Цикл строительства скважины

Технологическая схема бурения

Понятие о скважине, классификация и назначение

ТЕМА 1 Общие сведения о бурении скважин

Студент должен

знать:

цели бурения скважин, различных по назначению; технологическую схему бурения скважин; процесс разрушения горных пород и вынос на поверхность; основные циклы строительства скважины; способы бурения скважины и их сущность; основные мероприятия по охране труда и окружающей среды при строительстве скважин.

Скважина – это горная выработка в земной коре вертикального или наклонно-направленного профиля с относительно малым диаметром по сравнению с глубиной.

Скважина создается последовательным разрушением горной породы и извлечением ее на поверхность. Начало скважины называется устьем, дно скважины – забоем, боковые поверхности скважины – стенки.

При обычном бурении разрушается вся порода, а при бурении с отбором керна только кольцевое пространство у стенок скважины. Внутренний столбик породы (керн) извлекается в неразрушенном состоянии для изучения геологического строения месторождения.

Целевое назначение скважин может быть разным. Все скважины, бурящиеся с целью региональных исследований, поиска, разведки и раз­работки нефтяных и газовых месторождений или залежей, подразде­ляются на следующие категории:

1. Опорные скважины бурят для изучения геологического строения и гидрогеологических условий крупных регионов, определения общих закономерностей распространения комплексов отложений, благоприят­ных для нефтегазонакоплений, выбора наиболее перспективных направ­лений геологоразведочных работ на нефть и газ.

2. Параметрические скважины бурят для изучения глубинного геологического строения и сравнительной оценки перспектив нефтегазоносности возможных зон нефтегазонакопления, выявления наиболее перспективных районов для детальных геологических работ, а также для получения необходимых сведений о геолого-геофизической характеристике разреза отложений с целью уточнения результатов сейсмических и других геофизических исследований.

3. Структурные скважины бурят для выявления и подготовки к поисково-разведочному бурению перспективных площадей (антиклинальные складки, зоны экранирования, выклинивания и т. д.). По полу­ченным в результате бурения структурных скважин данным определяют элементы залегания пластов (тектонику, стратиграфию и литологию) и составляют профили данной площади.

4. Поисковые скважины бурят на площадях, подготовленных геоло­го-поисковыми работами (геологическая съемка, структурное бурение, геофизическое и геохимическое исследования или комплекс этих мето­дов) с целью установления нефтегазоносности.

5. Разведочные скважины бурят на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью для оконтуривания месторождения, подсчета запасов и подготовке его к разработке.

6. Эксплуатационные скважины бурят для разработки и эксплуата­ции залежей нефти и газа. В эту категорию входят оценочные (оценка коллекторов продуктивных горизонтов), добывающие (добычные), нагнетательные (закачка в продуктивные горизонты воды, воздуха или газа с целью поддержанию пластового давления и удлинения периода естественного фонтанирования) и наблюдательные (контрольные, пьезоме­трические) скважины. К этой же категории относят скважины, предна­значенные для термовоздействия на пласт при разработке месторождений с высоковязкими нефтями.

7. Специальные скважины бурят для сброса промысловых вод; ликвидации открытых фонтанов нефти и газа; подготовки структур для подземных газохранилищ и закачки в них газа; разведки и добычи технических вод.

Скважины бурят не только в нефтяной и газовой промышленности, а также с целью разведки и добычи других полезных ископаемых, водоснабжения населенных пунктов, тушения подземных пожаров, гази­фикации углей, вентиляции шахт, замораживания грунта при проходке шахт, исследования грунтов на месте предполагаемого возведения раз­личных промышленных и гражданских сооружений и т. п.

По характеру воздейст­вия на горные породы способы бурения подразделяются:

· механический,

· термический, физико-хи­мический,

· электроискровой.

Наиболее широко применяются способы, связанные с механическим воздействием на горные породы. Механическое бурение осуществляется ударным и вращательным способами.

Ударное бурение скважин широко распространено при геолого-разведочных работах на воду, инженерно-геологи­ческих изысканиях, открытой разработке месторождений твердых полезных ископаемых, вентиляции горных выработок.

Ударное бурение. Буровой снаряд под собственным весом сверху падает на забой, разрушая долотом породу. Для равномерной обра­ботки забоя и придания скважине цилиндрической формы необходимо после каждого удара снаряд поворачивать на некоторый угол. По мере разрушения породы канат постепенно сматывают с барабана лебедки, подавая долото вслед за продвигающимся забоем.

Принципиальная схема ударно-канатного механи­ческого бурения изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема ударно-канатного бурения

1 – долото

2 – ударная штанга

3 – раздвижная штанга

4 – канатный замок

5 – канат

9 – мачта

10, 12 – ролики

13 – барабан лебедки

Долото (рисунок 2) служит для разрушения породы на забое и обра­ботки стенок скважины. Основные элементы долота - рабочая головка с лезвиями 1, корпус 2, шейка с плоскими выемками 3 для захвата инструментальным ключом и резьбовой конус 4 для соединения с ниж­ним концом ударной штанги.

В зависимости от разбуриваемых пород применяют долота с головками разной формы:

· плоское;

· крестовое;

· широкобортное.

Рисунок 2. Долота для долота ударно-канатного бурения:

а-плоское; б-крестовое; в - широкоборт­ное

В процессе бурения на забое скважины должна быть вода, в которой частицы разрушенной породы находятся во взвешенном состоянии. При достижении определенной величины плотности шлама долбление по­роды прекращают, лебедкой извлекают снаряд на поверхность и проводят чистку скважины.

Для предотвращения осыпания стенок в скважину спускают обсадные трубы.

Вращательное бурение. При бурении нефтяных и газовых скважин применяют вращательный метод, при котором скважина как бы высвер­ливается непрерывно вращающимся долотом. Разбуренные частицы породы в процессе бурения выносятся на поверхность непрерывно циркулирующей струей бурового раствора или нагнетаемым в скважину воздухом или газом. В зависимости от местонахождения двигателя вращательное бурение разделяют на роторное двигатель находится на поверхности и приводит во вращение долото на забое колонной буриль­ных труб и бурение с забойным двигателем (гидравлическим или при помощи электробура) - двигатель переносится к забою скважины и уста­навливается над долотом.

Процесс бурения состоит из следующих операций: спуско-подъемных работ (опускание бурильных труб с долотом в скважину до забоя и подъем бурильных труб с отработанным долотом из скважины) и работы долота на забое (разрушение породы долотом). Эти операции периодически прерываются для спуска обсадных труб в скважину, чтобы предохранять стенки скважины от обвалов и разобщить нефтяные (газовые) и водяные горизонты.

Одновременно в процессе бурения скважин выполняют следующие вспомогательные работы: отбор керна, приготовление промывочной жидкости (бурового раствора), каротаж, замер кривизны, освоение скважины с целью вызова притока нефти (газа) в скважину и т. п. В случае аварии или осложнения (поломка бурильных труб, прихват инструмента и т.д.) возникает необходимость в дополнительных (ава­рийных) работах. Схема буровой для осуществления вращательного метода бурения показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема буровой установки для глубокого

вращательного бурения:

1 - долото; 2 - гидравлический забойный двигатель (при роторном бурении не устанавливается); 3 - бурильная труба; 4-бурильный замок; 5-лебедка; 6-двигатели лебедки и ротора; 7-верглюг; 5-талевый канат; 9-талевый блок; 10 крюк; 11-буровой шланг; 12-ведушая труба; 13-ротор; 14-вышка; 15-желоба; 16-обвязка насоса; 17-буровой насос; 18-двигатель насоса; 19-приемный резервуар (емкость)

Самая верхняя труба в колонне бурильных труб не круглая, а квад­ратная (она может быть также шестигранной или желобчатой). Она называется ведущей бурильной трубой. Ведущая труба проходит через отверстие круглого стола (ротора) и при бурении скважины по мере углубления забоя опускается вниз. Ротор помещается в центре буровой вышки. Бурильные трубы и ведущая труба внутри полые. Ведущая труба верхним концом соединяется с вертлюгом. Нижняя часть вертлюга, соединенная с ведущей трубой, может вращаться вместе с колонной бурильных труб, а его верхняя часть всегда неподвижна.

К отверстию (горловине) неподвижной части вертлюга присоеди­няется гибкий шланг, через который в процессе бурения закачивается в скважину промывочная жидкость при помощи буровых насосов. Жидкость через ведущую трубу и всю колонну бурильных труб попадает в долото и через отверстия в нем устремляется на забой скважины (при бурении гидравлическим двигателем промывочная жидкость вначале поступает в него, приводя вал двигателя во вращение, а затем в долото.) Выходя из отверстий в долоте, жидкость промывает забой, подхваты­вает частицы разбуренной породы и вместе с ними через кольцевое пространство между стенками скважины и бурильными трубами подни­мается наверх, где направляется в прием насосов, предварительно очищаясь на своем пути от частиц разбуренной породы.

К верхней части (неподвижной) вертлюга шарнирно прикреплен штроп, при помощи которого вертлюг подвешивается на подъемном крюке, связанном с подвижным талевым блоком. На самом верху буровой вышки установлен кронблок, состоящий из нескольких роликов. Во время бурения колонна труб висит на крюке и опускается по мере углубления. Как только долото срабатывается, всю колонну труб поднимают на поверхность для его замены.

Пробурив с поверхности земли скважину на глубину 30-600 м, в нее спускают кондуктор, служащий для перекрытия слабых (неустойчивых) пород или верхних притоков воды и для создания вертикального направления ствола скважины при дальнейшем бурении. После спуска кондуктора проводят цементирование (тампонаж), т.е. закачивают це­ментный раствор через обсадные трубы в кольцевое пространство между ними и стенками скважины. Цементный раствор, поднимаясь вверх, заполняет затрубное пространство. После затвердения цементного раст­вора бурение возобновляется.

В скважину спускают долото, диаметр которого меньше диаметра предыдущей обсадной колонны. Затем в пробуренную до проектной глубины скважину опускают колонну обсадных труб (эксплуатационную колонну) и цементируют ее. Цементирование проводят для того, чтобы изолировать друг от друга водоносные и нефтеносные пласты. Если при бурении под эксплуатационную колонну возникают большие осложне­ния, препятствующие успешному бурению, то после кондуктора спу­скают одну или две промежуточные (технические) колонны.

Полный цикл строительства скважины включает в себя следующие технологические операции:

1. Строительные работы – строительство кустовой площадки, подъездной дороги, ЛЭП

2. Монтаж буровой установки

3. Подготовительные работы – завоз материалов, приготовление раствора, забурка шурфа

4. Бурение скважины

5. Разобщение пластов – спуск и цементирование обсадных колонн

6. Заканчивание скважины – прострелочные работы и вызов притока нефти

7. Передвижка буровой установки (демонтаж).

Процесс бурения состоит из следующих операций:

• спуско-подъемные операции (опускание бурильных труб с долотом в скважину до забоя и подъем бурильных труб с отработанным долотом из скважины);
• работа долота на забое (разрушение породы);
• наращивание бурильных труб (удлинение бурильной колонны);

При бурении скважин выполняются также вспомогательные работы: отбор керна, химическая обработка бурового раствора, геофизические исследования и др.

Для предохранения стенок скважины от обвалов и с целью разобщения нефтяных и водяных горизонтов в скважину спускают обсадные трубы.

Пробурив с поверхности земли скважину на глубину 30-600 м, в нее спускают кондуктор, служащий для перекрытия слабых (неустойчивых) пород или верхних притоков воды и для создания вертикального направления ствола скважины при дальнейшем бурении. После спуска кондуктора проводят цементирование (тампонаж), т.е. закачивают це­ментный раствор через обсадные трубы в кольцевое пространство между ними и стенками скважины. Цементный раствор, поднимаясь вверх, заполняет затрубное пространство. После затвердения цементного раст­вора бурение возобновляется.

Затем в скважину спускают долото меньшего диаметра предыдущей обсадной колонны и в пробуренную до проектной глубины скважину опускают колонну обсадных труб (эксплуатационную колонну) и цементируют ее.

Цементирование необходимо для изолирования друг от друга водоносных и нефтеносных пластов. Если при бурении под эксплуатационную колонну возникают большие осложне­ния, препятствующие бурению, то после кондуктора спу­скают одну или две промежуточные (технические) колонны.

В случае аварии (поломка бурильных труб, прихват инструмента и т.д.) возникает необходимость в дополнительных (ава­рийных) работах.

Дата добавления: 2014-01-05