Бурение - технический процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники - бурового оборудования. (реже термическим, гидроэрозионным, взрывным и другими способами) с удалением продуктов разрушения. Бурение скважин - это процесс сооружения направленной цилиндрической горной выработки, диаметр которой существенно мал по сравнению с её длиной по стволу, без возможности доступа человека на забой. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно - забоем, а стенки скважины образуют её ствол.
Различают три вида бурения:
При бурении разрушение ведётся по всей площади забоя (бескерновое бурение), реже только по кольцевому пространству для извлечения керна (колонковое бурение). Диаметры пробуриваемых выработок составляют десятки миллиметров (шпуры), сотни миллиметров (скважины), тысячи миллиметров (стволы шахтные). Глубина бурения определяется областью его применения и составляет несколько метров (в основном шпуры), десятки метров (скважины для размещения взрывчатых веществ, закрепления горных пород цементированием, замораживанием и др.), сотни и тысячи метров (скважины - разведочные на воду, нефть и газ, эксплуатационные и др.). Процесс сооружения глубоких скважин включает также крепление стенок ствола обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками.
Бурение глубоких скважин осуществляют буровыми установками, взрывных - буровыми станками, шахтных стволов - стволопроходческими агрегатами, шпуров - бурильными молотками, свёрлами и др. Технические средства бурения включают также буровой насос или компрессор для подачи бурового раствора и газа, бурильные трубы, буровую вышку с талевой системой, породоразрушающий инструмент, оборудование для приготовления промывочной жидкости, её очистки от шлама и дегазации, противовыбросовое оборудование и контрольно-измерительную аппаратуру. Бурение производится в основном механическим способом: буровой инструмент непосредственно воздействует на горные породы, разрушая их буровым долотом или буровой коронкой; при бурении взрывных скважин в кварцсодержащих горных пород применяют термическое бурение (струёй пламени). Механические способы бурения по методу воздействия инструмента на забой подразделяют на вращательное бурение, ударное бурение, ударно-поворотное и вращательно-ударное бурение.
По типу применяемого породоразрушающего инструмента различают шнековое бурение, шарошечное бурение, алмазное бурение, дробовое и такое прочее, по типу буровой машины - перфораторное бурение, пневмоударное бурение, гидроударное бурение, роторное бурение, турбинное бурение и такое прочее, по направлению и методу проводки скважин - кустовое бурение, вертикальное, наклонно направленное, многозабойное и др. Бурение развивается и специализируется применительно к трём основном областям горного дела: добыча жидких и газообразных полезных ископаемых, поиск и разведка полезных ископаемых, добыча твёрдых полезных ископаемых взрывным способом. Такое исторически сложившееся деление весьма условно, но методологически удобно для краткого изложения столь многопланового понятия, как "бурение".
В России бурение первых скважин относится к 9 в. и связано с добычей растворов поваренной соли в Старой Руссе. Затем соляные промыслы развиваются в Балахне (12 в.) и Соликамске (16 в.). Появление новых методов и техники бурения относится к 19 в. в связи с возрастающей необходимостью снабжения крупных городов питьевой водой. В 1831 в Одессе было образовано "Общество артезианских фонтанов" и пробурены 4 скважины глубиной 36-189 м.
В середине 19 в. ударное ручное бурение стало вытесняться портативными механическими станками. В России Г.Д. Романовский в 1859 впервые механизировал работы, применив паровой двигатель для бурения скважины вблизи Подольска. Первую скважину на нефть, пробуренную станком ударного бурения, заложил Дрейк в 1859 (США, штат Пенсильвания).
Морская скважина впервые была пробурена в 1897 в Тихом океане у острова Сомерленд (шельф Калифорнийского полуострова, США), позже бурение на море получило широкое распространение. На Каспии шельфовое бурение начато в 1924 г. около г. Баку.
Развитие разведочного бурения на твёрдые ископаемые связано с изобретением швейцарцем Ж. Лешо алмазного бура (1862). В 1899 г. американским инженером Дейвисом предложено дробовое бурение. В СССР дробовое бурение применено в 1927-28 гг. советскими учёными В.М. Крейтером и Б.И. Воздвиженским для колонкового бурения, что позволило заменить этим способом алмазное бурение в крепких извержениях и метаморфических породах. В 1928-29 в СССР начинается производство буровых станков с рычажной подачей для колонкового вращательного бурения на глубине до 300-500 м, с 1947 создаются станки с рычажной дифференциальной подачей, многоскоростные станки для глубины 300-2000 м, самоходные буровые установки. С 1960 начались работы по освоению гидроударного бурения, что обеспечило значительное увеличение производительности твёрдосплавного колонкового бурения. Радикально совершенствуется алмазное бурение, объёмы которого для поисков месторождений полезных ископаемых увеличиваются. При разведке крутопадающих рудных тел, когда для пересечения их на разных горизонтах проходят несколько скважин, применяют направленное многозабойное бурение, которое проводится с помощью отклоняющих устройств, устанавливаемых в скважине на разных глубинах. Разведочное бурение на твёрдые полезные ископаемые осуществляется в основном роторным способом, на который приходится около 80% метража пробуренных скважин; в ограниченных объёмах применяются ударно-вращательное, гидроударное, шнековое, вибрационное бурение и др. Работы в области разведочного бурения направлены на обеспечение сохранности извлекаемого с большой глубины
Лекция 1
Сначала определим термины:
«Буровая скважина
устье скважины «забой скважины»
Ось скважины - «
Стенки скважины –
Ствол скважины - «
Длина скважины - оси ».
Глубина скважины – по вертикали».
Диаметр скважины
Сооружение скважины
Бурение скважины
Углубка скважины
Технология бурения - «
.
900 мм до 26 мм.
Глубина скважин до 12260 м
Длина скважин до 13000
.
- Геологам - ;
При разведке углеводородов.
- ,
-
- Гидрогеологам – ,
- ,
- ,
-
-
История МГРИ - РГГРУ
В сентябре 1918 года была создана Московская Горная Академия, в которой был геологоразведочный факультет, официально считающийся родоначальником МГРИ-РГГРУ .
В 1930 году из МГА выделился единственный в своем роде Московский Геологоразведочный Институт – МГРИ, Таким образом, МГРИ-РГГРУ имеет два года рождения – 1918 год и 1930 год.
Выпускники МГРИ всегда занимали достойное место в науке и практике геологоразведки, гидрогеологии, инженерной геологии и других отраслей народного хозяйства.
С 1975 по 1989 год министром геологии СССР был выпускник МГРИ специальности «Техника разведки» - РТ-48 (второй выпуск)Евгений Александрович Козловский.
Учебно-научный полигон МГРИ
В конце ноября 1935 года МГРИ был передан от Московского электромеханического техникума участок земли около д. Рязанцы Загорского (ныне Сергиево-Посадского) района Московской области. Приказ по МГРИ гласил:
« §1. Для улучшения учебно-практических работ студентов и проведения основных полевых учебных практик студентов: геофизических, геодезических разведочных и инженерно-гидрогеологических , а также для проведения научно-исследовательских опытных работ организовать в составе НИСа опытный полигон учебных и научно-исследовательских работ.
С этого времени на полигоне постоянно проводятся учебные практики студентов всех основных специальностей: геологов, гидрогеологов, геофизиков, техники разведки, в том числе учебные буровые практики.
С 2010 года на Сергиево-Посадском полигоне создается учебно-исторический музей буровой техники.
Рис. 4. Фрагмент бурового музея
Лекция 2
Способы, виды и разновидности бурения скважин Таблица 1
| Способы, виды и разновидности бурения | Параметры бурения | Главные области применения | |||||||
| Категория пород по буримости | Глубина скважин до, м | Диаметр скважин мм | |||||||
| Ударно-канатное | I - XII | 140 - 700 | Разведка россыпей. Бурение на воду | ||||||
| Бурение неглубоких скважин без циркуляции очистного агента | Мелкое ударное бурение | I –III | 93 – 168 | Инженерная геология , Геологоразведка (поисково-съемочная). Разведка россыпных месторождений. Малое водоснабжение. Взрывные сейсмоскважины. Взрывные при открытой разработке в угольных карьерах. Технические скважины (в строительстве, в горных работах и другие). | |||||
| Медленно-вращательное и комбинированное | I – V | 30 - 50 | 112 – 250 | ||||||
| Бурение задавливанием и винтобурение | I – III | 24 - 40 | 50 – 65 | ||||||
| Вибрационное, виброударное и виброударно-вращательное | I – IV I - V | 93 – 168 | |||||||
| Шнековое | I - IV (V) | 60 -250 | |||||||
| Механическое вращательное с циркуляцией очистного агента | Геологоразведочное | Бескерновое (со сплошным забоем) | I – XII | Не ограничена | 73 – 151 (250) | Геологоразведочные скважины на интервалах, где не нужен керн | |||
| Колонковое | Простые снаряды | Твердосплавное | I – VIII | » 1500 | 36 - 151 | Целесообразно до глубин скважин до 200 – 300 м, глубже лучше применять ССК. | |||
| С резцами из СТМ | V - VIII | 36 – 132 | |||||||
| Алмазное | VI - XII | 36 – 112 | |||||||
| Простые снаряды с забойным механизмом | Гидроударное Ударно-вращательное Вращательно-ударное | VI –XI IX - XII | ≈ 500 » 1500 | 59 – 151 59 - 76 | С твердосплавными коронками. С алмазными коронками против заполирования алмазов и самозаклинивания керна. | ||||
| Пневмоударное Ударно-вращательное | VI - XI | » 500 (до1000) | 76 - 300 | В сухих и слабообводненных скважинах. | |||||
| С компрессором высокого давления. | |||||||||
| С забойным двигателем | » 1500 | 59 - 76 | Для отклонения интервала скважины при направленном бурении. | ||||||
| Механическое вращательное с циркуляцией очистного агента | Специальные снаряды с подъемом керна без подъема труб | Снаряды со съемным керноприемником КССК, ССК, LJNGYEAR и подобные | V – XI (XII) | 1500 – 3500 | 46 – 95 (47 -145) | При глубине скважин более 200 – 300 м. Современный прогрессивный вариант! | ||
| Снаряды (Комплекты) с гидро (пневмо) транспортом керна или шлама КГК, КПК | I - V | 300 - 500 | 76- 250 | Прогрессивный метод, но только в слабых породах. Прогрессивный вариант с кольцевым пневмоударником для твердых пород до 1200 м. | ||||
| Эксплуатационное | Бурение эксплуатационных скважин на нефть и газ | Роторное | I - XII | (с горизонтальным окончанием до 13000м) | 120 - 490 | Доразведка и добыча и нефти, конденсата и газа (Применялось до 2008 года) | ||
| С подвижным вращателем | ||||||||
| Турбобуром | V - XII | |||||||
| Гидравлическим двигателем | ||||||||
| Электробуром | 146 - 390 | |||||||
| Бурение водозаборных и гидротермальных скважин | I - IX | 200 - 350 2000-2500 | 112- 350 | Добыча воды, рассолов и гидротепла | ||||
| Бурение геотехнологических скважин | I - IX | 50 -700 | 70 - 500 | Добыча ТПИ (уран, сера, железо и др.) | ||||
| Бурение технических, научных и вспомогательных скважин | I - XII | 10 - 12300 | 70 - 900 | |||||
| Физические способы разрушения горных пород | Гидромониторное бурение | I - IV | В сочетании с добычей ТПИ. | |||||
| Термодинамическое бурение | VI –XII | Для бурения взрывных скважин. | ||||||
| Взрывное бурение | V - XII | Эффективно, но опасно. | ||||||
| Термостатическое плавлением | VI - XII | Опытное. | ||||||
| Плазменное бурение | VI - XII | Опытное. | ||||||
| Электроимпульсное бурение | IV - VII | Опытное. | ||||||
| Лазерное бурение | Опытное. | |||||||
| Кавитационное бурение | Опытное. | |||||||
| Реактивное | Опытное. | |||||||
| Магнитострикционное | Опытное | |||||||
| Ультразвуковое | Опытное |
Лекция 3
Рис. 6
Выбор направления скважины обуславливается наиболее полным решением геологических задач. Самая точная информация о породах пласта (структура, мощность пласта) получается при пересечении скважиной пласта в крест простирания, т.е. под углом 90º.
При бурении скважины в сложных геологических разрезах на поведение её оси существенное влияние оказывают ряд факторов, прежде всего геологические (при переходе из пород одной твердости в породы с другой твердостью, слоистость, трещиноватость, анизотропные свойства пород и другие), а также технико-технологические. В результате, ствол скважины в процессе бурения искривляется, и провести в таких условиях прямолинейную скважину оказывается весьма трудно или даже невозможно. Такое искривление оси скважины называется естественным . В этих случаях целесообразно уже заранее, с учетом факторов, вызывающих искривление, проектировать, криволинейную трассу скважины. При этом криволинейные трассы часто являются не только легче осуществимыми, но и более рациональными, чем прямолинейные.
Поскольку для проведения скважины по заданной трассе необходимо применять специальные технические средства и технологические приемы, то в этом случае искривление скважины называется «искусственное искривление », а работа по исполнению такой трассы называется «направленное бурение »
Криволинейные трассы , как и прямолинейные, могут иметь любое направление и различаются "на искривленные с постоянной кривизной, с переменной кривизной, с искривлением в двух направлениях, и комбинированные сочетающие прямолинейные и криволинейные участки. (Рис.7)
Наряду с многозабойными скважинами в практике разведочного бурения применяется многоствольное бурение (неправильно многоствольная скважина), когда с одной площадки (за- счет поворота вращателя станка) одним буровым станком последовательно проходятся несколько скважин под разными углами (рис. 9 а, б)
 |  |
Такое решение дает существенный экономический эффект при бурении не очень глубоких скважин в труднодоступной местности (рис.9 б) и глубоких нефтегазовых скважин (рис.9 а), позволяя экономить на прокладке транспортных путей и оборудовании площадок, а также уменьшить экологический ущерб.
Проектирование трассы скважины осуществляется в следующей последовательности:
1. Выбор между одноствольной и многозабойной скважиной. При этом, прежде всего, играет роль экономическая целесообразность и необходимость решения геологических задач. Особо важную роль в настоящее время начинают играть вопросы охраны природы - при каждой перевозке и монтаже буровой наносится серьезный ущерб природе - это обязательно надо учитывать.
2. Если выбрана однозабойная скважина, определяется ее направление: вертикальная, наклонная, горизонтальная, восстающая. С точки зрения трудозатрат, они возрастают в том порядке, как (ранее) названы направления.
3. Следующий шаг - определение прямолинейности или криволинейности трассы скважины. В наиболее простых геологических разрезах (с монотонным залеганием пластов или в монолитных массивах) обычно выбирается прямолинейная трасса. В случае, когда в силу действия геологических и технологических причин, скважина будет искривляться, выгоднее использовать естественное искривление и спроектировать трассу скважины криволинейной. При этом надо учитывать, что с ростом интенсивности искривления скважины увеличиваются и трудности ее проведения (возрастают затраты мощности и возможность обрыва бурильных труб). Принято считать допустимой интенсивность искривления не более 0.05 град/м. Криволинейная трасса проектируется и с целью решения определенных задач и может быть более эффективной, чем прямолинейная. Например, при подсечении скважиной крутопадающих пластов прямолинейная наклонная скважина должна закладываться с большим зенитным утлом, что создает технические трудности, кроме того, протяженность такой скважины будет больше чем у криволинейной (L1>L2) (Рис.10).
В практике эксплуатационного бурения используются криволинейные скважины, конечная часть которых, входящая в продуктивный пласт, приближается горизонтальному положению и проходит вдоль пласта, что увеличивает возможности добычи полезного ископаемого (в нефтяном бурении такие скважины называют «горизонтальные», но правильнее когда их называют «скважина с горизонтальным окончанием - с.г.о.»). (рис.12).
Рис. 13.
Снаряды ССК отличаются от простых тем, что они состоят из колонны специальных бурильных труб, имеющих такое же внутреннее сечение, как и у колонковой трубы. В колонковой трубе размещается тонкостенная керноприемная труба, в которую при бурении заходит столбик керна (рис. 13 в) После заполнения керноприемника керном с поверхности на тонком тросе в колонну бурильных труб спускается специальный ловитель, который захватывает головку керноприемной трубы и быстроходной лебедкой керноприемник с керном внутри бурильных труб поднимается на поверхность. Таким образом, вместо нескольких часов для спуско-подъемных операций при бурении глубоких скважин на излечения из скважины керна, потребуется несколько десятков минут. С учетом того, что снаряды ССК значительно дороже, чем простые снаряды, для бурения неглубоких скважин (примерно до 200 – 300 метров) выгоднее использовать простые снаряды, а для более глубоких выгоднее применять снаряды ССК.
При бурении снарядами с гидро или пневмо транспортом керна используется двойная колонна бурильных труб. Поток очистного агента подается к забою по зазору между наружными и внутренними трубами. На забое поток поворачивается и по внутренней колонне поднимается вверх, вынося на поверхность кусочки керна или керновой материал при бурении по обломочным породам. На поверхность выносится все 100% керна (или кернового материала) одновременно с процессом углубки скважины. При этом способе бурения вообще не тратится дополнительного времени на подъем керна, что позволяет резко увеличить производительность. Однако, высокая производительность возможна лишь при бурении в мягких и слабых породах, где порода легко разрушается и механически удаляется с забоя во внутреннюю трубу. Второе ограничение применения КГК, КПК сравнительно небольшая глубина скважин. Обычно принимается глубина скважин до 500 метров. Большая глубина может быть достигнута при использовании продувки в сочетании с кольцевыми пневмоударниками и компрессоров высокого давления (до 2,5 МПа).
Третий вариант выбора разновидностей бурения в зависимости от геологических условий связан с применением буровых снарядов (простых или специальных) с дополнительным забойным механизмом или специальным колонковым набором.
В специальных случаях могут применяться:
Механизмы, создающие ударные импульсы на породоразрушающий инструмент (ПРИ): а)) при бурении с промывкой – гидроударники , б) при бурении с продувкой или бурении с пеной – пневмоударники ;
- забойный винтовой гидравлический двигатель ;
Специальные колонковые наборы для получения кондиционного керна в сложных геологических условиях.
Ударные импульсы на забой при вращательном бурении используются для решения ряда задач:
Возможность бурить вертикальные строго прямолинейные скважины за счет того, что при этом не нужна осевая нагрузка на ПРИ, буровой снаряд весит в скважине как отвес и не искривляется, как при вращательном бурении с осевой нагрузкой;
Увеличить скорость бурения за счет дополнительного ударного разрушения породы, особенно при пневмоударном бурении, где скорость может увеличиться в 2 – 3 раза, (при бурении с гидроударном бурении скорость повышается незначительно);
При высокочастотным гидроударном бурении значительно уменьшается трение резцов о породу и керна в колонковой трубе. Это позволяет бороться с заполированием алмазных коронок и самозаклиниванием керна в колонковой трубе.
Забойный винтовой гидравлический двигатель малого диаметра может применяться при бурении и геологоразведочных, и разведочных нефтегазовых скважин.
Особенность применения забойных двигателей в том, что колонна бурильных труб в процессе бурения не вращается, а вращается только породоразрушающий инструмент – долото или колонковая труба с коронкой. При бурении нефтегазовых скважин забойные двигатели применяются очень широко. При бурении геологоразведочных скважин малого диаметра мощность забойного двигателя недостаточна для эффективного бурения. Однако, возможность бурить без вращении колонны труб с забойным двигателем успешно используется для направленного бурения, когда трассу скважины нужно отклонить в нужную стороны на нужный угол. Забойный двигатель, включенный в снаряд на «кривом переходнике» позволяет качественно управлять направлением трассы скважины.
Специальные колонковые наборы для получения кондиционного керна в неблагоприятных геологических условиях (размываемые, рассыпающиеся, слоистые, трещиноватые, разрушенные, раздробленные, перемежающиеся и.т.п. породы). За счет специальных конструкций или за счет специальной технологии (обратная циркуляция промывочной жидкости) такие колонковые наборы защищают керн от разрушения за счет размывания, вращения колонковой трубы, разрушения резцами коронки. Поскольку для геологов получение полноценного керна имеет первостепенное значение, этот вопрос будет детально рассмотрен на практических занятиях.
Лекция 6
Рис. 14
6. Кроме графического изображения конструкция скважины определяется ее шифром и пояснительной запиской с обоснованием ее параметров. Из опубликованных методик составления шифра конструкции геологоразведочных скважин наиболее полной и точной является методика, предложенная Донецким ПТИ.
Пример описания конструкции скважины (на рис.15) шифром.
 |
Рис. 15
Ц(20) 112/108цб(220), 93/89цп(440.. .480), 76(1000)
Основные обозначения шифра:
132 -цифра, обозначающая диаметр бурения
/ -знак, обозначающий крепление трубами
127 -цифра, стоящая за знаком /, обозначает диаметр обсадных труб,
(20) -цифра в круглых скобках после размера обсадных труб обозначает, до какой глубины обсажена скважина
(440….480) -интервал установки потайной колонны
Дополнительные обозначения шифра:
Ц - знак цементирования всей колонны. Ставится за диаметром обсадных труб.
Цб - знак цементирования только башмака (нижней части) колонны
Цп - знак цементирования башмака и верхнего конца потайной обсадной колонны
; - знак расширения скважины. Ставится перед обозначением диаметра инструмента, который расширяет скважину
Обозначение, применимое для ступенчатых обсадных колонн
" - обозначение извлекаемой обсадной колонны. Ставится перед обозначением диаметра обсадной колонны, после которого в скобках может быть указана длина части колонны, если она извлекается не вся.
Приведенные обозначения охватывают весь комплекс параметров, входящих в обычное понятие конструкции скважины или изображаемых на схемах конструкций. Однако при необходимости можно вводить и любые другие дополнительные буквенные индексы.
В данном примере: - скважина забурена коронкой диаметром Ø 132 мм и закреплена направляющей трубой Ø 127 мм до глубины 20 м. Здесь трубы Ø 127 мм цементируются на всю длину. Далее диаметр бурения был 112 мм до 220 м, и скважина закреплена до этой глубины кондуктором Ø 108 мм. У колонны диаметром 108 мм цементируется только башмак (нижняя часть колонны). Дальнейшее бурение осуществляется коронкой Ø 93 мм до глубины 480 м. В интервале от 440 до 480 м зона осложнений и ствол скважины закреплен потайной колонной Ø 89 мм (у потайной колонны закрепляются цементом башмак и верхняя часть). До глубины 1000 м скважина имеет Ø 76мм без закрепления.
Рис. 16
Рис. 17
Другая особенность сооружения нефтегазовых скважин это важнейшее значение изоляции горизонтов, чтобы исключить перетоки флюидов из различных горизонтов. Осуществляется изоляция цементированием затрубного пространства практически всех обсадных колонн. Поскольку при бурении нефтегазовых скважин изолировать необходимо пласты с флюидами различных составов, в том числе и агрессивными, опасными при попадании в продуктивные пласты и с различными давлениями, цементация затрубного пространства колонн обсадных труб имеет первостепенное значение. Важное значение придается составу и качеству тампонажных цементных смесей их свойствам и параметрам. Особо важное значение придается контролю качества цементирования. Поэтому геофизическим методам контроля за качеством цементирования придается первостепенное значение. В практике для изучения технического состояния скважины применяется метод радиоактивных изотопов, акустический метод, метод термометрии скважины этими методами определяется высота подъема тампонажного раствора в заколонном пространстве, выявляются места затрубной циркуляции, состояние контакта цементного камня с обсадными трубами и породой в стенках скважины.
Рис.18
Лекция 1
Что такое буровая скважина и что такое бурение скважин.
Сначала определим термины:
«Буровая скважина – цилиндрическое отверстие (горная выработка) в земной коре, ледяных массивах и в искусственных сооружениях, имеющее значительно большие размеры в длину, чем ее диаметр».
Начало скважины называется – «устье скважины », дно скважины (поверхность дна скважины) и в процессе углубки (бурения) и по окончании углубки называется «забой скважины»
Ось скважины - «линия соединяющая центры поперечных сечений скважины от устья до забоя».
Стенки скважины – «боковая поверхность скважины».
Ствол скважины - «внутренняя часть скважины, ограниченная ее стенками».
Длина скважины - «расстояние между устьем и забоем скважины по ее оси ».
Глубина скважины – «расстояние между устьем и забоем скважины по вертикали».
Диаметр скважины – «номинальный диаметр скважины, равный диаметру породоразрушающего инструмента
Замечание - Фактический диаметр скважины на разных участках может быть больше за счет разбурки и разработки ствола скважины, или меньше за счет разбухания пород.
Сооружение скважины - (строительство скважины), Выполнение всего комплекса работ, начиная с подготовки площадки и монтажа буровой и кончая рекультивацией территории после бурения, в результате которых скважина пробурена, результаты получены, и скважина ликвидирована или закрыта.
Бурение скважины - выполнение комплекса работ, начиная от забуривания до окончания углубки по достижении конечной глубины и завершении всех работ в скважине.
Углубка скважины - процесс бурения, при котором происходит разрушение породы на забое скважины и поступательное перемещение забоя.
Технология бурения - « ряд последовательных выборов и решений, обеспечивающихэффективное выполнение процесса, включающих и выбор технических средств и способов выполнения процесса ». В более узком смысле к технологии относят выбор методов и параметров управления процессом бурения. Этому узкому смыслу близко соответствует понятие режим бурения.
Технические средства для бурения скважин - буровое оборудование, буровой инструмент, контрольно-измерительные приборы (КИП), средства автоматизации и средства управления (СА и СУ).
Что собой представляет буровая скважина .
Скважина может буриться не только вниз, но и наклонно и горизонтально и даже вверх.
Ось скважины может быть прямолинейной и криволинейной; (рис.3)
Диаметр ствола скважины может меняться ступенчато (рис.1)
Диаметр скважин может быть от 900 мм до 26 мм.
Глубина скважин до 12260 м . (научная Кольская сверхглубокая).
Длина скважин до 13000 м. (нефтяная скважина на о. Сахалине).
Какая связь бурения скважин с геологами и с гидрогеологами .
- Геологам - получение полной и достоверной геологической информации ;
При разведке твердых полезных ископаемых,
При разведке углеводородов.
- определение и подсчет запасов полезного ископаемого ,
- составление геологических карт и разрезов.
- Гидрогеологам – проведение инженерно-геологических исследований ,
- получение гидрогеологической информации ,
- проектирование водозаборных и наблюдательных скважин ,
- освоение водозаборных скважин.
- проектирование и освоение дренажных скважин.
Владимир Хомутко
Время на чтение: 5 минут
А А
Что представляет собой нефтяная скважина?
Без нефтепродуктов сложно себе представить современную жизнь. Делаются они из нефти, которую добывают с помощью особых горных выработок. Многие из нас слышали термин «нефтяная скважина», но вряд ли все знают, что это на самом деле такое. Давайте попробуем разобраться, что собой представляет это сооружение, и какими они бывают.
Скважиной называется горная выработка цилиндрической формы, чей диаметр во много раз меньше общей длины её ствола (глубины).
Помимо скважины, есть еще такие горные выработки, как колодец и шахта. В чем их отличие от рассматриваемого нами определения? На само деле, все довольно просто. В шахту или колодец человек может попасть, а в скважину – нет. Таким образом, дополнительное определение этого сооружения таково – горная выработка, схема и форма которой исключает доступ в неё человека.
Верхнюю часть такой выработки называют устьем, а нижнюю часть – забоем. Уходящие вниз стенки образуют так называемый ствол.
Всем известно, что скважины делают при помощи бурения. Однако сказать, что их просто бурят было бы неверно. Эти капитальные сооружения, сложные в своем строении, под землей скорее строят, в связи с чем они относятся к основным средствам организации, а затраты на их бурение и обустройство являются капитальными вложениями.
Строительство нефтяных и газовых скважин
Конструкция скважины выбирается на этапе проектирования и должна отвечать следующим требованиям:
- конструкция должна предоставлять возможность свободного доступа к забою геофизических приборов и глубинного оборудования;
- конструкция должна не допускать обрушения стенок ствола;
- также она должна обеспечивать надежное разделение друг от друга всех проходимых пластов и не допускать перетекания флюидов из пласта в пласт;
- в случае необходимости, конструкция этой выработки должна давать возможность герметизировать её устье в случае возникновения такой необходимости.
Строительство и монтаж нефтяных и газовых скважин проводится следующим образом:
- Первым делом бурится начальный ствол большого диаметра. Его глубина составляет около 30-ти метров. Затем в пробуренное отверстие опускается металлическая труба, которую называют направлением, а окружающее её пространство уставляется специальными обсадными трубами и цементируется. Задача направления – предотвратить размывание верхнего почвенного слоя в процессе дальнейшего бурения.
- Далее до глубины от 500 до 800 метров бурится ствол меньшего диаметра, в который опускается колонна из труб, называемая кондуктором. Пространство между стенками трубы и горной породой также заливается цементным раствором на всю глубину.
- Только после обустройства направления и кондуктора скважину пробуривают на заданную проектом глубину, и опускают в неё колонну труб еще меньшего диаметра. Эта колонная называется эксплуатационной. Если глубина залегания пласта – большая, то возможно использование так называемых промежуточных трубных колонн. Все пространство между стволом скважины и окружающей её горной породой заливается цементом.
В чем основное назначение кондуктора? Дело в том, что на глубинах до 500 метров располагается активная зона пресных вод, а ниже этой глубины (в зависимости от региона разработки) начинается зона с затрудненным водообменном, в которой много соленых вод и прочих подвижных флюидов (в том числе – газов и нефти). Так вот, основная задача кондуктора – это дополнительная защита, которая предотвращает засолонение поверхностных пресных вод и не позволяет проникать в них вредным веществам, которые сконцентрированы в нижних пластах.
Какие бывают скважины?
В зависимости от того, в каких геологических условиях расположены нефтяные месторождения, бурятся разные типы таких выработок.
Основные виды скважин:
- вертикальные;
- наклонно-направленные;
- горизонтальные;
- многоствольные или многозабойные.
Вертикальной называют скважину, угол отклонения ствола которой от вертикали – не более пяти градусов.
Если этот угол больше пяти градусов, то это уже – наклонно-направленный тип.
Горизонтальной называют скважину, если угол отклонения от вертикали её ствола приблизительно равен 90 градусов. Однако есть некоторые нюансы этого определения. Поскольку в живой природе редко встречаются «прямые линии», а разрабатываемые пласты чаще всего залегают с некоторым уклоном, то с практической точки зрения бурить строго горизонтальные скважины смысла, как правило, нет.
Проще и эффективнее направить ствол вдоль оптимальной траектории залегания. Исходя из этого, можно дать определение горизонтальному типу таких выработок как скважина, которая имеет протяженный ствол, пробуренный максимально близко к направлению целевого продуктивного пласта с соблюдением оптимального азимута.
Скважины, у которых два и более ствола, называются многоствольные или многозабойные. Их отличие друг от друга – в расположении точки разветвления, в которой от основного стола отходят дополнительные. Если эта точка располагается выше уровня продуктивного горизонта, то этот тип выработки называется многоствольным. Если эта точка располагается в пределах продуктивного горизонта, то это – многозабойный тип скважины.
Проще говоря, если основной ствол пробуривают до разрабатываемого пласта, а уже внутри него бурятся дополнительные отростки, то это – многозабойный тип (продуктивный пласт пробивается в одной точке). Все остальные выработки с несколькими стволами относятся к многоствольным (несколько точек пробития пласта). Также такой тип скважин характерен в случаях, когда пласты расположены на разных горизонтах.
Кроме того, бывают еще кустовые скважины. В этом случае несколько стволов расходятся под разными углами и на разную глубину, а их устья находятся близко друг к другу (как посаженный вверх ногами куст).
Эта классификация предусматривает следующие категории таких горных выработок:
Разведочное бурение производится на площадях, нефте- или газоносность которых уже установлена, с целью уточнения объемов обнаруженных залежей углеводородного сырья и для уточнения исходных параметров месторождения, которые необходимы при проектировании способа разработки промысла, поэтому разведке уделяется особое внимание.
Эксплуатационное бурение создает выработки следующих типов:
- основные (добывающие и нагнетательные);
- резервные;
- контрольные;
- оценочные;
- дублирующие;
- скважины специального назначения (поглощающие, водозаборные и так далее).
Сама добыча сырья производится через добывающие выработки, которые бывают насосными, газлифтными и фонтанными.
Назначение нагнетательных скважин – воздействие на разрабатываемый пласт с помощью нагнетания в него пара, газа или воды, а также прочих рабочих сред. Они бывают внутриконтурными, приконтурными и законтурными.
Резервные необходимы для разработки отдельных и застойных зон, а также зон выклинивания, которые не входят в контур основных скважин.
Контрольные нужны для наблюдения за текущим положением зон контакта добываемого ресурса и воды и прочими изменениями пласта, находящегося в разработке. Кроме того, с их помощью контролируют давление в продуктивных пластах.
Оценочные нужны для предварительной оценки подготавливаемых к разработке месторождений. Они помогают определить границы и размеры запасов, а также прочие необходимые предварительные параметры.
Дублирующие используются во время замены ликвидируемых вследствие физического износа или аварий скважин основного фонда.
Через специальные добывают техническую воду, сбрасывают промысловые воды, с их помощью ликвидируют открытые фонтаны и так далее
Процесс бурения нефтяной скважины по характеру своего воздействия на горные породы бывает:
- механическим;
- термическим;
- физико-химическим;
- электрическим и так далее.
Конструкция нефтяной скважины
Промышленное освоение месторождений подразумевает использование только механических способов, в которых используются разные режимы бурения. Все другие способы разбуривания находятся в экспериментальной разработке.
Механические методы бурения делятся на вращательные и ударные.
Ударный способ – это механическое разрушение горной породы, которые выполняется подвешенным на канате специальным инструментом – долотом. В состав такого бурового комплекса также входят канатный замок и ударная штанга. Это устройство подвешивается на канате, который перекинут блок, установленный на буровой мачте. Возвратно-поступательное движение долота обеспечивается специальным буровым станком. Цилиндрическую форму ствол приобретает вследствие поворота долота во время работы.
Очистку забоя от разрушенной породы выполняют при помощи желонки, которая напоминает длинное ведро с клапаном на днище. Инструмент вынимают из ствола, опускают желонку, открывают в забое её клапан. Ведро наполняется жидкостью с кусочками породы, клапан закрывается, и полная желонка поднимает на поверхность. Все, можно продолжать бурение.
В России на данный момент ударное бурение практически не применяется.
Вращательный метод основан на погружении долота в толщу пород с помощью одновременного воздействия на инструмент и вертикальной нагрузки, и крутящего момента. Вертикальная нагрузка позволяет погрузить долото в породу, а затем, с помощью крутящего момента, долото скалывает, истирает и дробит горную породу.
По способу расположения силового агрегата вращательное бурение делится на роторное и забойное. В первом случае двигатель стоит на поверхности, а крутящий момент долу передает колонны буровых труб. Во втором случае двигатель ставиться сразу за долотом, и вращения буровой колонны не происходит (вращается только долото).
Самой глубокой в мире скважиной является Кольская сверхглубокая (СГ-3). Её глубина – 12 262 метра. Её пробурили в Мурманской области для изучения глубинного строения Земли.
Бурение - это строительства скважины, а также разрушения слоев земли с последующим извлечением продуктов разрушения на поверхность.
— процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники — бурового оборудования.
Различают три вида бурения :
Вертикальное бурение
Наклонно-направленное бурение
Горизонтальное бурение
Бурение скважин — это процесс сооружения направленной цилиндрической горной выработки в земле, диаметр "D" которой мал по сравнению с её длиной по стволу "H", без доступа человека на забой. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно — забоем, а стенки скважины образуют ее ствол.
1. Фильтровая скважина на воду в песчаных горизонтах.
Для выявления наличия водоносного горизонта в песчаных грунтах сперва производится разведочное бурение.
При бурении разведоной скважины может быть 3 ситуации:
1) Наличие воды для сооружения скважины на воду, при наличии прослойки водонасыщенного песка мощностью > 0,8 м.
2) Наличие воды для сооружения колодца - при переслаивании водонасыщенного песка и других видов глинистых грунтов.
3) Отсутствие водоносных горизонтов.
Бурение разведочной скважины на воду производится обычно до глубины 13-15 метров. Стоимость разведочного бурения составляет 1000 рублей/метр. При нахождении в ходе разведочного бурения водоносных слоев для сооружения скважины на воду, стоимость метра разведочного бурения входит в стоимость метра бурения скважины на воду.
В случае обнаружения водоносного горизонта для сооружения скважины на него бурится эксплуатационная скважина с фильтром и обсадной трубой. Глубина такой скважины составляет обычно 13-25 м. Бурение скважины на песок производится комбинированным шнековым и ударно-канатным способом. При бурении в качестве внешней обсадной колонны (для удержания стенок скважины во время бурения) используются металлические трубы с резьбовым типом соединения, диаметром 168 мм. После установки эксплуатационной обсадной колонны с фильтром внутрь внешних обсадных труб, внешние трубы извлекаются.
Эксплуатационная обсадная колонна песчаной скважины состоит из трех частей:
1. Рабочая колонна - расположена от уровня земли до уровня водоносного горизонта. Трубы рабочей колонны с одной стороны, «обсаживают» скважину, удерживая ее стенки от обрушения, с другой - служат для размещения в них водоподъемных труб и насоса.
2.Фильтровая колонна - продолжение рабочей колонны, перфорированная труба, оснащенная нержавеющей сеткой галунного плетения (0.2 - 0.315 мм).
Через фильтровую колонну из толщи водонасыщенного песка вода поступает в скважину, а сетчатый фильтр предотвращает попадание частиц песка.
3. Накопитель - глухая труба, снизу закрытая заглушкой, которая служит для бесперебойного водоснабжения (запаса воды).
2. Скважина на водоносный горизонт в ордовикских известняках.
Скважина на известняк бурится на водоносный горизонт, залегающий в трещинах известняка. Известняк - горная порода , преимущественно состоящая из кальцита (карбоната кальция). Бурение скважин на водоносные горизонты в известняках производится шнеками, которые по виду представляют собой рабочую часть штопора.
В отличие от песчаной скважины на воду, процесс бурения менее трудоемкий. Во время бурения скважины на воду не требуется обсаживание внешними металлическими трубами, для удержания стенок скважины - в силу твердости известняка. Глубина такой скважины составляет обычно 15-40 м.
Скважина на ” известняк” состоит из трех частей:
1. Рабочая колонна.
2.Фильтровая колонна, представляет просто перфорированную трубу (дырчатый фильтр).
3. Накопитель - глухая труба.
3. Артезианские скважины на воду на кембро-ордовикский, ломоносовский водоносные горизонты и вендский водоносный комплекс (гдовский горизонт).
Артезианские водоносные горизонты, приурочены в нашем регионе, к глубоко залегающим песчаникам, которые сверху закрыты пластами водонепроницаемой породы (толща глин), образующими барьер на пути вод четвертичных отложений. Вода, содержащаяся в кавернах этих песчаников, находится на глубине под большим давлением. При вскрытии скважиной такого водоносного горизонта уровень воды под давлением устремляется к поверхности земли и устанавливается, обычно, на глубине 5-15 метров.
Первые артезианские скважины, из которых вода под собственным давлением вырывалась наружу, были пробурены во Франции, в провинции «Артуа», отсюда и название «Артезианская скважина».
Такие скважины обладают дебитом примерно 2-15 м3/час и имеют глубину от 80 м. Их бурят для водоснабжения предприятий, коттеджных поселков или отдельно стоящих жилых домов.
Бурение артезианских скважин производится при наличии у заказчика лицензии на право пользования участком недр с целью геологического изучения.
Ударный снаряд подвешен на канате, который подаётся с инструментального барабана. Снаряд при долблении поднимается и сбрасывается с помощью балансира - оттяжного механизма станка, либо с лебедки. При сбросе снаряд под действием собственного веса падает вниз, разрушая породу на забое. По мере углубления скважины бурильный канат стравливают с инструментального барабана, осуществляя подачу долота. Пробурив некоторый интервал скважины, прекращают долбление и приступают к очистке забоя. Эту операцию выполняют желонкой. После очистки скважины продолжают долбление или приступают к креплению скважины - неустойчивые интервалы закрепляют обсадными трубами.
Бурение (Drilling) - это
Буровой снаряд для УКБ состоит из долота, ударной штанги, ножниц (яссы) и канатного замка (ропсокет).
Долота применяются следующих типов: плоские, двутавровые, зетовые, округляющие, крестовые, пирамидальные и эксцентричные. Тип долота определяется характером проходимых пород. Угол заточки (атаки) зависит от твёрдости буримых горных пород .
При ударном бурении россыпных месторождений для забивки опережающей обсадной колонны одновременно с углубкой скважины, применяют дополнительно в составе снаряда забивную полуштангу и ударную головку.
Бурение (Drilling) - это
Для удаления с забоя разрушенной породы и при проходке пластов плывуна используется желоночный снаряд в следующем составе: желонка, ножницы и канатный замок. Иногда добавляют короткую ударную штангу (полуштангу).
Желонка с плоским клапаном и забивной стакан.
а) плоское; б) двутавровое; в) округляющее; г) крестовое
Основное преимущество ударно-канатного метода в том, что - не требуется снабжать буровые установки глиной и водой.
Основной недостаток - небольшая механическая скорость в легкопроходимых породах, относительно большой затрата обсадных труб, метод более энергозатратный. Так же при бурении в породах выше III-ей категории в непосредственной близости от зданий возможны повреждения фундаментов от возникающей вибрации при ударе долота о забой.
Имеет несколько основных направлений: шнековое, колонковое, бурение с прямой и обратной промывкой, бурение с продувкой.
При шнековом способе бурения мягких и рыхлых пород разрушение породы на забое производят вращающимся долотом различных конструкций, разрушенная порода транспортируется с забоя на дневную поверхность шнеками, представляющими собой единый винтовой транспортер. При шнековом бурении кольцевым забоем применяют магазинные шнеки и специальные коронки. Этот вид бурения — наиболее распространенный и наиболее универсальный способ из всех видов неглубокого бурения. Его применяют при бурении в породах от I до VI категорий по буримости, в том числе в гравийно-галечных и в породах с включением небольших валунов. Широко распространено шнековое бурение ввиду того, что при бурении в большинстве пород происходит попутно закрепление стенок скважины поднимаемой породой.
Основным преимущество бурения шнеками - это высокая скорость проходки.
Основной недостаток - большая энергоемкость, искривление ствола скважины, невозможно бурение в породах выше VI категории.
Бурение (Drilling) - это
При колонковом бурении разрушение породы на забое производится прорезанием кольцевого канала при помощи вращения колонковой трубы с размещенной на ее конце буровой коронкой. При этом в центральной части забоя (внутри колонковой трубы) образуется керн в виде столбика (монолит) ненарушенной структуры. После образования керна достаточной длины его отрывают от массива при помощи кернорвателя, устанавливаемого на колонковой трубе сразу над коронкой и поднимают на поверхность. Нередко колонковое бурение пород ведется с призабойной циркуляцией промывочной жидкости, реже с промывкой ствола скважины глинистым раствором. Вместо промывки применяется также продувка забоя сжатым воздухом. Продувка имеет ряд немаловажных преимуществ перед промывкой, с точки зрения разведочного бурения, а именно:
Бурение (Drilling) - это
Исключается дополнительное увлажнение, а также размыв керна и забоя;
Исключается возможность загрязнения и увлажнения шлама, а также смешивание разностей шлама, вынесенных с разных горизонтов.
Ну и конечно исключается такой важный пункт, как доставка воды к скважинам.
Колонковая труба
Основной недостаток препятствующий широкому использованию данного метода, заключается в геолого-гидрогеологическом ограничении возможности бурения: продувание забоя наиболее целесообразно и эффективно проводить в скважинах, не содержащих воду в жидком состоянии.
Основное преимущество - высокая скорость проходки в породах от V категории и выше. Возможность извлечения на дневную поверхность керна с ненарушенной структурой.
Из общего объема бурения скважин на воду более 85% выполняют вращательным способом с промывкой технической водой или глинистым раствором. В качестве промывочной жидкости при вскрытии водоносных горизонтов используют воду, глинистые растворы, обработанные неионогенными ПАВ (ОП-7, ОП-10 и др.), водногипановые (3-5%-ные) и карбонатные растворы. При бурении вращательным способом используются два вида промывки: прямая и обратная.
Бурение (Drilling) - это
При прямой промывке промывочная жидкость подастся к породоразрушающему инструменту по бурильным трубам и по кольцевому зазору между бурильными трубами и стенками скважины поднимается на поверхность вынося с собой кусочки разрушенной породы (шлама).
При обратной промывке промывочная жидкость поступает в скважину через герметически закрытое устье по стволу скважины и поднимается по бурильным трубам на поверхность.
Схема промывки скважины
а - прямая; б - обратная; 1 - стенки скважины; 2 - направляющая труба; 3 - бурильная труба; 4 - сальник; 5 - отвод промывочной жидкости; 6 - крышка; 7 - подача промывочной жидкости; 8 - переходник.
Бурение сплошным забоем производится шарошечными долотами, тип которых подбирается исходя из категории буримой породы.
Бурение кольцевым забоем с прямой промывкой осуществляется с помощью колонковых наборов с твердосплавными или алмазными коронками.
Основные преимущества.Скорость бурения этим способом в породах мягких и средней твердости на любых глубинах примерно в 3 раза выше по сравнению с ударно-канатным. Конструкция скважины вращательного бурения значительно проще, а издержка обсадных труб на 40-60% меньше, чем при ударно-канатном бурении. Значительно меньшая по сравнению с другими способами энергоемкость и энергозатратность.
Основной недостаток - обеспечение буровых станков водой и глиной.
При бурении с прямой продувкой процессы в общих чертах такие же как и при бурении с прямой промывкой. Только вместо раствора через сальнкик-вертлюг подается сжатый воздух. И разрушенная порода (шлам) выдувается на поверхность. Бурение осуществляется пневмоударниками, а так же шарошечными долотами или колонковыми снарядами с алмазными либо твердосплавными коронками.
Бурение (Drilling) - это
Так как скважина выполняет другие функции, чем колодцы, то при работе нет смысла искать верховую воду, определять оптимальное место. Заказчики, или если Вы бурите для себя, могу выбрать участок под скважину самостоятельно, в том месте, где это удобно и окажет лучший эффект.
Это тем более эффективно по той причине, что вода есть практически в любой почве, вопрос только в том - насколько глубоко она находиться. Бурильные установки бурят скважины до 50 метров, что дает практически гарантированный результат.
Вопрос отнюдь не праздный, так как в технологии пробивания глины или каменистых почв существуют значительные отличия. Не стоит забывать. что на разной глубине тип почвы может измениться, это стоит учитывать и менять оборудование и насадки.
Самый трудоемкий, медленный и дорогостоящий процесс бурения - это разработка известковых, твердых и каменистых прослоек и типов грунта.
Типичная ошибка новичков - в стремлении скорей пройти неприятный участок увеличиваются обороты, из-за чего бур «закусывается» и работа останавливается вовсе. Наоборот, обороты бурильного оборудования должны составлять 30-40, тогда вы стабильно пройдете сложный участок.
Вы сможете пробиться сквозь прочный и жесткий грунт намного легче. Если используете шарошечный долот, шарошку с прямоугольной ленточной резьбой.
К сожалению, бывают просто непроходимые участки - огромные камни, спрятанные в толще земли. В этом случае рекомендуется переставить установку.
Глинистые почвы - рай для бурильщика, бур пробивает такую почву легко и быстро. все идет как по маслу, более того - скважине ничего не грозит, глиняные участки не подвержены расслоению и осыпанию.
Песчаные почвы, плывуны.
Собственно, именно в песке и располагается подземная вода, источники, водоносные слои.
Однако верхний слой, плывун, не годится для эксплуатации, поэтому такие песчаные прослойки также проходятся. Самая большая сложность - это то, что песок осыпается, может завалить и испортить всю работу. Чтобы этого избежать, в оборотную воду добавляют специальные присадки - глины (природная, сухая и бентонитовая), стувамакс.
Самое главное - не спешить и внимательно следить за поведением буровой установки.
В частности, из ствола скважины всегда должна вытекать вода. Если нет, то нужно поднять колонну штанг и использовать мотопомпу. При наращивании штанг приподнимайте колонны. Прогоняйте воздушные столбы по штангам, чтобы прочищать инструменты.
По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее. Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются.
Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.
При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом 1, подвешенным на канате (рис. 3). Буровой инструмент включает также ударную штангу 2 и канатный замок 3. Он подвешивается на канате 4, который перекинут через блок 5, установленный на какой-либо мачте (условно не показана). Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок 6.
1 - долото; 2 - ударная штанга; 3 - канатный замок; 4 - канат; 5 - блок; 6 - 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.
Нефтяные и газовые скважины сооружаются методом вращательного бурения. При данном способе породы дробятся не ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.
Бурение (Drilling) - это
Турбобур - это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости. Электробур представляет собой электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности. Винтовой двигатель - это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.
По характеру разрушения горных пород на забое различают сплошное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонковое бурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечения керна - цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.
Все буровые долота классифицируются на три типа:
долота режуще-скалывающего действия, разрушающие породу лопастями (лопастные долота);
долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями, расположенными на шарошках (шарошечные долота);
долота режуще-истирающего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, которые расположены в торцевой части долота (алмазные и твердосплавные долота).
Буровая установка: 1 - долото; 2 - наддолотная утяжеленная бурильная труба; 3 - переводник; 4 - центратор; 5 - муфтовый переводник; 6, 7 - утяжеленные бурильные трубы; 8 - переводник; 9 - предохранительное кольцо; 10 - бурильные трубы; 11 - предохранительный переводник; 12, 14 - переводники штанговые нижний и верхний; 13 - ведущая труба; 15 - переводник вертлюга; 16 - вертлюг; 17 - стояк; 18 - шланг; 19 - крюк; 20 - талевый блок; 21 - вышка; 22 - кронблок; 23 - редуктор; 24 - лебедка; 25 - ротор; 26 - шламоотделитель; 27 - буровой насос
Скважины на нефть и газ, можно систематизировать следующим образом:
структурно-поисковые, назначение которых — установление (уточнение тектоники, стратиграфии, литологии, оценка продуктивности горизонтов) без дополнительного строительства скважин;
разведочные, служащие для выявления продуктивных объектов, а также для оконтуривания уже разрабатываемых нефтяных и газоносных пластов;
добывающие (эксплуатационные), предназначенные для добычи нефти и газа из земных недр . К этой категории относят также нагнетательные, оценочные, наблюдательные и параметрические скважины;
нагнетательные, предназначенные для закачки в пласты воды, газа или пара с целью поддержания пластового давления или обработки чфч призабойной зоны. Эти меры направлены на удлинение периода фонтанного способа добычи нефти или повышение эффективности добычи;
опережающие добывающие, служащие для добычи нефти и газа с одновременным уточнением строения продуктивного пласта;
оценочные, назначение которых — определение начальной нефтеводонасыщенности и остаточной нефтенасыщенности пласта (и проведение иных исследований);
контрольные и наблюдательные, предназначенные для наблюдения за объектом разработки исследования характера продвижения пластовых флюидов и изменения газонефтенасыщенности пласта;
опорные скважины бурят для изучения геологического строения крупных регионов, чтобы установить общие закономерности залегания горных пород и выявить возможности образования в этих породах месторождений черного золота и газа.
Бурение (Drilling) - это
В цикл строительства скважины входят:
подготовительные работы;
монтаж вышки и оборудования;
подготовка к бурению;
Процесс бурения;
крепление скважины обсадными трубами и ее тампонаж;
вскрытие пласта и испытание на приток черного золота и газа.
В ходе подготовительных работ выбирают место для буровой, прокладывают подъездную дорогу, подводят системы электроснабжения, водоснабжения и связи. Если рельеф местности неровный, то планируют площадку.
В настоящее время на долю черного золота, добытой из морских месторождений, приходится около 30 % всей мировой продукции, а газа - еще больше. Как люди добираются до этого богатства?
Самое простое решение - на мелководье забивают сваи, на них устанавливают платформу, а на ней уже размещают буровую вышку и необходимое оборудование.
Другой способ - «продлить» берег, засыпав мелководье грунтом. Так, в 1926 г. была засыпана Биби-Эйбатская бухта в районе Баку и на ее месте создан нефтяной промысел.
После того как в Северном море были обнаружены большие залежи черного золота и газа более полувека назад, родился смелый проект его осушения. Дело в том, что средняя глубина большей части Северного моря едва превышает 70 м, а отдельные участки дна покрыты всего лишь сорокаметровым слоем воды. Поэтому авторы проекта считали целесообразным с помощью двух дамб - через пролив Ла-Манш в районе Дувра, а также между Данией и Шотландией (длина более 700 км) - отсечь огромный участок Северного моря и откачать оттуда воду. К счастью, этот проект остался только на бумаге.
В 1949 г. в Каспийском море в 40 км от берега была пробурена первая в СССР вышка нефтедобычи в открытом море. Так началось создание города на стальных сваях, названного «Нефтяные Камни». Однако сооружение эстакад, уходящих на многие километры от берега стоит очень дорого. Кроме того, их строительство возможно только на мелководье.
При бурении нефтяных и газовых скважин в глубоководных районах морей и океанов использовать стационарные платформы технически сложно и экономически невыгодно. Для этого случая созданы плавучие буровые установки, способные самостоятельно или с помощью буксиров менять районы бурения.
Различают самоподъемные буровые платформы, полупогружные буровые платформы и буровые платформы гравитационного типа.
Энциклопедия инвестора . 2013 .
