с ротором и ее предназначение – для опускания ведущей трубы во время наращивания бурильных труб в момент, когда не бурят.

Бурение под шурф производится в центре ствола, и в период работы делается обсадка при помощи труб.

Под шурф бурят турбобуром или ротором. Для забуривания под шурф турбобуром над устьем скважины предварительно собирают долото, турбобур и ведущую трубу.

Для того, чтобы регулировать скорости вращения необходимо удерживать его посредством каната, который фиксируется на самой вышке.

За несколько дней до запуска буровой установки, после прохождения всех подготовительных мероприятий, необходимо проведение совещания, на котором обязательно присутствуют технологи, геологи, инженеры, бурильщики, на котором обсуждаются ряд ключевых вопросов:

  • Схема залегания пластов на нефтяном месторождении: слой глины, слой песчаника с водоносами, слой нефтяных залежей;
  • Конструктивные особенности скважины;
  • Состав горной породы в точке исследований и разработок;
  • Учет возможных трудностей, а также иных различных факторов осложняющих работу, которые могут появиться при бурении нефтяной скважины в конкретном случае;
  • Рассмотрение и анализ карты нормативов.

Документы и оборудование. Основные требования

Непосредственно процесс бурения скважины, может начаться только, после оформления ряда документов, перечень которых мы хотим здесь привести:

  • Разрешение о начале эксплуатации буровой площадки;
  • Нормативная карта (или карта нормативов);
  • Журнал – растворы для бурения;
  • Журнал – охрана труда;
  • Журнал учета функционирования дизельных агрегатов;
  • Вахтовый журнал.

Механическое оборудование и расходные материалы:

  • Оборудование для цементирования (цементировочный агрегат);
  • Цементный раствор;
  • Оборудование для обеспечения безопасности;
  • Каротажные механизмы;
  • Техническая вода;
  • Реагенты для различных целей.
  • Питьевая вода;
  • Трубы для обсадки (обсадные трубы)
  • Трубы для бурения.

Типы скважин

В процессе бурения нефтяной скважины в породе формируется шахта, которую проверяют на:

Осуществляется эта проверка посредством перфорации ствола, при котором происходит стимуляция притока вещества из продуктивной области.

После этого бурильная техника разбирается (демонтируется). Скважина пломбируется с указанием даты начала и окончания бурения.

Вывозится мусор, металлические части утилизируются.

В самом начале процесса бурения, диаметр ствола составляет до 90 см, а к концу редко доходит до 16,5 см. В ходе работы, строительство скважины осуществляется в несколько этапов:

  • Углубление скважины, для чего используется буровое оборудование, которое размельчает породу;
  • Удаление различных обломков породы из шахты;
  • Закрепление ствола (осуществляется при помощи труб и цемента);
  • Работы, в ходе которых исследуется полученный разлом, выявляются продуктивные расположения нефти;
  • Спуск глубины и ее цементирование.

Скважины могут отличаться по глубине и в соответствии с этим делятся на следующие разновидности:

  • Малые (или небольшие) (до 1500 метров);
  • Средние (до 4500 метров);
  • Углубленные (до 6000 метров);
  • Сверхуглубленные (более 6000 метров).

Бурение скважины подразумевает измельчение цельного пласта породы долотом. Измельченные части породы удаляют посредством вымывания специальным раствором (буровым раствором); глубина шахты делается больше при разрушении всей забойной площади.

Сложности при бурении нефтяных скважин

В процессе бурения скважин достаточно часто приходится сталкиваться с техническими проблемами, появление которых может сильно замедлить работы или сделают работу практически невозможной. К таким проблемам относятся следующие явления:

  • Разрушения ствола, обвалы;
  • Уход в почву жидкости для промывки (удаления частей породы);
  • Аварийные состояния оборудования или шахты;
  • Ошибки в сверлении ствола.

Достаточно часто обвалы стенок скважины происходят из-за нестабильности горной порода. Признаками обвала является увеличенное давление, большая вязкость жидкости, которая используется для промывки, а также повышенное число фрагментов породы, которые выходят на поверхность.

Чаще всего поглощение жидкости случается, если залегающий ниже пласт целиком забирает раствор в себя. Его пористая структура или высокая степень впитываемости способствует такому явлению.

В процессе бурения скважины буровой снаряд, движущийся по часовой стрелке, доходит до места забоя и поднимается обратно. Скважины доходит до коренных пластов, в которые происходит врезка до 1,5 метра. Чтобы скважина не была размыта, в начало погружается труба, она же служит средством проведения промывочного раствора напрямую в желоб.

Буровой снаряд, а также шпиндель может вращаться с различной скоростью и частотой; этот показатель зависит от того, какие виды пород требуется пробить, какой диаметр коронки будет сформирован. Скорость контролируется посредством регулятора, который регулирует уровень нагрузки на коронку, служащую для бурения. В процессе работы создается необходимое давление, которое оказывается на стены забоя и резцы самого снаряда.

Проектирование бурения скважины

До начала процесса по созданию нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, в котором обозначаются следующие аспекты:

  • Свойства присутствующих горных пород (устойчивость к разрушению, твердость, степень содержания воды и ряд других показателей);
  • Глубина скважины и угол ее наклона;
  • Диаметр шахты в конце: это важно для определения степени влияния на него твердости горных пород;
  • Метод бурения скважины (методы бурения будут рассмотрены в этой статье чуть позднее).

Проектирование нефтяной скважины необходимо начинать с определения глубины, конечного диаметра самой шахты, а также уровня бурения и конструктивных особенностей. Геологический анализ позволяет разрешить эти вопросы вне зависимости от типа скважины.

Методы бурения

Процесс строительства скважины для добычи нефти может осуществляться несколькими способами:

  • Ударно-канатный метод.
  • Работа с применением роторных механизмов.
  • Бурение скважины с использованием забойного мотора.
  • Бурение турбинного типа.
  • Бурение скважины с использованием винтового мотора.
  • Бурение скважины посредством электрического бура.

Ударно-канатный метод бурения – относится к наиболее известным и проверенным методам. В этом случае шахту пробивают ударами долота, производимыми с определенной периодичностью. Удары создаются посредством влияния веса долота и утяжеленной штанги. Поднятие оборудования происходит из-за балансира оборудования для бурения.

Работа с роторным оборудованием основана на вращении механизма при помощи ротора, который ставится на устье скважины через трубы для бурения, которые осуществляют функцию вала. При малых размерах скважины – бурение производится посредством участия в процессе шпиндельного мотора. Роторный привод соединен с карданом и лебедкой: такое устройство позволяет контролировать скорость, с которой вращаются валы.

Бурение при помощи турбины производится посредством передачи вращающегося момента колонне от мотора. Такой же способ позволяет передавать и энергию гидравлики.

Турбобур – это особый механизм, преобразующий энергию гидравлики в давлении раствора в механическую энергию, которая и обеспечивает вращение.

Процесс бурения нефтяной скважины состоит из опускания и подъема колонны в шахту, а также удерживание на весу. Колонной называется сборная конструкция из труб, которые соединяются друг с другом посредством специальных замков.

Основной задачей является передача различных типов энергии к долоту. Таким образом осуществляется движение, приводящее к углублению и разработке скважины.

МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ

Классификация и назначение скважинКонструкция скважинВлияние факторов на конструкцию скважинФизические процессы в призабойной зоне
Приток жидкости в скважинуГидродинамическое совершенство скважинТиповые конструкции забоев скважинОсновы вторичного вскрытия пласта
Взрывные методы перфорацииГидропескоструйная перфорация

Понятие конструкции скважины

– это совокупность элементов крепи горной выработки с поперечными размерами, несоизмеримо малыми по сравнению с ее глубиной и протяженностью, обеспечивающая при современном техническом и технологическом вооружении безаварийное, с учетом охраны недр, экономичное строительство герметичного пространственно устойчивого канала между флюидонасыщенными пластами и остальной частью вскрытого геологического разреза, а также дневной поверхностью, эксплуатирующегося в заданных режимах и времени в зависимости от назначения: изучение геологического разреза, разведка и оценка газонефтеносности отложений, добыча продукции, поддержание пластовых давлений, наблюдение за режимом эксплуатации месторождения и др.

В газонефтяной отрасли нет также единого методического подхода к оценке качества проектирования и строительства скважин, в том числе их конструкции.

Основные элементы скважины

Основными элементами скважины являются: устье, забой, ствол, обсадная колонна, фильтр, цементное кольцо.

– это начало скважины, образованное короткой вертикальной зацементированной трубой – направлением.

– это дно ствола скважины.

– это горная выработка, внутри которой располагаются обсадные колонны и производится углубление скважины.

– участок скважины, непосредственно соприкасающийся с продуктивным нефтяным или газовым горизонтом. Фильтром может служить необсаженный колонной участок ствола, специальное устройство с отверстиями, заполненное гравием и песком, часть эксплуатационной колонны или хвостовика с отверстиями или щелями.

– затвердевший цементный раствор, закачанный в кольцевое пространство между стволом и обсадной колонной с целью его герметизации.

Цементное кольцо предназначено для надежной изоляции друг от друга интервалов геологического разреза (в том числе и продуктивных) на весь период строительства, эксплуатации и обеспечения жесткой связи обсадных колонн со стенками скважины с целью формирования прочной и герметичной постоянной крепи.

Система обсадных колонн и цементных колец за ними составляют скважины.

Обсадные колонны

– это свинченные друг с другом и опущенные в ствол обсадные трубы с целью изоляции слагающих ствол горных пород. Различают первую обсадную колонну – кондуктор, последнюю обсадную колонну – эксплуатационную колонну, в том числе хвостовик, промежуточные обсадные колонны, в том числе летучки (лайнеры).

Обсадные колонны предназначены для изоляции стенок скважин от рабочего пространства ствола в процессе бурения и эксплуатации и обеспечивают требуемую прочность и герметичность при воздействии на них внутренних и внешних воздействий в первую очередь давления. Для создания необходимой изоляции кольцевого пространства, остающегося между обсадными колоннами, оно заливается жидким цементным раствором, твердеющим через определенное время.

Обсадные колонны по назначению подразделяются следующим образом.

– первая колонна труб или одна труба, предназначенная для закрепления приустьевой части скважин от размыва буровым раствором и обрушения, а также для обеспечения циркуляции жидкости. Направление, как правило, одно. Однако могут быть случаи крепления скважин двумя направлениями, когда верхняя часть разреза представлена лессовыми почвами, насыпным песком или имеет другие особенности. Обычно направление спускают в заранее подготовленную шахту или скважину и бетонируют на всю длину. Иногда направление забивают в породу, как сваю.

Различают шахтное (или шахтовое) направление и удлиненное направление. Шахтное устанавливается, как правило, во всех случаях и его длина составляет 3-10 м. В зависимости от конкретных условий может устанавливаться удлиненное направление или от одного до нескольких направлений и в этом случае длина может достигать 100 м. Направление спускается по возможности в глинистый пласт. Диаметр колонны колеблется от 245 до 1250 мм. Трубы, используемые в качестве направления, на прочность не рассчитываются и не опрессовываются.

– колонна обсадных труб, предназначенных для разобщения верхнего интервала разреза горных пород, изоляции пресноводных горизонтов от загрязнения, монтажа противовыбросового оборудования и подвески последующих обсадных колонн.

Кондуктор в зависимости от геологических условий устанавливается на глубину в среднем до 100 м, а максимальная глубина до 600 м. Диаметр кондуктора, как правило, колеблется в диапазоне 177-508 мм. Он опрессовывается, как и цементное кольцо.

Шахтное направление и кондуктор являются обязательными элементами конструкции скважины.

Промежуточная обсадная колонна (их может быть несколько) служит для разобщения несовместимых по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченных глубин.

Промежуточные обсадные колонны могут быть следующих видов:

  • сплошные – перекрывающие весь ствол скважины от забоя до ее устья независимо от крепления предыдущего интервала;
  • хвостовики – для крепления только необсаженного интервала скважины с перекрытием предыдущей обсадной колонны на некоторую величину;
  • летучки – специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для перекрытия интервала осложнений и не имеющие связи с предыдущими или последующими обсадными колоннами.

Секционный спуск обсадных колонн и крепление скважин хвостовиками являются, во-первых, практическим решением проблемы спуска тяжелых обсадных колонн и, во-вторых, решением задачи по упрощению конструкции скважин, уменьшению диаметра обсадных труб, зазоров между колоннами и стенками скважины, сокращению расхода металла и тампонирующих материалов, увеличению скорости бурения и снижению стоимости буровых работ.

– последняя колонна обсадных труб, которой крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от остальных пород и извлечения из скважины нефти или газа или для нагнетания в пласты жидкости или газа. Иногда в качестве эксплуатационной колонны может быть использована (частично или полностью) последняя промежуточная колонна.

Диаметр обсадной колонны

Проектирование диаметров обсадных колонн и долот начинают с эксплуатационной колонны и далее методом снизу-вверх. Расчет диаметров обсадных труб ведется «изнутри» с диаметра эксплуатационной колонны. Исходя из предполагаемого дебита скважины и экономического обоснования, выбирается диаметр эксплуатационной колонны. Диаметр эксплуатационной колонны определяет диаметры бурения под обсадные колонны для всей скважины, а количество промежуточных колонн определяет конструкцию колонной головки. Увеличение диаметра эксплуатационной колонны позволяет использовать более производительное скважинное оборудование, позволяет эксплуатировать в скважине одновременно несколько пластов и облегчает проведение подземного ремонта. С другой стороны увеличение диаметра эксплуатационной колонны ведет к увеличению металлоемкости обсадных колонн, объему бурения и цементирования. Возрастают нагрузки на колонную головку и ее металлоемкость. Все это ведет к увеличению затрат на строительство скважины. Уменьшение диаметра эксплуатационной колонны снижает стоимость ее строительства, но увеличивает затраты, связанные с эксплуатацией скважины. Так применение малогабаритного оборудования ведет к увеличению затрат на приобретение до 2-3х раз. Усложняется поведение подземного ремонта, что ведет, как правило, к увеличению затрат времени, и, следовательно, и материалов, а в некоторых случаях не позволяет произвести необходимый ремонт.

Сооружение скважины

Только сооруженная скважина может ответить на вопрос: имеется ли в данном районе нефтяное или газовое месторождение и какова промышленная ценность залежи углеводородов.

Сооружение скважины, независимо от ее назначения (разведочная, параметрическая, эксплуатационная и т.д.), включает в себя следующие основные этапы:

  1. Геологическое обоснование места сооружения и составление проекта скважины, которые позволяют наилучшим образом выполнить поставленную задачу.
  2. Монтаж технических средств для наиболее качественного и экономичного сооружения скважины.
  3. Проводку ствола скважины, обеспечивающую высокую скорость углубления при минимальных затратах.
  4. Глубинные геофизические и технологические исследования, позволяющие подробно изучить геологический разрез, термодинамические параметры вскрытых скважиной пластов, отобрать образцы горных пород и пластовых флюидов для лабораторных исследований.
  5. Крепление ствола обсадными трубами и цементом, обеспечивающее длительную безаварийную эксплуатацию скважины как инженерного сооружения и ее экологическую безопасность.
  6. Изготовление глубинного фильтра, обеспечивающего качественную и надежную гидродинамическую связь продуктивного пласта с полостью эксплуатационной колонны и препятствующего проникновению в колонну горной породы и других загрязняющих углеводороды примесей.
  7. Оборудование устья скважины, включающее, при необходимости, подвеску колонны насосно-компрессорных труб, обеспечивающее качественное испытание скважины и дальнейшую длительную эксплуатацию ее как объекта добычи углеводородов.

При бурении в скважину последовательно спускается определенная конструкция, состоящая из обсадных труб. Каждая последующая колонна вставляется в предыдущую, и поэтому имеет все меньший диаметр.

Дно скважины называется забоем. После проведения цементирования скважины образуется новый забой, который называется «искусственный забой». В процессе эксплуатации на забой осаждаются примеси, части изношенного оборудования или упущенный при проведении подземного ремонта инструмент и т.п., что при замерах изменяет глубину скважины и новая точка называется «текущий забой».

Если продуктивный пласт обсаживается, то низ или башмак эксплуатационной колонны устанавливается всегда (после прохождения через пористый продуктивный пласт) в непроницаемую породу. Это позволяет вскрыть продуктивный пласт, предотвратив его обводнение, что само по себе является серьезной проблемой, и может сделать скважину непродуктивной, т.е. не давшей нефти.

После создания герметичной конструкции скважины в эксплуатационную колонну, напротив продуктивного пласта, спускается на забой устройство (перфоратор), которое проделывает отверстия в обсадных трубах и цементном кольце и соединяет продуктивный пласт и скважину. Эти отверстия заполняются газом и пластовой жидкостью (нефтью), поступающей из пласта под избыточным давлением и заполняют скважину.

Требования к конструкции скважин

В зависимости от назначения скважин конструкция может существенно изменяться, но всегда должна удовлетворять некоторым общим требованиям, которые сводятся к следующему:

  • надежное разобщение пройденных пород и их герметизация, что вытекает из требований охраны недр и окружающей среды и достигается за счет прочности и долговечности крепи, герметичности обсадных колонн, межколонных и заколонных пространств, а также за счет изоляции флюидонасыщенных горизонтов;
  • получение максимального количества горно-геологической и физической информации по вскрываемому скважиной разрезу;
  • возможность оперативного контроля за вероятным межколонным или заколонным перетоком флюидов;
  • длительная безаварийная работа при условии безопасного ведения работ на всех этапах жизни скважины;
  • конструкция должна иметь определенный диаметр обсадных труб, что особо относится к эксплуатационной колонне;
  • быть стабильной (не изменять своих первоначальных характеристик в течение длительного времени или после проведения определенных технологических операций);
  • эффективное фиксирование конструкции в стволе скважины;
  • возможность аварийного глушения скважины;
  • возможность трансформации одного вида скважины в другой за счет максимальной унификации по типоразмерам обсадных труб и ствола скважины.

Кроме перечисленных, конструкция скважины должна удовлетворять определенным технологическим требованиям, основными из которых являются:

  • хорошая гидравлическая характеристика (минимум сопротивлений);
  • максимально возможное использование пластовой энергии в процессе подъема продукции на дневную поверхность за счет выбора оптимального диаметра эксплуатационной колонны и конструкции забоя;
  • возможность проведения всех видов исследований известными и перспективными глубинными приборами;
  • проведение всех технологических операций в скважине, в том числе и по воздействию на продуктивный горизонт;
  • применение различных способов эксплуатации с использованием эффективного оборудования, в том числе и с большими нагрузками на стенку скважины (колонны).

Разработка конструкции скважины

Основные параметры конструкций скважины: число и диаметр обсадных колонн, глубина их спуска, диаметр долот, которые необходимы для бурения под каждую обсадную колонну, а также высота подъема и качество тампонажного раствора за ними, обеспечение полноты вытеснения бурового раствора.

Разработка конструкции скважины базируется на следующих основных геологических и технико-экономических факторах:

  • геологические особенности залегания горных пород, их физико-механическая характеристика, наличие флюидосодержащих горизонтов, пластовые температуры и давления, а также давление гидроразрыва проходимых пород;
  • назначение и цель бурения скважины;
  • предполагаемый метод заканчивания скважины;
  • способ бурения скважины;
  • уровень организации, техники, технологии бурения и геологическая изученность района буровых работ;
  • уровень квалификации буровой бригады и организация материально-технического обеспечения;
  • способы и техника освоения, эксплуатации и ремонта скважины.

К объективным геологическим факторам относят предполагаемую и фактическую литологию, стратиграфию и тектонику разреза, мощность пород с различными проницаемостью, прочностью, пористостью, наличие флюидосодержащих пород и пластовые давления.

Геологическое строение разреза горных пород при проектировании конструкции скважин учитывают как неизменный фактор.

В процессе разработки залежи ее начальные пластовые характеристики будут изменяться, так как на пластовые давления и температуру влияют продолжительность эксплуатации, темпы отбора флюидов, способы интенсификации добычи и поддержания пластовых давлений, использование новых видов воздействия на продуктивные горизонты в целях более полного извлечения нефти и газа из недр, поэтому эти факторы необходимо учитывать при проектировании конструкции скважин.

Конструкция скважин должна отвечать условиям охраны окружающей среды и исключать возможное загрязнение пластовых вод и межпластовые перетоки флюидов не только при бурении и эксплуатации, но и после окончания работ и ликвидации скважины. В связи с этим необходимо обеспечивать условия для качественного и эффективного разобщения пластов. Это один из главнейших факторов.

Все технико-экономические факторы – субъективные и изменяются во времени. Они зависят от уровня и степени совершенства всех форм организации, техники и технологии буровых работ в совокупности. Эти факторы влияют на выбор конструкции скважин, позволяют ее упростить, однако не являются определяющими при проектировании. Они изменяются в широких пределах и зависят от исполнителей работ.

Таким образом, принципы проектирования конструкций скважин прежде всего должны определяться геологическими факторами.

Простая конструкция (кондуктор и эксплуатационная колонна) не во всех случаях рациональна. В первую очередь это относится к глубоким скважинам (4000 м и более), вскрывающим комплекс разнообразных отложений, в которых возникают различные, иногда диаметрально противоположные по характеру и природе осложнения.

Следовательно, рациональной можно назвать такую конструкцию, которая соответствует геологическим условиям бурения, учитывает назначение скважины и другие, отмеченные выше, факторы и создает условия для бурения интервалов между креплениями в наиболее сжатые сроки. Последнее условие является принципиальным, так как практика буровых работ четко подтверждает, что чем меньше времени затрачивается на бурение интервала ствола между креплениями, тем меньше число и тяжесть возникающих осложнений и ниже стоимость проводки скважины.

Технологические процессы, выполняемые при бурении скважин и их общая характеристика

Выполнение всех видов работ, связанных с сооружением скважин, производится по определенным технологическим схемам и в определенном режиме.

Технологическая схема определяет способ и порядок или последовательность выполнения тех или иных операций. Технологический режим характеризуется совокупностью определенных параметров процесса бурения скважин. К числу таких параметров относятся: скорость, время, сила и частота действий, определяющие интенсивность или напряженность процесса. Таким образом, под режимом бурения скважин следует понимать некоторое сочетание факторов или параметров, определяющих условия работы бурового снаряда, от рациональности подбора числовых значений которых зависит эффективность выполнения этого процесса.

К числу параметров режима бурения относятся: скорость вращения со, частота вращения n; частота w и сила ударов P; величина усилия подачи (нагрузка на забой) G0, расход очистного агента Q и скорость его циркуляции vц.

Параметры режима бурения подбирают в зависимости от определенных факторов, основными из которых являются: характер и свойства пород (твердость, абразивность, трещиноватость, устойчивость и др.); глубина скважины; состояние ствола скважины; конструкция породоразрушающего инструмента и его качество; техническая характеристика бурового оборудования; назначение скважины или цель бурения и др. С учетом всех этих данных режим бурения может быть оптимальным, рациональным или специальным.

Оптимальный режим бурения характеризуется самым благоприятным сочетанием числовых значений параметров, подбираемых, исходя из современных достижений науки и техники, и обеспечивающих максимальную скорость углубки и производительность труда. Такой режим может быть осуществлен, очевидно, на опытно-показательных или лабораторных установках, так как требует повышенных затрат материальных средств и высокой квалификации бурового персонала.

Рациональным следует считать такой режим бурения, при котором числовые значения его параметров подбирают с учетом возможностей, имеющихся в наличии технических средств и породоразрушающих инструментов, которые обеспечивают получение наиболее высоких показателей в данных конкретных условиях при минимальных затратах средств. Рациональные режимы далеко не всегда соответствуют оптимальным.

Специальный режим определяется значениями параметров, которые подбирают с учетом необходимости получения высоких качественных показателей, подчас в ущерб количественным, или наоборот. В этом случае выбираемые числовые значения параметров режима бурения могут быть нерациональными с точки зрения получения высокой производительности труда и экономической эффективности. К специальным режимам прибегают, например, при бурении на слабоустойчивые полезные ископаемые с целью повышения процента выхода керна и его качества, когда снижаются частота вращения, осевая нагрузка и интенсивность промывки и ограничивается величина углубки за рейс или при борьбе с искривлением скважин и в других случаях.

При сооружении геологоразведочных скважин выполняется большое количество технологических операций или видов работ: строительно-монтажные работы (СМР); забуривание и оборудование устья скважины (ЗУС); подготовительные операции к бурению (ПОБ); спуско-подъемные операции (СПО); операции, связанные с углубкой скважины (ОУС), с отбором керна (ООК), с закреплением стенок скважин (ОЗС), с направленным бурением (ОНБ), с исследованиями в скважине (ОИС), с ликвидацией аварий (OЛA), с демонтажом оборудования (ОДО), ликвидацией скважин (ОЛС), с перевозкой бурового оборудования (ОПО).

По роли или значению в технологической схеме сооружения скважин все операции можно подразделить на производительные (ПО) и непроизводительные (НПО). Время, затрачиваемое на выполнение этих операций, составляет баланс рабочего времени сооружения скважины Т.

К числу производительных операций или процессов относятся: собственно бурение или углубка скважины (УС); вспомогательные операции, связанные с процессом углубки скважины (ВО); спуско-подъемные операции (СПО); очистка скважины от шлама или оставшегося на забое керна (ОЧС); закрепление стенок скважин (ОЗС); операции, связанные с направленным бурением (ОНБ). К непроизводительным операциям относится процесс ликвидации аварий и осложнений (ОЛА, ОЛО); осмотр и смазка оборудования, мелкий ремонт. В общий баланс рабочего времени, затрачиваемого на выполнение ПО и НПО включается еще и время простоев по разным причинам tпр. Выполняемые в процессе сооружения скважин операции объединяются в циклы — малый и большой.

Малый цикл или рейс включает операции, связанные непосредственно с углубкой скважины и выполняемые в течение одного рейса (периода времени). К этим операциям относятся: подготовка бурового снаряда к спуску; спуск снаряда в скважину; приработка ПРИ; собственно бурение; перекрепление шпинделя; наращивание бурильных труб; заклинивание и срыв керна; подъем снаряда и извлечение керна из колонковой трубы. Характеризуется малый цикл или рейс продолжительностью в часах или в станко-сменах и величиной углубки скважины за цикл (рейс).

В большой цикл входят все операции, связанные с полным сооружением скважины, начиная со строительно-монтажных работ и кончая ликвидацией скважины.

От рациональности или уровня выполнения всех операций в малом и большом циклах зависит производительность труда или эффективность буровых работ, оцениваемая целым рядом техникоэкономических показателей (ТЭП), к которым относятся: скорости. выполнения тех или иных операций или процессов, связанных с сооружением скважин (механическая, техническая, коммерческая, цикловая и парковая); величина углубки за рейс lp и на один ПРИ — lи; расход породоразрушающих элементов (алмазов, твердых сплавов, дроби и др.) на 1 м пробуренной скважины qa, кар/м или qтс, г/м.

Механическая скорость бурения vм (м/ч), характеризующая скорость продвижения забоя за время чистого бурения, определяется выражением

где lt — величина углубки за время чистого бурения tч.б, м; tч.б — время чистого бурения, ч.

Учитывая, что в течение времени величина механической скорости уменьшается вследствие затупления ПРИ, механическая скорость может быть мгновенной vм.м — углубка за короткий промежуток времени и средней vм.р за более продолжительное время, например за рейс. Кроме того, выделяют начальную механическую скорость vм.н или v0 и конечную vм.к.

Техническая скорость бурения характеризует скорость углубки скважины в малом или большом циклах ее сооружения с учетом затраты времени только на производительные операции. В соответствии с этим различают техническую скорость рейсовую (в малом цикле) и общую (в большом цикле).

Техническая рейсовая скорость бурения vт.р (м/ч) определяется выражением

где lp — углубка за рейс, м; tп.о.б — время, затраченное на выполнение производительных операций в процессе бурения в течение рейса, ч; tп.о.б = tч.б + tв.о + tСПО; tч.б — время чистого бурения, ч; tв.о — время на вспомогательные операции, ч; tСПО — время на спуско-подъемные операции, ч.

Техническая общая скорость бурения vт.о.б (м/ст.-мес) определяется выражением

Tч.б — общее время на чистое бурение, ч; TСПО — общее время на спуско-подъемные операции, ч; Tв.о — общее время на вспомогательные операции, ч; Tч.с — общее время на чистку скважины, ч; Tз.с — общее время на закрепление стенок скважины, ч; Tн.б — общее время на операции, связанные с направленным бурением, ч.

Цикловая скорость характеризует скорость углубки скважины с учетом затрат времени на производительные и непроизводительные операции, а также времени простоев как в малом, так и в большом циклах.

Цикловая рейсовая скорость бурения vц.р (м/ч) выражается формулой

где lp — углубка за рейс, м; tп.о — время, затраченное на производительные операции, ч; tн.п.о — время на непроизводительные операции, ч; tпр — время простоев в малом цикле, ч.

Скорость сооружения скважины в большом цикле определяется с учетом выполнения всех видов работ, включая монтажно-демонтажные и ликвидационные, и определяется формулой

где vц — цикловая скорость сооружения скважины, м/ст.-мес; L — длина пробуренной за большой цикл скважины, м; К — коэффициент, эквивалентный 1 ст.-мес, ч; Tп.о — суммарное время на производительные операции в процессе бурения скважины, ч; Tн.п.о — время на непроизводительные операции, ч; Tм.д.о — время на монтажно-демонтажные работы, ч; Tл.с — время на ликвидацию скважины, с; Tпр — суммарноe время простоев в большом цикле, ч.

Парковая скорость является показателем средней скорости сооружения скважины каждой буровой установкой, имеющейся на балансе той или иной производственной единицы (партии, экспедиции, объединения) в период одного календарного года, и выражается формулой

где vп — парковая скорость сооружения скважин, м/ст.-мес; Lо.б — общая длина пробуренных в течение года скважин (объем бурения), м; Nср — среднегодовое число буровых станков, имевшихся на балансе производственной единицы, шт.; n — среднегодовая продолжительность эксплуатации бурового парка, мес.

Как видно из рассмотренного, основными показателями эффективности процесса бурения скважин являются механическая и техническая рейсовая скорости бурения, которые зависят от многих факторов и, прежде всего, от геолого-технических условий бурения: механических свойств пород, уровня технических средств и параметров технологических процессов. Все это определяет эффективность сооружения скважин, которая может быть выражена количественными, качественными и экономическими показателями.

Количественные показатели характеризуют скорость выполнения отдельных процессов (операций) или сооружения скважин в целом и определяют в конечном счете производительность труда в бурении.

Качественные показатели характеризуют степень выполнения поставленных задач при бурении скважин, с учетом того, что разведочные скважины должны удовлетворять определенным требованиям методики разведки, основными из которых являются: пересечение пластов пород или залежей полезных ископаемых в заданных направлениях и по определенной системе при возможно меньшем объеме затрат на 1 т разведанных запасов полезного ископаемого; бурение скважин по наиболее рациональной траектории с допустимой степенью отклонения от проектного профиля при наиболее благоприятном расположении устьев скважин; получение представительных образцов пород или полезных ископаемых (керна), имеющих пространственную привязку.

В общем виде качественными показателями служат выход керна (%) и интенсивность искривления скважины i (градус/м).

Экономические показатели характеризуют стоимость сооружения скважины в целом или 1 м ствола пробуренной скважины.

Анализируя рассмотренные показатели, можно выявить основные факторы, определяющие уровень выполнения тех или иных операций и эффективность сооружения скважин в целом и пути ее повышения.

Ссылка на основную публикацию