Современные технологии бурения нефтяных и газовых скважин. Что представляет собой нефтяная скважина? Процесс бурения нефтяных скважин — видео
Добыча полезных ископаемых — это извлечение из недр земли природных ресурсов. Разработка твердых полезных ископаемых ведется карьерным или шахтным способом. Для добычи жидких и газообразных природных ресурсов бурят скважины. Современные технологии бурения скважин позволяют вести разработку месторождений нефти и газа на глубине свыше 12.000 метров.
Важность добычи углеводородов в современном мире сложно переоценить. Из нефти делают топливо (см. ) и масла, синтезируют каучуки. Нефтехимическая промышленность выпускает бытовой пластик, красители и моющие средства. Для стран нефтегазовых экспортеров сборы с продажи углеводородов за рубеж является весомым,а зачастую основным методом пополнением бюджета.
Разведка месторождений, монтаж буровых установок
В предполагаемом месте залежи полезных ископаемых проводят геологическое изыскание и определяют место для исследовательской скважины. В радиусе 50 метров от разведывательной скважины, выравнивается площадка и монтируется буровая вышка. Диаметр исследовательской скважины 70-150 мм. В процессе бурения отбираются образцы бурового шлама с разных глубин для последующего геологического изыскания. Современные комплексы для геологического исследования позволяют точно ответить на вопрос — стоит ли начинать добычу энергоресурсов через эту скважину в промышленных масштабах.
Когда геологическое исследование бурового шлама показала перспективность промышленной разработки – начинают строительство буровой площадки. Ранее расчищенную площадку бетонируют и ограждают, прокладывают грейдерную дорогу (дорога без твердого покрытия). На созданной строят вышку, монтируют лебедку, буровые насосы, устанавливают генератор и все необходимое. Собранное оборудование тестируют, постепенно выводя на плановую мощность, и сдают в эксплуатацию.
Чаще всего применяют технологию механического бурения скважин , которое осуществляется вращательным, ударным или комбинированным способом. Бур присоединяется к бурильной колонне квадратного сечения и с помощью талевой системы опускается в скважину. Ротор, расположенный над устьем скважины, передает буру вращательное движение.
По мере проходки скважины бурильная колонна наращивается. Одновременно с процессом бурения добывающей скважины с помощью специальных насосов выполняются работы по промывке скважины. Для промывки скважины от частиц разрушенной породы применяют промывочную жидкость, в качестве которой могут использовать техническую воду, водную суспензию, глинистые растворы или растворы на углеводородной основе. После откачки бурового раствора в специальные емкости его очищают и используют снова. Кроме очистки забоя от выбуренной породы промывочные жидкости обеспечивают охлаждение бура, уменьшают трение буровой колонны о стенки скважины и предотвращают обвал.
На завершающем этапе бурения добывающую скважину цементируют.
Существует два метода цементирования:
- Прямой метод – раствор закачивают в буровую колонну и продавливают в затрубное пространство.
- Обратный метод – раствор закачивают в затрубное пространство с поверхности.
Для бурения скважин применяется ряд специализированных машин и механизмов. На пути к проектной глубине нередко попадаются участки породы с повышенной твердостью. Для их прохождения приходится давать на буровую колону дополнительную нагрузку, поэтому к добывающему оборудованию предъявляются достаточно серьезные требования.
Оборудование буровой установки стоит недешево и рассчитано на долгосрочное использование. В случае остановки добычи из-за поломки какого-либо механизма придется ждать замены, что серьезно снизит рентабельность предприятия. Оборудование и механизмы для добычи углеводородов должны быть изготовлены из высококачественных и износостойких материалов.
Оборудование буровой платформы можно разделить на три части:
- Буровая часть – бур и бурильная колонна.
- Силовая часть – ротор и талевая система, обеспечивающие вращения буровой колонны и спускоподъемные манипуляции.
- Вспомогательная часть – генераторы, насосы, емкости.
Бесперебойная работа буровой установки зависит от правильной эксплуатации оборудования и технического обслуживания механизмов, в сроки предписываемые производителем. Не менее важно своевременно менять расходные части, даже если по внешнему виду с ними все нормально. Без соблюдения правил эксплуатации невозможно гарантировать безопасность персонала буровой платформы, недопущение загрязнения окружающей среды и бесперебойную добычу нефти или газа.
Способы бурения добывающих скважин
Способы бурения скважин делят в зависимости от метода воздействия на породу.
Механические:
- Ударный.
- Вращательный.
- Комбинированный.
Немеханические:
- Гидравлический разрыв пласта.
- Высокотемпературное воздействие.
- Подрыв.
Стоит отметить, что основной способ бурения вращательный и вращательно-ударный, остальные способы на практике применяются редко.
Название: Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин
Формат: PDF
Размер: 14,1 Mb
Год издания: 2003
Предисловие
ЧАСТЬ 1. ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Глава 1. Основы нефтегазопромысловой геологии
1.1. Состав земной коры
1.2. Геохронология горных пород
1.3. Осадочные горные породы и формы их залегания
1.4. Образование залежей нефти и газа
1.5. Физико-химические свойства нефти и газа
1.6. Поиски и разведка месторождений нефти и газа
1.7. Составление геологического разреза скважины
1.8. Состав и минерализация подземных вод
1.9. Исследования в скважинах
Глава 2. Общие понятия о строительстве скважин
2.1. Основные понятия и определения
2.2. Геологическое обоснование места заложения и проектирование скважины как инженерного сооружения
2.3. Монтаж оборудования для сооружения скважины
2.4. Проходка ствола скважины
2.5. Буровые долота
2.6. Бурильная колонна
2.7. Привод долота
2.8. Особенности бурения скважин на акваториях
2.9. Крепление скважин и разобщение пластов
Глава 3. Механические свойства горных пород
3.1. Общие положения
3.2. Механические и абразивные свойства горных пород
3.3. Влияние всестороннего давления, температуры и водонасыщения на некоторые свойства горных пород
Глава 4. Буровые долота
4.1. Шарошечные долота
4.2. Кинематика и динамика шарошечных долот
4.3. Алмазные долота
4.4. Лопастные долота
Глава 5. Работа бурильной колонны
5.1. Физическая модель бурильной колонны
5.2. Устойчивость бурильной колонны
5.3. Напряжения и нагрузки в трубах бурильной колонны
Глава 6. Промывка скважин
6.1. Термины и определения
6.2. Функции процесса промывки скважин
6.3. Требования к буровым растворам
6.4. Буровые промывочные растворы
6.5. Приготовление и очистка буровых растворов
6.6. Технология химической обработки бурового раствора
6.7. Гидравлический расчет промывки скважины несжимаемой жидкостью
6.8. Методы утилизации отработанных буровых растворов и бурового шлама
6.9. Методы обезвреживания отработанных буровых растворов и шлама
Глава 7. Осложнения при бурении, их предупреждение и борьба с ними
7.1. Классификация осложнений
7.3. Поглощения жидкостей в скважинах
7.4. Газонефтеводопроявления
7.5. Прихваты, затяжки и посадки колонны труб
Глава 8. Режимы бурения
8.1. Вводные понятия
8.2. Влияние различных факторов на процесс бурения
8.3. Влияние дифференциального и угнетающего давлений на разрушение горных пород
8.4. Рациональная отработка долот
8.5. Проектирование режимов бурения
8.6. Очистка бурящейся скважины от шлама
Глава 9. Бурение наклонно направленных и горизонтальных скважин
9.1. Цели и задачи направленного бурения скважин
9.2. Основы проектирования направленных скважин
9.3. Факторы, определяющие траекторию забоя скважины
9.4. Забойные компоновки для бурения направленных скважин
9.5. Методы и устройства контроля траектории скважин
9.6. Особенности бурения и навигации горизонтальных скважин
Глава 10. Вскрытие и разбуривание продуктивных пластов
10.1. Разбуривание продуктивного пласта
10.2. Технологические факторы, обеспечивающие бурение и вскрытие продуктивного пласта
10.3. Изменение проницаемости призабойной зоны пласта. Буровые растворы для заканчивания скважин
10.4. Опробование пластов и испытание скважин в процессе бурения
Глава 11. Конструкции скважин. Фильтры
11.1. Основы проектирования конструкций скважин
11.2. Конструкции забоев скважин
Глава 12. Крепление скважин и разобщение пластов
12.1. Подготовка ствола скважины
12.2. Технология крепления скважин обсадными колоннами
12.3. Тампонажные цементы и растворы
12.4. Расчет цементирования скважин
Глава 13. Вторичное вскрытие продуктивных пластов, вызов притока нефти (газа) и
освоение скважин
13.1. Пулевая перфорация
13.2. Кумулятивная перфорация
13.3. Перфорация при депрессии на пласт
13.4. Перфорация при репрессии на пласт
13.5. Специальные растворы для перфорации скважин
13.6. Буферные разделители
13.7. Технология заполнения скважины специальной жидкостью
13.8. Вызов притока путем замещения жидкости в эксплуатационной колонне
13.9. Вызов притока с помощью воздушной подушки
13.10. Вызов притока с использованием пусковых клапанов
13.11. Вызов притока с помощью струйных аппаратов
13.12. Поинтервальное снижение уровня жидкости в скважине
13.13. Снижение уровня жидкости в скважине поршневанием (свабированием)
13.14. Вызов притока из пласта методом аэрации
13.15. Снижение уровня жидкости в скважине в условиях аномально низкого пластового давления
13.16. Вызов притока из пласта с применением двухфазных пен
13.17. Технология вызова притока из пласта пенами с использованием эжекторов.
13.18. Вызов притока из пласта с помощью комплектов испытательных инструментов
13.19. Применение газообразных агентов для освоения скважин. Освоение скважин азотом
ЧАСТЬ 2. ТЕХНИКА БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Глава 14. Буровые установки
14.1. Требования, предъявляемые к буровым установкам
14.2. Классификация и характеристики установок
14.3. Комплектные буровые установки для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения.
14.4. Выбор вида и основных параметров буровой установки
14.5. Выбор схемы и компоновки оборудования буровой установки
14.6. Требования к кинематической схеме буровой установки
14.7. Буровые установки производства ОАО «Уралмагнзавод»
14.8. Буровые установки производства ОАО «Волгоградский завод буровой техники»
Глава 15. Спускоподъемный комплекс
15.1. Процесс подъема и спуска колонн. Функции комплекса
15.2. Кинематическая схема комплекса для СПО
15.3. Талевая система
15.4. Выбор стальных канатов для талевых систем
15.5. Кронблоки и талевые блоки
15.6. Буровые крюки и крюкоблоки
15.7. Талевые механизмы буровых установок ОАО «Уралмагнзавод»
15.8. Талевые механизмы буровых установок ВЗБТ
15.9. Буровые крюки
15.10. Буровые лебедки
15.11. Тормозные системы буровых лебедок
15.12. Объем спускоподъемных операций
15.13. Кинематика подъемного механизма
15.14. Динамика подъемного механизма
Глава 16. Оборудование системы промывки скважин
16.1. Буровые насосы
16.2. Манифольд
16.3. Вертлюг
Глава 17. Поверхностная циркуляционная система
17.1. Параметры и комплектность циркуляционных систем
17.2. Блоки циркуляционных систем
17.3. Перемешиватели
17.4. Оборудование для очистки бурового раствора от шлама
17.5. Дегазаторы для буровых растворов
17.6. Установка для обработки бурового раствора на базе центрифуги
17.7. Всасывающие линии для буровых насосов
Глава 18. Породоразрушающий инструмент: буровые долота, бурильные головки,
расширители, калибраторы
18.1. Шарошечные долота
18.2. Лопастные долота
18.3. Фрезерные долота
18.4. Долота ИСМ
18.5. Алмазные долота
18.6. Шарошечные бурильные головки
18.7. Лопастные и фрезерные твердосплавные бурильные головки
18.8. Алмазные бурильные головки и бурильные головки ИСМ
18.9. Керноприемный инструмент
18.10. Расширители
18.11. Калибраторы-центраторы
Глава 19. Бурильные трубы. Расчет бурильных колонн
19.1. Ведущие бурильные трубы
19.2. Бурильные трубы с высаженными концами и муфты к ним
19.3. Замки для бурильных труб с высаженными концами
19.4. Бурильные трубы с приваренными замками
19.5. Легкосплавные бурильные трубы
19.6. Утяжеленные бурильные трубы
19.7. Переводники для бурильных колонн
19.8. Общие принципы и методика расчета компоновки бурильных труб в колонне
Глава 20. Привод долота: буровые роторы, забойные двигатели
20.1. Буровые роторы
20.2. Турбобуры
20.3. Винтовые забойные двигатели
20.4. Турбовинтовые забойные двигатели
20.5. Электробуры
Глава 21. Устьевое оборудование бурящихся скважин
21.1. Колонные головки
21.2 Противовыбросовое оборудование
Глава 22. Обсадные трубы. Расчет обсадных колонн
22.1. Обсадные трубы и муфты к ним
22.2. Расчет обсадных колонн
Глава 23. Силовой привод бурового комплекса
23.1. Типы приводов, их характеристики
23.2. Выбор двигателей силовых приводов
23.3. Средства искусственной приспособляемости для приводов
23.4. Муфты
23.5. Цепные передачи буровых установок
23.6. Силовые агрегаты и двигатели современных буровых установок
23.7. Компоновка силовых приводов и трансмиссий
Глава 24. Оборудование для механизации и автоматизации технологических
процессов
24.1. Автоматизация подачи долота
24.2. Автоматизация спуска-подъема (АСП)
24.3. Буровой ключ автоматический стационарный
24.4. Пневматический клиновой захват
24.5. Вспомогательная лебедка
Глава 25. Техника для бурения нефтяных и газовых скважин на море
25.1. Особенности разработки морских нефтяных и газовых месторождений
25.2. Основные виды технических средств для освоения морских нефтяных и газовых месторождений
25.3. Плавучие буровые средства (ПБС)
25.4. Самоподъемные плавучие буровые установки (СПБУ)
25.5. Полупогружные плавучие буровые установки (ППБУ)
25.6. Буровые суда (БС)
25.7. Буровые вышки для ПБС
25.8. Подводное устьевое оборудование
25.9. Системы удержания плавучих буровых средств на точке бурения
25.10. Морские стационарные платформы (МСП)
25.11. Охрана окружающей среды при бурении на море
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУВПО "УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Кафедра экономики, управления нефтяной и газовой промышленности
На тему "Бурение нефтяных и газовых скважин"
Руководитель Борхович С. Ю.
Вопросы к контрольной работе
1. Способы бурения скважин
1.1Ударное бурение
1.2 Вращательное бурение
2. Бурильная колонна. Основные элементы. Распределение нагрузки по длине бурильной колонны
2.2 Состав бурильной колонны
3. Назначение буровых растворов. Технологические требования и ограничения к свойствам буровых растворов
3.1 Функции бурового раствора
3.2 Требования к буровым растворам
4. Факторы влияющие на качество цементирования скважины
5. Типы буровых долот и их назначение
5.1Типы долот для сплошного бурения
5.2 Шарошечные долота
5.3 Лопастные долота
5.4 Фрезерные долота
5.5 Долота ИСМ
Литература
Вопросы к контрольной работе
Способы бурения скважин
Бурильная колонна. Основные элементы. Распределение нагрузки по длине бурильной колонны
Назначение буровых растворов. Технологические требования и ограничения к свойствам буровых растворов
Факторы влияющие на качество цементирования скважины
Типы буровых долот и их назначение
1 . Способы бурения скважин
Существует разные способы бурения, но промышленное распространение получило механическое бурение. Оно подразделяется на ударное и вращательное.
1.1 Ударное бурение
При ударном бурении в буровой инструмент входит: долото (1); ударные штанги (2); канатный замок (3); На поверхности устанавливают мачту (12); блок (5); оттяжной ролик балансира (7); вспомогательный ролик (8); барабан бурового станка (11); канат (4); шестерни (10); шатун (9); балансирная рама (6). При вращение шестерен совершая движения, приподнимая и опуская балансирную раму. При опускании рамы оттяжной ролик поднимает буровой инструмент над забоем скважины. При подъеме рамы канат отпускается, долото падает в забой тем самым разрушая породу. В целях недопущения обрушения стенок скважины в нее опускают обсадную колонну. Этот способ бурения применим на небольшие глубины при бурении водяных скважин. На данный момент ударный способ для бурения скважин не применяется.
1.2 Вращательное бурение
Вращательный бурения. Нефтяные и газовые скважины бурятся методом вращательного бурения. При таком бурении разрушение пароды происходит за счет вращение долота. Вращение долоту придает ротор находящийся на устье через колонну бурильных труб. Это называется роторным спосабом. Так же крутящий момент иногда создается при помощи двигателя (турбобура, электробура, винтового забойного двигателя), то этот способ будит называться бурение забойным двигателем.
Турбобур – это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой насосами в скважину промывочной жидкости.
Электробур – представляет из себя электродвигатель, электрический ток к нему подается к нему подается по кабелю с поверхности. Бурение скважин ведется с помощью буровой установки.
1-долото; 2 - надолотная утяжеленная бурильная труба; 3,8 - переводник; 4 - центратор; 5 - муфтовый переводник; 6,7 - утяжеленные бурильные трубы;9 - предохранительное кольцо; 10 - бурильные трубы; 11 - предохранительный переводник; 12,23 - переводники штанговые, нижний и верхний; 13 - ведущая труба; 14 -редуктор; 15 - лебедка;16 - переводник вертлюга; 17 - крюк;18 -кронблок;19 - вышка;20 - талевый блок; 21 - вертлюг;22 - шланг;24 - стояк;25 - ротор;26 - шламоотделитель;27 - буровой насос
Разрушение осуществляется с помощью долота, спускаемым на бурильных трубах, на забой. Вращательное движение придается при помощи забойного двигателя, через колонну бурильных труб. После спуска бурильных труб с долотом в отверстие ствола ротора вставляют два вкладыша, а внутрь их два зажима, которые образуют отверстие квадратного сечения. В этом отверстие так же находится ведущая труба тоже квадратного сечения. Она воспринимает вращающий момент от стола ротора и свободно перемещается вдоль оси ротора. Все спускоподъемные операции и удержания на весу колонны бурильных труб осуществляется грузоподъемным механизмом.
2 Бурильная колонна. Основные элементы. Распределение нагрузки по длине бурильной колонны
2.1 Назначение бурильной колонны
Бурильная колонна является связующим звеном между буровым оборудованием, расположенном на дневной поверхности, и скважинным инструментом (буровое долото, испытатель пластов, ловильный инструмент и др.), используемым в рассматриваемый момент времени для выполнения какой-либо технологической операции в стволе скважины.
Функции, выполняемые бурильной колонны, определяются проводимыми в скважине работами. Главными из них являются следующие.
В процессе механического бурения бурильная колонна:
· является каналом для подведения на забой энергии, необходимой для вращения долота: механической - при роторном бурении; гидравлической – при бурении с гидравлическими забойными двигателями (турбобур, винтовой забойный двигатель); электрической – при бурении электробурами (через расположенный внутри труб кабель);
· воспринимает и передает на стенки скважины (при малой текущей глубине скважины также на ротор) реактивный крутящий момент при бурении с забойными двигателями;
· является каналом для осуществления круговой циркуляции рабочего агента (жидкости, газожидкостной смеси, газа); обычно рабочий агент по внутритрубному пространству движется вниз к забою, захватывает разрушенную породу (шлам), а далее по затрубному пространству движется вверх к устью скважины (прямая промывка);
· служит для создания (весом нижней части колонны) или передачи (при принудительной подаче инструмента) осевой нагрузки на долото, воспринимая одновременно динамические нагрузки от работающего долота, частично гася и отражая их обратно на долото и частично пропуская их выше;
· может служить каналом связи для получения информации с забоя или передачи управляющего воздействия на скважинный инструмент.
· При спускоподъемных операциях бурильная колонна служит для спуска и подъема долота, забойных двигателей, различных забойных компоновок;
· для пропуска скважинных контрольно-измерительных приборов;
· для проработки ствола скважины, осуществляя промежуточных промывок с
целью удаления шламовых пробок и др.
При ликвидации осложнений и аварий, а также проведении исследований в скважине и испытании пластов бурильная колонна служит:
· для закачки и продувки в пласт тампонирующих материалов;
· для спуска и установки пакеров с целью проведения гидродинамических исследований пластов путем отбора или нагнетания жидкости;
· для спуска и установки перекрывателей с целью изоляции зон поглащений,
· укрепления зон осыпаний или обвалов, установки цементных мостов и др.;
· для спуска ловильного инструмента и работы с ним.
При бурении с отбором керна (образца горной породы) со съемной колонковой трубой бурильная колонна служит каналом, по которому осуществляется спуск и подъем колонковой трубы.
2.2 Состав бурильной колонны
Бурильная колонна (за исключением появившихся в последнее время непрерывных труб) составляется из бурильных труб с помощью резьбового соединения. Соединение труб между собой обычно осуществляется с помощью специальных соединительных элементов – бурильных замков, хотя могут использоваться и беззамковые бурильные трубы. При подъеме бурильной колонны (с целью замены изношенного долота или при выполнении других технологических операций) бурильная колонна каждый раз разбирается на более короткие звенья с установкой последних внутри вышки на специальной площадке – подсвечнике или (в редких случаях) на стеллажах вне буровой вышки, а при спуске она вновь собирается в длинную колонну.
Собирать и разбирать бурильную колонну с разборкой ее на отдельные (одиночные) трубы было бы неудобно и нерационально. Поэтому отдельные трубы предварительно (при наращивании инструмента) собираются в так называемые бурильные свечи, которые в дальнейшем (пока бурение ведется данной бурильной колонной) не разбираются.
Свеча длинной 24-26 м (при глубине бурения 5000 м и более могут использоваться бурильные свечи длиной 36-38 м с буровой вышкой высотой 53-64 м) составляется из двух, трех или четырех труб при использовании труб длиной соответственно 12, 8 и м. В последнем случае в целях удобства две 6-метровые трубы предварительно соединяются с помощью соединительной муфты в двухтрубку (колено), которая в дальнейшем не разбирается.
В составе бурильной колонны непосредственно над долотом или над забойным двигателем всегда предусматриваются утяжеленные бурильные трубы (УБТ), которые, имея кратно большие, по сравнению с обычными бурильными трубами, массу и жесткость, позволяют создавать необходимую нагрузку на долото и обеспечивают достаточную жесткость низа инструмента во избежание его продольного изгиба и неуправляемого искривления ствола скважины. УБТ используются также для регулирования колебаний низа бурильной колонны в сочетании с другими ее элементами.
В состав бурильной колонны обычно включают центраторы, калибраторы, стабилизаторы, фильтры, часто – металлошламоуловители, обратные клапаны, иногда – специальные механизмы и устройства, такие как расширители, маховики, забойные механизмы подачи, волноводы, резонаторы, амортизаторы продольных и крутильных колебаний, протекторные кольца, имеющие соответствующее назначение.
Для управляемого искривления ствола скважины в заданном направлении или же, напротив, для выправления уже искривленного ствола в состав бурильной колонной включают отклонители, а для сохранения прямолинейного направления ствола скважины используют специальные, нередко довольно сложные, компоновки нижней части бурильной колонны.
Бурение скважин – сложнейший технологический процесс внедрения сверхпрочного бурового ствола в земную поверхность, состоящий из ряда операций:
- внедрение (углубление) скважин способом послойного разрушения горных пластов специальным мощным буровым инструментом;
- устранение из скважины пробуренной породы;
- укрепление ствола скважины, так называемыми обсадными колоннами;
- исследование пород с помощью ряда геолого-геофизических мероприятий, определение курса и направления бурения;
- спуск на заданную глубину и укрепление (цементирование) финишной колонны.
Впервые в мире бурение нефтяной скважины было проведено в середине 19 века, неподалёку от города Баку, глубина первой нефтяной скважины составила 21 метр
Специалисты выделяют четыре вида бурения скважин, исходя из их глубины: мелкое (до 1,5 км), среднее (до 4,5 км), глубокое (до 6км) и сверхглубокое (свыше 6 км).
Интересный факт: самой глубокой нефтяной скважиной во всём мире считается Кольская сверхглубокая скважин, её глубина около 12,26 км. На сегодняшний день скважина не эксплуатируется.
Существует два способа бурения по типу разрушения пород:
- механический (вращательный, ударный);
- немеханический (термический, взрывной, гидравлический, электроимпульсный)
Механический способ самый распространенный, в нашей стране, буровые компании применяют только его, если говорить точнее, исключительно вращательный метод . При бурении порода разрушается мощнейшими долотами, забой освобождают от пробуренной породы непрерывно циркулирующими потоками бурового раствора, иногда для промывки используют газообразный агент. Стоит отметить, что все скважины бурятся строго вертикально. Но если всё-таки возникает необходимость, применяют и наклонное бурение .
Используемые буровые установки и оборудование
Бурение осуществляется при помощи специальных буровых установок, профессионального бурового инструмента и сложного оборудования. Буровая установка – это целый комплекс специализированного наземного оборудования, используемый для выполнения мероприятий по созданию скважины и обслуживанию непосредственно процесса бурения. Установка состоит из: буровой вышки, оборудования для спускоподъёмных операций, наземного оборудования, привышечного сооружения, силового привода, системы подачи бурового раствора . Успех технологического процесса во многом зависит именно от качества бурового раствора, который готовится на водной или нефтяной основе.
На сегодняшний день, в мире, и в частности в России, функционирует несколько крупных заводов, занимающихся изготовлением буровой техники . Среди которых:
ОАО «Азнефтехиммаш» (Азербайджан), ПО «Луганский станкостроительный завод» (Украина), ООО «АЛТАЙГЕОМАШ» (Россия), Завод Буровой техники (г. Волгоград Россия).
Видео
Тема: Бурение нефтяных и газовых скважин.
План: 1. Общие сведения о нефтегазовых операциях.
2. Способы бурения скважин.
3. Классификация скважин.
1.Общие сведения о нефтегазовых операциях.
Бурение скважин - это процесс сооружения направленной горной выработки большой длины и малого (по сравнению с длиной) диаметра. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно - забоем. Этот процесс - бурение - распространен в различных отраслях народного хозяйства.
Цели и задачи бурения
Нефть и газ добывают, пользуясь скважинами, основными процессами строительства которых являются бурение и крепление. Необходимо осуществлять качественное строительство скважин во все возрастающих объемах при кратном снижении сроков их проводки, а также при уменьшении трудо- и энергоемкости и капитальных затрат.
Бурение скважин - единственный метод результативной разработки, приращения добычи и запасов нефти и газа.
Цикл сооружения нефтяных и газовых скважин до сдачи их в эксплуатацию состоит из следующих последовательных звеньев:
проходка ствола скважины, осуществление которой возможно только при выполнении параллельно протекающих работ двух видов - углубление забоя посредством локального разрушения горной породы и очистка ствола от разрушенной (выбуренной) породы;
разобщение пластов, состоящее из последовательных работ двух видов - закрепление стенок ствола обсадными трубами, соединенными в обсадную колонну, и герметизация (цементирование, тампонирование) заколонного пространства;
освоение скважины как эксплуатационного объекта.
2. Способы бурения скважин.
Распространенные способы вращательного бурения - роторное, турбинное и бурение электробуром - предполагают вращение разрушающего породу рабочего инструмента - долота. Разрушенная порода удаляется из скважины закачиваемым в колонну труб и выходящим через заколон-ное пространство буровым раствором, пеной или газом.
Роторное бурение
При роторном бурении долото вращается вместе со всей колонной бурильных труб; вращение передается через рабочую трубу от ротора, соединенного с силовой установкой системой трансмиссий. Нагрузка на долото создается частью веса бурильных труб.
При роторном бурении максимальный крутящий момент колонны зависит от сопротивления породы вращению долота, сопротивлений трения колонны и вращающейся жидкости о стенку скважины, а также от инерционного эффекта упругих крутильных колебаний.
В мировой буровой практике наиболее распространен роторный способ: почти 100 % объема буровых работ в США и Канаде выполняется этим способом. В последние годы наметилась тенденция увеличения объемов роторного бурения и в России, даже в восточных районах. Основные преимущества роторного бурения перед турбинным - независимость регулирования параметров режима бурения, возможность срабатывания больших перепадов давления на долоте, значительное увеличение проходки за рейс долота в связи с меньшими частотами его вращения и др.
Турбинное бурение
При турбинном бурении долото соединяется с валом турбины турбобура, которая приводится во вращение движением жидкости под давлением через систему роторов и статоров. Нагрузка создается частью веса бурильных труб.
Наибольший крутящий момент обусловлен сопротивлением породы вращению долота. Максимальный крутящий момент, определяемый расчетом турбины (значением ее тормозного момента), не зависит от глубины скважины, частоты вращения долота, осевой нагрузки на него и механических свойств разбуриваемых пород. Коэффициент передачи мощности от источника энергии к разрушающему инструменту в турбинном бурении выше, чем в роторном.
Однако при турбинном бурении невозможно независимое регулирование параметров режима бурения, и при этом велики затраты энергии на 1 м проходки, расходы на амортизацию турбобуров и содержание цехов по их ремонту.
Турбинный способ бурения получил широкое распространение в России благодаря работам ВНИИБТ.
Бурение винтовыми (объемными) двигателями
Рабочие органы двигателей созданы на основе многозаходного винтового механизма, что позволяет получить необходимую частоту вращения при повышенном по сравнению с турбобурами вращающем моменте.
Забойный двигатель состоит из двух секций - двигательной и шпиндельной.
Рабочими органами двигательной секции являются статор и ротор, представляющие собой винтовой механизм. В эту секцию входит также двухшарнирное соединение. Статор при помощи переводника соединяется с колонной бурильных труб. Вращающий момент посредством двухшарнирного соединения передается с ротора на выходной вал шпинделя.
Шпиндельная секция предназначена для передачи осевой нагрузки на забой, восприятия гидравлической нагрузки, действующей на ротор двигателя, и уплотнения нижней части вала, что способствует созданию перепада давления.
В винтовых двигателях вращающий момент зависит от перепада давления в двигателе. По мере нагружения вала развиваемый двигателем вращающий момент растет, увеличивается и перепад давления в двигателе. Рабочая характеристика винтового двигателя с требованиями эффективной отработки долот позволяет получить двигатель с частотой вращения выходного вала в пределах 80-120 об/мин с увеличенным вращающим моментом. Указанная особенность винтовых (объемных) двигателей делает их перспективными для внедрения в практику буровых работ.
Бурение электробуром
При использовании электробуров вращение долота осуществляется электрическим (трехфазным) двигателем переменного тока. Энергия к нему подается с поверхности по кабелю, расположенному внутри колонны бурильных труб. Буровой раствор циркулирует так же, как и при роторном способе бурения. Кабель внутрь колонны труб вводится через токоприемник, расположенный над вертлюгом. Электробур присоединяют к нижнему концу бурильной колонны, а долото крепят к валу электробура. Преимущество электрического двигателя перед гидравлическим состоит в том, что у электробура частота вращения, момент и другие параметры не зависят от количества подаваемой жидкости, ее физических свойств и глубины скважины, и в возможности контроля процесса работы двигателя с поверхности. К недостаткам относятся сложность подвода энергии к электродвигателю особенно при повышенном давлении и необходимость герметизации электродвигателя от бурового раствора.
Перспективные направления в развитии способов бурения в мировой практике
В отечественной и зарубежной практике ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские
работы в области создания новых методов бурения, технологий, техники.
К ним относятся углубление в горных породах с использованием взрывов, разрушение пород при помощи ультразвука, эрозионное, с помощью лазера, вибрации и др.
Некоторые из названных методов получили развитие и применяются, хотя и в незначительном объеме, зачастую на стадии эксперимента.
Гидромеханический метод разрушения горных пород при углублении скважин все чаще используется в экспериментальных и полевых условиях. С.С. Шавловским проведена классификация водяных струй, которые могут применяться при бурении скважин. Основа классификации - развиваемое давление, рабочая длина струй и степень их воздействия на породы различного состава, сцементирован-ности и прочности в зависимости от диаметра насадки, начального давления струи и расхода воды. Применение водяных струй позволяет в сравнении с механическими способами повысить технико-экономические показатели проходки скважины.
На VII Международном симпозиуме (Канада, 1984) были представлены результаты работ по использованию водяных струй в бурении. Его возможности связываются с непрерывной, пульсирующей или прерывистой подачей флюида, наличием или отсутствием абразивного материала и технико-технологическими особенностями способа.
Эрозионное бурение обеспечивает скорости углубления в 4-20 раз больше, чем при роторном бурении (в аналогичных условиях). Это объясняется, в первую очередь, значительным увеличением мощности, подводимой к забою по сравнению с другими методами.
Сущность его состоит в том, что к долоту специальной конструкции вместе с буровым раствором подается абразивный материал - стальная дробь. Размер гранул - 0,42 - 0,48 мм, концентрация в растворе - 6 %. Через насадки долота с большой скоростью на забой подается этот раствор с дробью и забой разрушается. В бурильной колонне последовательно устанавливают два фильтра, предназначенные для отсева и удержания частиц, размер которых не позволяет им пройти через насадки долота.
Один фильтр - над долотом, второй - под ведущей трубой, где можно осуществлять очистку. Химическая обработка бурового раствора с дробью сложнее, чем обработка обычного раствора, особенно при повышенных температурах.
Особенность в том, что необходимо удерживать дробь в растворе во взвешенном состоянии и затем генерировать этот абразивный материал.
После предварительной очистки бурового раствора от газа и шлама при помощи гидроциклонов дробь отбирают и сохраняют в смоченном состоянии. Затем раствор пропускают через гидроциклоны тонкой очистки и дегазатор и восстанавливают его утраченные показатели химической обработкой. Часть бурового раствора смешивают с дробью и подают в скважину, на пути смешивая с обычным буровым раствором (в расчетном соотношении).
Лазеры - квантовые генераторы оптического диапазона - одно из замечательных достижений науки и техники. Они нашли широкое применение во многих областях науки и техники.
По зарубежным данным в настоящее время возможна организация производства газовых лазеров непрерывного действия с выходной мощностью 100 кВт и выше. Коэффициент полезного действия (КПД) газовых лазеров может достигать 20 - 60 %. Большая мощность лазеров при условии получения чрезвычайно высоких плотностей излучения достаточна для расплавления и испарения любых материалов, в том числе горных пород. Горная порода при этом также растрескивается и шелушится.
Экспериментально установлена минимальная плотность мощности лазерного излучения, достаточного для разрушения пород плавлением: для песчаников, алевролитов и глин она составляет примерно 1,2-1,5 кВт/см 2 . Плотность мощности эффективного разрушения нефтенасыщенных горных пород из-за термических процессов горения нефти, особенно при поддуве в зону разрушения воздуха или кислорода, ниже и составляет 0,7 - 0,9 кВт/см 2 .
Подсчитано, что для скважины глубиной 2000 м и диаметром 20 см нужно затратить около 30 млн кВт энергии лазерного излучения. Проводка скважин такой глубины пока не конкурентоспособна в сравнении с традиционными механическими методами бурения. Однако имеются теоретические предпосылки повышения КПД лазеров: при КПД, равном 60 %, энергетические и стоимостные затраты существенно снизятся и его конкурентоспособность повысится. При использовании лазера в случае бурения скважин глубиной 100 - 200 м стоимость работ относительно невелика. Но во всех случаях при лазерном бурении форма сечения может быть запрограммированной, а стенка скважины будет формироваться из расплава горной породы и будет представлять собой стеклообразную массу, позволяющую повысить коэффициент вытеснения бурового раствора цементным. В некоторых случаях можно, очевидно, обойтись без крепления скважин.
Зарубежные фирмы предлагают несколько конструкций лазеров. Основу их составляет мощный лазер, размещенный в герметичном корпусе, способном выдержать высокое давление. Температуроустойчивость пока не прорабатывалась. По этим конструкциям излучение лазера передается на забой через светопроводящее волокно. По мере разрушения (плавления) горной породы лазеробур подается вниз; он может быть снабжен установленным в корпусе вибратором. При вдавливании снаряда в расплав породы стенки скважины могут уплотняться.
В Японии начат выпуск углекислотных газовых лазеров, которые при использовании в бурении существенно (до 10 раз) повысят скорость проходки.
Сечение скважины при формировании ствола этим методом может иметь произвольную форму. Компьютер по разработанной программе дистанционно задает режим сканирования лазерного луча, что позволяет запрограммировать размер и форму ствола скважины.
Проведение лазеротермических работ возможно в дальнейшем в перфорационных работах. Лазерная перфорация обеспечит управляемость процесса разрушения обсадной колонны, цементного камня и породы, а также может способствовать проникновению каналов на значительную глубину, что, безусловно, повысит степень совершенства вскрытия пласта. Однако оплавление пород, целесообразное при углублении скважины, здесь неприемлемо, что должно быть учтено при использовании этого метода в дальнейшем.
В отечественных работах есть предложения о создании ла-зероплазменных установок для термического бурения скважин. Однако транспортировка плазмы к забою скважины пока затруднена, хотя и ведутся исследования по возможности разработки световодов ("световодных труб").
Одним из наиболее интересных методов воздействия на горные породы, обладающих критерием "универсальность", является метод их плавления при помощи непосредственного контакта с тугоплавким наконечником - пенетра-тором. Значительные успехи в создании термопрочных материалов позволили перенести вопрос о плавлении горных пород в область реального проектирования. Уже при температуре примерно 1200-1300 °С метод плавления работоспо-
собен в рыхлых грунтах, песках и песчаниках, базальтах и других породах кристаллического фундамента. В породах осадочного комплекса проходка глинистых и карбонатных пород требует, по-видимому, более высокой температуры.
Метод бурения плавлением позволяет получить на стенках скважины достаточно толстую ситалловую корку с гладкими внутренними стенками. Метод обладает высоким коэффициентом ввода энергии в породу - до 80-90 %. При этом может быть, хотя бы принципиально, решена проблема удаления расплава с забоя. Выходя по выводящим каналам или просто обтекая гладкий пенетратор, расплав, застывая, образует шлам, размерами и формой которого можно управлять. Шлам выносится жидкостью, которая циркулирует выше бурового снаряда и охлаждает его верхнюю часть.
Первые проекты и образцы термобуров появились в 60-х годах, а наиболее активно теория и практика плавления горных пород начали развиваться с середины 70-х годов. Эффективность процесса плавления определяется в основном температурой поверхности пенетратора и физическими свойствами горных пород и мало зависит от механических и прочностных свойств. Это обстоятельство обусловливает определенную универсальность метода плавления в смысле применимости его для проходки различных пород. Температурный интервал плавления этих различных полиминеральных многокомпонентных систем в основном укладывается в диапазон 1200-1500 °С при атмосферном давлении. В отличие от механического метод разрушения горных пород плавлением с увеличением глубины и температуры залегающих пород повышает свою эффективность.
Как уже говорилось, параллельно с проходкой осуществляются крепление и изоляция стенок скважины в результате создания непроницаемого стекловидного кольцевого слоя. Пока еще не ясно, будет ли происходить износ поверхностного слоя пенетратора, каковы его механизм и интенсивность. Не исключено, что бурение плавлением, хотя и с небольшой скоростью, может проводиться непрерывно в пределах интервала, определяемого конструкцией скважины. Сама же эта конструкция из-за непрерывного крепления стенок может быть значительно упрощена, даже в сложных геологических условиях.
Можно себе представить технологические процедуры, связанные только с креплением и изоляцией стенок последовательно с проходкой ствола способом обычного механического бурения. Эти процедуры могут относиться только к ин-
тервалам, представляющим опасность в связи с возможностью возникновения различных осложнений.
С точки зрения технической реализации следует предусмотреть токопровод к нагнетательным элементам пенетрато-ра аналогично используемому при электробурении.
3. Классификация скважин
Скважины можно классифицировать по назначению, профилю ствола и фильтра, степени совершенства и конструкции фильтра, количеству обсадных колонн, расположению на поверхности земли и т.д.
По назначению различают скважины: опорные, параметрические, структурно-поисковые, разведочные, нефтяные, газовые, геотермальные, артезианские, нагнетательные, наблюдательные, специальные.
По профилю ствола и фильтра скважины бывают: вертикальные, наклонные, направленно-ориентированные, горизонтальные.
По степени совершенства выделяют скважины: сверхсовершенные, совершенные, несовершенные по степени вскрытия продуктивных пластов, несовершенные по характеру вскрытия продуктивных пластов.
По конструкции фильтра скважины классифицируют на: незакрепленные, закрепленные эксплуатационной колонной, закрепленные вставным щелевым или сетчатым фильтром, закрепленные гравийно-песчаным фильтром.
По количеству находящихся в скважине колонн выделяют скважины: одноколонные (только эксплуатационная колонна), многоколонные (двух-, трех-, п-колонные).
По расположению на поверхности земли скважины различают: расположенные на суше, шельфовые, морские.
Назначение структурно-поисковых скважин - установление (уточнение) тектоники, стратиграфии, литологии разреза пород, оценка возможных продуктивных горизонтов.
Разведочные скважины служат для выявления продуктивных пластов, а также для оконтуривания разрабатываемых нефтяных и газовых месторождений.
Добывающие (эксплуатационные) предназначены для добычи нефти и газа из земных недр. К этой категории относят также нагнетательные, оценочные, наблюдательные и пьезометрические скважины.
Нагнетательные необходимы для закачки в пласт воды, газа или пара с целью поддержания пластового давления или обработки призабойной зоны. Эти меры направлены на удлинение периода фонтанного способа добычи нефти или повышение эффективности добычи.
Назначение оценочных скважин-определение начальной водонефтенасыщенности и остаточной нефтенасыщенности пласта и проведение иных исследований.
Контрольные и наблюдательные скважины служат для наблюдения за объектом разработки, исследования характера продвижения пластовых флюидов и изменения газонефтена-с ыщенности пласта.
Опорные скважины бурят для изучения геологического строения крупных регионов с целью установления общих закономерностей залегания горных пород и выявления возможностей образования в этих породах месторождений нефти и газа.
1. Как классифицируют скважины?
2. Какие известны способы бурения скважин?
3. Что представляет собой лазерное бурение? ?
Литература
1. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы: Учеб. для вузов. - М.: Недра,1988. - 501 с.
2. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Заканчивание скважин: Учеб. пособие для
вузов. - М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. - 670 с.
3. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Осложнения и аварии при бурении нефтяных
и газовых скважин: Учеб. для вузов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. -679 с.
4. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Технология бурения нефтяных и газовых
скважин: Учеб. для вузов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001. - 679 с.
5. Болденко Д.Ф., Болденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели. - М.:Недра,
