Бурение нефтяных и газовых скважин: способы, технология

Технология бурения нефтяных и газовых скважин

Добыча полезных ископаемых – это извлечение из недр земли природных ресурсов.

Команда редакторов Promdevelop: предоставляем полезные статьи для любимых читателей

10 августа 2016

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. Топливо из воздуха) 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 буровой платформе строят вышку, монтируют лебедку, буровые насосы, устанавливают генератор и все необходимое. Собранное оборудование тестируют, постепенно выводя на плановую мощность, и сдают в эксплуатацию.

Процесс бурения нефтегазовых скважин

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.

Технология бурения скважин применяется человеком уже более 150 лет и является единственным на сегодня доступным методом извлечения нефти и газа из недр земли. Простота используемой технологии позволила производителям добывающего оборудования создать надежные механизмы для добычи углеводородов.

Буровое оборудование

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:

Немеханические:

  • Гидравлический разрыв пласта.
  • Высокотемпературное воздействие.
  • Подрыв.

Стоит отметить, что основной способ бурения вращательный и вращательно-ударный, остальные способы на практике применяются редко.

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.

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.
Читайте также:  Уникальный двухконтурный солнечный тепловой насос: что это такое?

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.

Способы бурения нефтяных и газовых скважин

Способы бурения скважин классифицируются по характеру воздействия на горные породы: механическое, термическое, физико-химическое, электрическое и т. д. Однако промышленное применение находят только способы бурения, обеспечивающие механическое разрушение горной породы. Другие же способы бурения пока еще не вышли аз стадии экспериментальной разработки.

Механические способы подразделяются на ударное и вращательное бурение.

При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом, подвешенным на канате. Буровой инструмент включает в себя также ударную штангу и канатный замок. Он подвешивается на канате, который перекинут через блок, установленный на какой-либо мачте. Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок.

По мере углубления скважины канат удлиняют. Цилиндричность скважины обеспечивается поворотом долота во время работы.

Для очистки забоя от разрушенной породы буровой инструмент периодически извлекают из скважины, а в нее опускают желонку, похожую на длинное ведро с клапаном в дне. При погружении желонки в смесь из жидкости (пластовой или наливаемой сверху) и разбуренных частиц породы клапан открывается, и желонка заполняется этой смесью. При подъеме желонки клапан закрывается, и смесь извлекается наверх.

По завершении очистки забоя в скважину вновь опускается буровой инструмент, и бурение продолжается.

Во избежание обрушения стенок скважины в нее спускают обсадную трубу, длину которой наращивают по мере углубления забоя.

В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин ударное бурение в нашей стране не применяют.

При вращательном бурении 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. В зависимости от местонахождения двигателя вращательное бурение разделяют на роторное – двигатель на поверхности и приводит во вращение долото на забое при помощи колонны бурильных труб и бурение с забойными двигателями – двигатель перенесен к забою скважины и устанавливается над долотом.

При роторном бурении (рис. 2) ротор 4 приводится во вращение от двигателей 11 через лебедку 10. Ротор, в свою очередь, вращает бурильную колонну, состоящую из ведущей трубы 5 и привинченных к ней с помощью специального переводника 3 бурильных труб 2, и долота 1.

При бурении с забойными двигателями вал двигателя 18 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 буровые насосы 12, приводящиеся в работу от двигателей 13, нагнетают промывочную жидкость по трубопроводу 16 в стояк-трубу, установленный в правом углу вышки 19, далее в гибкий буровой шланг 17, вертлюг 6 и в 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 желобной системе 15 и в очистительных механизмах (на рисунке не показаны) жидкость очищается от выбуренной породы, затем поступает в приемные емкости 14 насосов и вновь закачивается в скважину.

Рисунок 2 – Схема установки для бурения глубоких скважин роторным и турбинным способами и при помощи электробура

1-долото; 2-бурильные трубы; 3-специальный переводник; 4-ротор; 5-ведущая труба; 6-вертлюг; 7-крюк; 8-талевый блок; 9-талевый канат; 10-лебедка; 11-двигатели лебедки и ротора; 12-буровой насос; 13-двигатель насоса; 14-приемная емкость; 15-желоба; 16-трубопровод; 17-гибкий шланг; 18-забойный двигатель; 19-вышка; 20-обсадные трубы; 21-цементная оболочка вокруг обсадных труб; 22-шахтовое направление.

По мере углубления скважины бурильная колонна, подвешенная к полиспастной системе, состоящей из кронблока, талевого блока 8, крюка 7 и талевого каната 9, подается в скважину. Когда ведущая труба 5 войдет в ротор 4 на всю длину, включают лебедку, поднимают бурильную колонну, на длину ведущей трубы и подвешивают бурильную колонну с помощью элеватора или клиньев на столе ротора. Затем отвинчивают ведущую трубу вместе с вертлюгом 6 и спускают ее в шурф – слегка наклонную скважину глубиной, равной длине ведущей трубы.

Шурф бурится заранее в правом углу буровой, примерно посредине расстояния от центра скважины до ноги вышки.

После этого бурильную колонну удлиняют (наращивают) путем привинчивания к ней так называемой двухтрубки (двух свинченных труб или одной трубы длиной около 12 м), снимают ее с элеватора или клиньев, спускают в скважину на длину двухтрубки, подвешивают с помощью элеватора или клиньев на стол ротора, поднимают из шурфа ведущую трубу с вертлюгом, привинчивают ее к бурильной колонне, освобождают бурильную колонну от клиньев или элеватора, доводят долото до забоя и продолжают бурение.

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.

Читайте также:  Почему только купленные радиаторы не греют?

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.

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.

Способы бурения нефтяных и газовых скважин

Цель нашей компании – реализация современных подходов в области научного сопровождения освоения недр Земли отраслевого значения. Инновации в инженерном обеспечении горной промышленности и изысканиях при работах, оказывающих влияния на безопасность объектов капитального строительства.

При разработке месторождений нефти и газа могут использоваться различные способы бурения нефтяных и газовых скважин. Каждый из них обуславливается не только экономической выгодой, но также и удобством при проведении работ. Оптимальный способ бурения обычно выбирается специалистами, которые будут в дальнейшем проводить работы на участке. Формирование ствола скважины – сложный процесс, поэтому требует привлечения опытных специалистов, которые имеют всё необходимое оборудование, а также соответствующую квалификацию.

Способы бурения нефтяных скважин

Бурение скважин разделяется на несколько разновидностей. Основным разделением является способ воздействия и характер разрушения пород, вид долота. Каждый вид подразумевает разделение ещё на несколько подвидов, поэтому решение о выборе способа принимается с учетом различных параметров.

Разновидности бурения скважин по способу воздействия

При воздействии на породы механическим или немеханическим способом солиста добиваются одинакового результата, но разными способами. Механический способ предполагает непосредственный контакт бурового инструмента с породой. При бурении скважин немеханическим способом буровая техника не соприкасается с горным массивом, но данные методы находятся только в разработке, поэтому не применяются для разработки газовых и нефтяных месторождений.

Механические способы

Механическая разработка пород происходит при помощи ударного либо вращательного бурения. Ударный метод предполагает использование долота, которая подвешивается на канате. Когда происходит углубление скважины длину каната увеличивают. Способ обеспечивает цилиндричность отверстий благодаря постоянному повороту во время пробуривания. Каждый раз когда в скважине образуется насыпь породы забой очищается и происходит дальнейшее углубление отверстия. Так как при бурении возможно осыпание породы, то в скважину монтирует специальную трубу, которая предотвращает деформацию стенок. Хоть способ достаточно популярный, но при разработке скважины для нефти и газа его практически не используют.

Вращательный метод предполагает разработку скважин при помощи долота, которое вращается под осевой нагрузкой. Вращение передаётся долоту при помощи колонны бурильных труб, если крутящий момент находится на поверхности земли, либо же при помощи забойного мотора, установленного над долотом. Бур защищен от проникновения жидкости и работает от кабеля, который тянется с поверхности.

Способы бурения скважин на нефть по характеру разрушения горных пород

Горные породы могут разрушаться при помощи сплошного или колонкового бурения. Во время сплошного бурения породы разрушаются на всей площади забоя. Это позволяет добиться ровного круглого отверстия, в которое легко вгонять трубы. Колонковое бурение предполагает разрушение породы только на определенном участке. Колонковое бурение выполняется составлением скважине стержня – керна. Этот кусок породы используют для дальнейшего изучения геологами.

Виды долота

Всего существует 3 вида долота:

  • Режуще-скалывающего действия. Разрушение породы осуществляется при помощи специальных лопастей. Также долото ещё называют лопастным.
  • Дробяще-скалывающего действия. На шарошках расположены специальные зубья, которые разрушают породу. Вторым названием является шарошечное, так как рабочая часть находится именно на этом участке спецоборудования.
  • Режуще-истирающего действия. На торцевой части долота могут быть расположены твердосплавные штыри либо алмазные зёрна, которые воздействуют на породу.

Каждый вид выбирается в зависимости от твердости породы, глубины выработки, а также места, в котором происходит разрушение. При кажущейся легкости выбора типа неопытные специалисты не могут правильно определить нужный вид, что может привести к выходу из строя спецоборудования. Инструменты режуще-истирающего образца целесообразно применять при некоторых способах бурения скважин на нефть и газ и глубине бурения более 300 м. Использование шарошечных долот целесообразно на почвах с различными свойствами. Лопастные инструменты применяются при проходке мягких грунтов, которые не отличаются высокой вязкостью.

Также виды могут разделяться по его назначению. Чаще всего используются долота сплошного бурения, которые выполняют разрушение породы одновременно с извлечением ее из скважины. Колонковое применяется в случаях когда Необходимо извлечь керн. Данный вид оборудования позволяет изучить породу, а также узнать наличие в ней ценных металлов и минералов. Спецдолото используется для расширения скважины либо изменения направления.

Бурение нефтяных и газовых скважин

Общие понятия о бурении

Скважина – цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше длины (диаметр > 50 75 мм, длину > 5 7 м). Начало скважины называется устьем, цилиндрическая поверхность – стенкой или стволом, дно – забоем. Расстояние от устья до забоя по оси ствола определяет длину скважины, а по проекции оси на вертикаль – ее глубину. Максимальный начальный диаметр нефтяных и газовых скважин обычно не превышает 900 мм, а конечный редко бывает меньше 165 мм (рис. 4.1).

Бурение скважин – сложный технологический процесс строительства ствола буровых скважин, состоящий из следующих основных операций:

  • углубление скважин посредством разрушения горных пород буровым инструментом;
  • удаление выбуренной породы из скважины;
  • крепление ствола скважины в процессе ее углубления обсадными колоннами;
  • проведение комплекса геолого-геофизических работ по исследованию горных пород и выявлению продуктивных горизонтов;
  • спуск на проектную глубину и цементирование последней (эксплуатационной) колонны.
Таблица 4.1. Виды и способы бурения

1. Виды бурения по глубине (м)
мелкоена средние глубиныглубокоесверхглубокое
до 1500до 4500до 6000глубже 6000
Примечание. Глубина Кольской скважины – 12650 м.
2. Способы бурения по характеру разрушения горных пород
механическиенемеханические
вращательные способыударные способытермические электрические взрывные, гидравлические электроимпульсное и др.
роторное турбинное реактивно-турбинное бурение с использованием электробура и винтовых забойных двигателейПримечание. Пока не нашли широкого промышленного применения.

При бурении на нефть и газ порода разрушается буровыми долотами, а забой скважин обычно очищается от выбуренной породы потоками непрерывно циркулирующей промывочной жидкости (бурового раствора), реже производится продувка забоя газообразным рабочим агентом.

Скважины бурятся вертикально (отклонение до 2 3). При необходимости применяют наклонное бурение: наклонно-направленное, кустовое, много-забойное, двуствольное) (рис. 4.2).

Cкважины углубляют, разрушая забой по всей площади (без отбора керна) или периферийной части (с отбором керна). В последнем случае в центре скважины остается колонка породы (керн), которую периодически поднимают на поверхность для изучения пройденного разреза пород.

Скважины бурят на суше и на море при помощи буровых установок, которые реализуют обычную технологию вращательного бурения с применением бурильных труб, соединяемых при помощи резьбовых муфтово-замковых соединений, а также с применением гибких непрерывных труб, наматываемых на барабан (до 5 тыс. метров и более) – так называемая “колтюбинговая технология” (установки М20 и др.) (рис. 4.3, рис. 4.4).

Цели и назначение буровых скважин различные. Эксплуатационные скважины закладывают на полностью разведанном и подготовленном к разработке месторождении. В категорию эксплуатационных входят не только скважины, с помощью которых добывают нефть и газ (добывающие скважины), но и скважины, позволяющие организовать эффективную разработку месторождения (оценочные, нагнетательные, наблюдательные скважины).

Оценочные скважины предназначены для уточнения режима работы пласта и степени выработки участков месторождения, уточнения схемы его разработки.

Нагнетательные скважины служат для организации законтурного и внутриконтурного нагнетания в эксплуатационный пласт воды, газа или воздуха в целях поддержания пластового давления.

Наблюдательные скважины сооружают для систематического контроля за режимом разработки месторождения.

Конструкция эксплуатационной скважины определяется числом рядов труб, спускаемых в скважину и цементируемых в процессе бурения для успешной проводки скважин, а также оборудованием ее забоя (рис. 4.5).

В скважину спускают следующие ряды обсадных труб:

  1. Направление – для предотвращения размыва устья.
  2. Кондуктор – для крепления верхних неустойчивых интервалов разреза, изоляции горизонтов с грунтовыми водами, установки на устье противовыбросового оборудования.
  3. Промежуточная обсадная колонна (одна или несколько) – для предотвращения возможных осложнений при бурении более глубоких интервалов (при бурении однотипного разреза прочных пород обсадная колонна может отсутствовать).
  4. Эксплуатационная колонна – для изоляции горизонтов и извлечения нефти и газа из пласта на поверхность. Эксплуатационную колонну оборудуют элементами колонной и заколонной оснастки (пакеры, башмак, обратный клапан, центратор, упорное кольцо и т. п.).

Обсадные трубы выпускаются следующих диаметров и толщины (рис. 4.2)

Таблица 4.2. Некоторые параметры обсадных труб

Диаметр трубы, мм114127140146168…508
Толщина стенки, мм5,2 10,25,6 10,26,2 10,56,5 9,57,3 12,2 . 11,1 16,1

Трубы маркируются клеймением и краской. Изготавливаются из стали разной группы прочности: Д, К, Е, Л, М, Т. При спуске в скважину обсадные трубы шаблонируют, т. е. проверяют внутренний диаметр (рис. 4.6).

Конструкция скважин называется одноколонной, если она состоит только из эксплуатационной колонны, двухколонной – при наличии одной промежуточной и эксплуатационной колонны и т. д.

Устье скважины оснащено колонной головкой (колонная обвязка). Колонная головка предназначена для разобщения межколонных пространств и контроля за давлением в них. Ее устанавливают на резьбе или посредством сварки на кондукторе. Промежуточные и эксплуатационные колонны подвешивают на клиньях или муфте. Основные технические характеристики колонных головок отражены в их шифрах.

На месторождениях Западной Сибири распространено кустовое бурение. Кустовое бурение – сооружение групп скважин с общего основания ограниченной площади, на котором размещается буровая установка и оборудование. Производится при отсутствии удобных площадок для буровых установок и для сокращения времени и стоимости бурения. Расстояния между устьями скважин не менее 3 м.

Добавить комментарий