Технология бурения нефтяных и газовых скважин

Технология бурения нефтяных и газовых скважин

Бурение глубокой скважины

Бурение глубокой скважины и тем более сверхглубокой — сложное и дорогое предприятие. В мировой практике глубокие скважины бурят очень мощными и дорогими установками грузоподъемностью 600-800 тонн.

Таких установок изготовлено до сих пор всего несколько штук, меньше, чем пальцев на одной руке.

Наш проект предусматривает проводку скважины большой глубины с помощью обычной буровой установки.

При этом сохраняется классическая схема разрушения и выноса породы на поверхность земли, но применяются новые технологические приемы, некоторые новые инструменты и, главное, новый подход к проблеме глубокого бурения.

Важнейший элемент в комплексе оборудования — буровые насосы, заставляющие буровой (глинистый) раствор под большим давлением циркулировать вниз по бурильным трубам, а затем вверх по кольцевому зазору между колонной труб и стенками скважины.

Энергия насосов преобразуется в полезную работу турбобура, вращающего на забое долото, и обеспечивает подъем разбуренной породы на поверхность земли.

Выходящий из Кольской сверхглубокой скважины раствор очищают от кусочков породы и вновь закачивают в бурильные трубы. Циркуляция идет по замкнутому циклу.

Если вы окажетесь на буровой во время подъема бурильной колонны, то увидите внутри вышки вертикальные ряды «свечей» — отдельные трубы, на которые расчленяется колонна. Обычно колонну составляют «свечи» высотой 36 метров. Их диаметр около 15 сантиметров.

Износилось долото — поднимают всю колонну, навинчивают новое и в обратном порядке спускают «свечи» в скважину. Таких рейсов при бурении глубоких скважин долото делает несколько сотен, а при проходке сверхглубоких — более тысячи!

При этом надо сохранить вертикальность ствола в пределах определенных допусков, своевременно закреплять вскрытые породы обсадными трубами, отбирать с забоя образцы породы — керны, проводить комплекс внутрискважинных геофизических исследований и многие другие работы.

Буровая для проходки глубокой скважины — по сути дела, большой современный завод. Весь комплекс оборудования предназначается для того, чтобы пробурить в земной коре неширокий цилиндрический ход длиной в несколько километров. Это всего лишь укол в недра Земли. Но как трудно его сделать…

Обычно глубокую скважину начинают бурить долотом большого диаметра. Бурение ведут до тех пор, пока в скважине не появляются какие-либо осложнения (приток воды, нефти и газа, уходы бурового раствора, обвалы стенок), делающие невозможным дальнейшее углубление скважины.

Тогда в ствол спускают специальные трубы, а пространство между трубами и стенками скважины заливают цементным раствором.

Теперь скважина одета в броню, и бурение можно продолжать (долотами несколько меньшего диаметра) до тех пор, пока какие-либо новые осложнения не преградят путь долоту.

Тогда в скважину спускают и цементируют еще одну колонну труб, меньшим диаметром, чем первая. Таких труб в скважину спускают столько, сколько встретится зон осложнений.

Каждая глубокая скважина похожа на подземный телескоп, направленный в сторону, противоположную от звезд. По количеству ступеней (труб) в этом телескопе судят о степени сложности и дороговизне бурения.

Заранее определить нужное количество звеньев телескопа и соотношения их размеров очень трудно. Практически невозможно предсказать, на какой глубине произойдет осложнение, которое потребует спуска в скважину обсадной колонны — очередного звена телескопа.

Недра очень изменчивы: буквально соседние скважины могут отличаться друг от друга по условиям проходки. То неожиданно встретится напорный водоносный горизонт, от которого следует оградиться обсадными трубами, то попадется прослойка трещиноватых пород, и буровой раствор начнет утекать по ним вместо того, чтобы уносить наверх разрушенную породу, то вдруг стенки скважины начнут обрушиваться, то образуются каверны…

Невозможно предусмотреть все трудности на будущем подземном пути. Направляясь в путешествие, космонавты, наверное, больше знают о своих трассах, чем атакующие земные недра буровики…

Ведь не случайно сейчас в лабораториях многих стран ученые заняты исследованием кернового материала, доставленного с Луны советскими и американскими летательными аппаратами, но ни в одной лаборатории мира пока нет образцов земных пород, извлеченных из глубины хотя бы 10 километров!

Преимущества эксплуатации техники для ГНБ и технологии горизонтального бурения

Производственно-технические особенности бурения

Благодаря данной технологии можно без проблем прокладывать трубопровод даже в самых непростых случаях и без разработки траншей.

• в плавунах, скальных породах и прочих сложных грунтах;
• под сельхоз объектами, а также водоемами, оврагами и другими природными объектами;
• под автомобильными трассами, железнодорожными путями и взлетно-посадочными полосами, рабочими и нерабочими;
• при большой плотности строений в городах, в том числе крупных: под автодорогами, скверами, а также трамвайными путями;
• на охраняемых зонах, где располагается трубопроводный транспорт или ЛЭП;
• на территории, где расположено пром.предприятие, в том числе во время непрекращающегося производства.

Данная технология имеет множество преимуществ:
Так как данный вид работ не требует приостановки работы движения или перекрытия транспортных путей, это значительно сокращает время работ.

Сокращение времени работы, благодаря современным технологиям бурения и использованию современной техники.

Для выполнения работы требуется минимальное количество единиц техники и людей.

Минимальный риск возникновения аварийной ситуации, гарантия того, что трубопровод останется в сохранности.

Благодаря автономной работе бурового комплекса, никакие дополнительные источники питания не нужны.

Обход препятствий — благодаря гибкости буровых штанг, о которой говорилось выше. Нет необходимости понижать уровень грунтовых вод.

Финансово-экономический аспект бурения

Из выявленных ранее преимуществ технологии следуют следующие аспекты:
Общие затраты на трубопровод уменьшатся, благодаря более быстрому выполнению строительных работ, а также минимальному количеству единиц привлеченных работников и техники.

Вся техника ГНБ автономна, а значит, не надо тратиться на энергоресурсы.

Если работы проводятся в городе, не придется тратиться на восстановление дорог, парков и пр., так как работа гарантированно будет выполнена качественно и аккуратно.

Использование только высококачественного оборудования и растворов позволяет сократить расходы на ремонт и эксплуатацию трубопроводов.

Социально-экономический аспект

Проводимые работы практически не оказывают влияние на экологию и население:
Отсутствие пагубного влияния на окружающую среду.

Отсутствие ущерба сельскому хозяйству.

Хотя проведение подобных работ всегда негативно влияет на жителей, здесь негативное влияние сводится к минимуму.

Прокладка коммуникационных линий традиционным способом требует задействования специальной техники, разрушающей грунтовый массив до уровня закладки. В свою очередь, горизонтально направленное бурение (ГНБ) ориентируется на метод бестраншейного формирования канала или шахты, в которую проводится труба или кабель. Конечно, применяемые в данном случае установки выполняют технологически более сложные действия и требуют больше энергетических затрат. Однако есть и множество преимуществ, оправдывающих методику ГНБ. Технология бурения без создания траншеи позволяет осуществлять прокладку коммуникаций в условиях, когда не допускается разрушение поверхности грунта. Особенно это актуально в городских районах, но на этом особенности данного метода бурения не заканчиваются.

Горизонтально направленное бурение

Помимо большей универсальности ГНБ имеет и другие преимущества перед траншейной прокладкой коммуникаций:

• возможность бурения под лесами, водоемами, оврагами, дорогами и т.д.;
• требуется меньшее количество спецтехники рабочей силы для выполнения прокладки коммуникаций;
• срок работы сокращается;
• риск возникновения аварийных ситуаций значительно снижается;
• нет необходимости восстанавливать поврежденную инфраструктуру и вскрытую земную поверхность;
• ландшафт сохраняет свой первозданный вид, работы не создают неудобств людям, которые проживают в этом районе.

Выполнение работ по ГНБ осуществляется в несколько этапов:

1. Подготовка. Включает в себя изучение грунтов, коммуникационных систем и прочего на участке, где планируется бурение скважины.
2. Бурение пилотной скважины. Используется специальная породоразрушающая головка.
3. Расширение пилотной скважины. Через пилотную скважину протягивается риммер, благодаря чему ее диаметр увеличивается до требуемых размеров.
4. Прокладывание трубопровода.
5. Сдача объекта. Включает в себя составление исполнительной документации, в которой положение трубопровода точно указывается.

Несмотря на свои значительные преимущества, метод горизонтального направленного бурения не может быть применен в некоторых случаях:

• монолитный грунт или грунт с большим количеством валунов;
• наличие препятствий под землей;
• переходы на глубине до 1,5 м;
• короткие переходы.

Если ни одного из этих ограничений нет, то ГНБ может быть выполнено на данном участке.

Бурение пневмоударником с одновременной обсадкой система Symmetrix

Специфические проблемы возникают при бурении в пластической (глинистой) породе насыщеной каменым материалом размерами больше чем 100 мм в диаметре и при обсадке валунных отложений.

Шнековое бурение с последующей обсадкой в данных горизонтах часто не приносит желаемый результат и подвержено относительно большой аварийной опасности.

Практически единственным подходящим методом в данных условиях является бурение пневмоударником с одновременной обсадкой.

В буровой технике известно несколько аналогичных метода. Наиболее распространенным является метод с приминением эксцентричной головки (например ODEX-метод от Atlas Copco).

Эксцентер (режущий элемент) головки раскрывается (ставится в рабочую позицию) внизу режущего трубного башмака при подачи правого вращения. Благодаря этому диаметер бурения становится больше чем внешний диаметр обсадной трубы. При подаче обсадная труба без вращения заглубляется вместе с буровой штангой. Проблемы могут возникнуть при прохождении слоев крупного галечника, который припятствует вращению и раскрытию эксцентричной головки. Поэтому мы используем другую, так называемую „Symmetrix-систему“.

Фото 2: Отводная головка под O 178 обсадную трубу

 Данная система работает с специальным режущим трубным башмаком (нем. «Ringbohrkrone»). Головка, закрепляемая на нижнем окончании трубного гарнитура, имеет вращающееся кольцо наращенное твердосплавными зубками (см. Фото 4).

При монтаже головка пневмоударника фиксируется в специальном вырезе кольца трубного башмака. При буровом процессе через данное соединение происходит передача горизонтальных и вертикальных сил и режущий трубный башмак производит возвратно-поступательные и круговые движения с такой-же частотой как и коронка пневмоударника. Коронка выступает примерно на 50 мм из трубного башмака. Следовательно коронка пневмоударника забуривает а режущий трубный башмак расширяет скважину до диаметра обсадной трубы.

Выбуренная порода через специальные каналы в коронке попадает в пространство между буровыми штангами и обсадными трубами и выносится на поверхность. Размеры специального трубного башмака и обсадных труб схожи (башмак ? 182 мм под ? 178 мм обсадную трубу). Переход с башмака на трубу выполнен без выступов для облегчения демонтажа бурового гарнитура.

При обсадке Symmetrix-системой в сухом каменистом слое возможны осложнения при вытаскивании обсадной колонны. По этой причине были увеличины подьемные усилия на стяжном хомуте у KBKB 20/100 и у KBKB 30/150 до 150 кН. Для буровых установок KBKB 10 и KBKB 13 (подъемный стяжной хомут на 76 кН) мы предлагаем дополнительный гидравлический пресс на 150 кН.

После достижения водоносного горизонта монтаж обсадных труб идет легче.

Стандартный вариант Symmetrix-системы мы предлагаем с пневмоударником на 4 дюйма под ? 178 мм обсадную трубу. Возможно также применение труб ? 152,4 мм. С ? 178 мм обсадной трубой свободный проход режущей головки составляет 141 мм (конечный диаметер бурения 135 мм), с ? 152,4 мм трубой 116 мм соответственно (конечный диаметер бурения 115 мм).

Symmetrix-система подходит под обсадные трубы как с правой так и с левой резьбой поскольку вращается только трубный башмак.

Применения данного метода в модифицированой форме возможно также при бурении с промывкой. В этом случае вращательное движение на трубную головку передается через переходник от шарошечного долота. Данный метод находится в стадии разработки.

Выброс породы происходит через верхнее окончание обсадной колонны. Логично, что для обеспечения чистоты на рабочем месте, данный промывочный поток необходимо канализировать и отводить. Для этой цели на вращателе смонтирована юбка из PVC-материала (Фото 3). Она останавливает поток сразу у буровой штанги. Порода (с промывкой или без) отводиться или убирается непосредствено от скважины. Моя фирма предлагает также отводную систему для отвода выбуреной породы непосредственно в контейнер.

Фото 3: «Юбка» на вращателе KBKB 20

Плюсы и минусы колонкового бурения

К положительным моментам процесса относятся:

• Точечное действие коронки, вырезающей породу по своему радиусу, в отличие от роторного долота, оное во время прохода разрушает грунт.
• Высокая производительность способа.
• Возможность посредством колонкового бурения скважин изучить подземное строение грунтов в зоне выполнения работ.
• Применяя этот метод, проходят восстающие, многозабойные, наклонные скважины; в любых пластах, в том числе базальтовых и гранитных.
• Частота вращения бура регулируется: на мягком грунте довольно небольших оборотов, твердые породы требуют более высоких.
• Сравнительно высокая скорость проходки, снижающая себестоимость объекта, при пониженной энергоемкости процесса.

Как в любом процессе, колонковое бурение имеет некоторые недостатки:

• В тех процессах, когда применяют глинистый раствор, есть риск заиливания водоносного слоя продуктами промывки.
• Быстрое изнашивание инструмента.
• Сухое бурение – слишком затратное.

Во время работы с глубинными пластами эти факторы остаются решающими. Стоимость оборудования вместе с ценой грунтовых работ составляет солидную цифру.

Процесс колонкового бурения проходит в несколько этапов, оборудование подлежит регулярному осмотру на предмет повреждений и сколов

Мастера проходят регулярную учебу по технике безопасности, такая мера предосторожности существенно снижает процент повреждений

Видео по теме: Технология бурения скважин

Подборка вопросов

• Михаил, Липецк — Какие диски для резки металла использовать?
• Иван, Москва — Какой ГОСТ металлопроката листовой стали?
• Максим, Тверь — Какие стеллажи для хранения металлопроката лучше?
• Владимир, Новосибирск — Что значит ультразвуковая обработка металлов без применения абразивных веществ?
• Валерий, Москва — Как выковать нож из подшипника своими руками?
• Станислав, Воронеж — Какое оборудование используют для производства воздуховодов из оцинкованной стали?

Технологические особенности способа

Колонковый способ бурения имеет ряд особенностей:

• Мастера могут обрабатывать даже сыпучие грунты, множество острых коронок позволяет мастерам изменять пласты породы любого уровня твердости.
• Отверстие рабочей скважины несложно выравнивать, если ее диаметр находится в диапазоне 1 метра.
• Прочное, современное буровое оборудование мастера часто на территории извилистого ландшафта.
• Колонковые трубы, длиной 0.4–6 метра, используют и повторно по прямому назначению.
• Буровую коронку время от времени нужно менять, она становится тупой.
• Перед тем как запустить очередную алмазную коронку, дно скважин обрабатывают бурильным долотом, чтобы продлить срок службы коронки.
• Площадка под буровую установку призвана быть строго горизонтальной.

Оборудование для колонкового промышленного и разведочного бурения часто устанавливают на шасси тяжелых автомобилей МАЗ, КАМАЗ и Урал, тракторов или гусеничной спецтехники (вездеходов) при варианте сложных рельефов местности.

Что касается вопросов водоснабжения, есть немало легкого мобильного оборудования, пригодного для бурения скважин для воды.

Начинаем бурение важные этапы подготовки

Горизонтальное бурение, выполняемое своими руками, подразумевает проделывание прокола с использованием профессионального оборудования. Прежде чем приступать к проделыванию канала под дорогой или ж/д путями, следует подготовиться к данному процессу. Для получения пробуриваемого отверстия требуется выровнять площадку, на которой будет размещено оборудование.

Размер площадки, на которой будет размещаться установка, должен быть не менее 10х15 м. Площадка делается именно в месте планируемого прокола под дорогой. Только после того, как площадка необходимого размера будет подготовлена, можно перевозить соответствующее оборудование и аппаратуру.

Предварительно требуется также подготовить установку, которая подготавливает бентонитовый раствор. Этот раствор замешивает спецмашина, которая должна быть размещена рядом с буровым механизмом. Расстояние между этими аппаратами должно быть не меньше 10 метров. Раствор бентонита применяется для того, чтобы укрепить стенки скважины, а также для устранения земли из буримого канала.

К подготовительному процессу также относятся следующие мероприятия:

1. Обустройство специальных приямков на входе и выходе канала. В эти колодцы будет перемещаться избыточное количество раствора.
2. Определить наличие подземных коммуникаций, которые не должны быть задеты буровой установкой.
3. Изучить характер грунта, на основании чего будет принято решение выбора оптимальной трассы для бурения.
4. Настроить связь между прорабом и оператором техники.

От этапа подготовки зависит, как пойдет сам процесс, поэтому к данному мероприятию нужно отнестись с особой важностью. При бурении соблюдается техника безопасности, от которой зависит здоровье и жизнь работников

Характеристика способа

Извлекаемый на поверхность керн – цилиндрический столбик материала, его отбирают на пробу и транспортируют наверх с помощью шнекового подъемника – много способен сказать исследователям недр.

Пласты видны в разрезе, подобных точных показателей не сможет дать ни один из ныне существующих способов бурения.

Кольскую сверхглубокую скважину пробурили этим способом. Была достигнута отметка 12,262 тыс. метров – уникальный результат в разведывательном бурении.

А еще колонковый способ незаменим при бурении скважин для поиска воды, технология дает надежный результат – 100%. Стоит разобраться и в тонкостях самой технологии, в инструменте для ее реализации, изучить все плюсы и минусы.

Использовать колонковую технологию несложно, специалисты могут работать со всеми видами пород, вплоть до глубины 1 тыс. метров, когда срезы пластов подаются на поверхность с определенной периодичностью.

Понятие о скважине

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, подвешенным на канате. Буровой инструмент включает также ударную штангу и канатный замок. Он подвешивается на канате, который перекинут через блок, установленный на какой-либо мачте (условно не показана).

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.

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.

Скважина — горная выработка круглого сечения, пробуренная с поверхности земли или с подземной выработки без доступа человека к забою под любым углом к горизонту, диаметр которой много меньше ее глубины. Бурение скважин проводят с помощью специального бурового оборудования

Различают вертикальные, горизонтальные, наклонные скважины. Начало скважины называется её устьем, дно — забоем, внутренняя боковая поверхность — стенками. Диаметры скважин колеблются от 25 мм до 3 м. Скважины могут иметь боковые стволы (БС), в том числе горизонтальные (БГС)

По назначению различают буровые скважины: картировочные, опорные, структурные, поисковые, разведочные, эксплуатационные, геотехнологические и инженерно-технические (горнопроходческие, вентиляционные, дренажные, барражные, взрывные и т. д.).

Скважина газовая — скважина, которая пробурена к газоносному горизонту и используется для извлечения газа и газового конденсата.

Скважина нефтяная — скважина, которая пробурена к нефтеносному горизонту или чаще всего нефтегазоносному и используется только для извлечения нефти. Скважина не может использоваться для добычи газа — это связанно с устройством самой скважины, а главное — спецификой подготовки нефти к транспортировке, газ перед транспортировкой очищается и осушается согласно СНиП, ТУ и других нормирующих документов.

Бурение с промывкой

К бурению с промывкой преступают после запресовки обсадных труб до стабильной (неосыпающейся) породы. Для циркуляции промывочного потока на буровых установках нашей фирмы смонтированы промывочные насосы с гидравлическим приводом (Фирмы: Speck или Caprari) На KBKB 20/100 с мощностью потока в 720 л/мин и высотой подъема 83 метра (Speck 50/250), на KBKB 30/150 с 960 л/мин и 132 метра соответственно (Caprari MECA 004/80).

Для установок KBKB 10/2 и KBKB 13 предлагаются промывочные насосы, на глубины до 50 или 100 метров, на сепаратном колесном шасси. Данные насосы приводятся отдельным бензиновым или дизельным двигателем. В оснащение входит всасывающий шланг на «3» и шланг давления на «5» дюйма.

В качестве промывочной жидкости может использоваться как чистая вода так и вода с дополнительными присадками.

Присадки используются для дополнительной стабилизации стенок скважины. В качестве присадок используются антисоль или бентонит. Наша фирма предлагает как сами присадки так и апараты для их замешивания и запресовки (состоит из 3-х частей; размеры 1,5х1,2х0,6 м.) Для размешивания суспензии с присадками а также для замешивания цементного раствора при запресовке геотермальных зондов мы предлагаем вентури-смеситель с приводом от промывовочного насоса с мощностью потока в 500 л/мин.

Промывочная система состоит из 2-х контейнеров для более качественной и быстрой осадки вынесенного материала в промывочной суспензии. Бесперебойная работа промывочного насоса напрямую зависит от качества отчистки (осадки) промывочной жидкости. Промывочный поток поступает в первую камеру по отводящему шлангу на «5» дюйма и всасывается из 2 камеры шлангом на «3» дюйма. При работе наблюдайте за всасывающей головкой. Она не должна быть забита поскольку это негативно сказывается на работе промывочного насоса.

В качестве бурового (режущего) инструмента при бурении с промывкой применяются шарошечные или лопастные долота. При бурении шарошечными долотами для оптимального давления на режущий инструмент рекомендуется применять утяжеленные штанги.

Поток промывочной жидкости из скважины имеет скорость 0,3-0,5 м/с.

Фото 4: Режущий трубный башмак

Важно по окончанию забуревания каждой штанги основательно прочистить скважину от породы. Для этого рекомендуется 2-3 раза поднять и опустить буровой гарнитур на ход подачи

Вынос породы можно проконтролировать с помощью какого-либо фильтрующего элемента. Только после прекращения выноса породы отключить промывочный поток. Для этого не обязательно отключать промывочный насос. Можно лишь перекрыть промывочную систему с помощью шарового крана на промывочном насосе. После монтажа следующий буровой штанги шаровый кран открывается.

При прохождении глинистых слоев есть опасность разбухания глины под воздействием воды и связанные с этим осложнений при заглублении геозонда. Для предотвращения разбухания глины рекомендуется применять в качестве присадки хлорид магнезия. Данная соль предотвращает разбухание глины. Кроме этого глиняная порода выносится не в виде суспензии, а в виде небольших кусков что упрощает отчистку промывочной жидкости.

При долгих рабочих паузах рекомендуется промыть насос чистой водой. При отрицательных температурах обязательно слить остаточную воду.

Общие сведения о технологии

Техника выполнения бурения по горизонтальной линии заключается в формировании скважины путем раскроя грунта по методу углового прокола. То есть установка с рабочей головкой вводится в недра земли таким образом, что поверхность, под которой планируется проведение коммуникационного канала, сохраняет свою целостность. Традиционный метод и технология горизонтального бурения реализуются с помощью породоразрушающего инструмента. Это с излучателем и скосом. Головка производит пилотное бурение, а затем посредством системы управления осуществляется основная часть работы с изменением параметров образования скважины в зависимости от требований проекта.

Немалая часть работ производится еще до начала бурения. Специалисты изучают свойства и качества грунта, расположение функционирующих коммуникаций и т. д. Зондирование грунтового массива с регистрацией других подземных объектов является важнейшим этапом подготовки, после которого можно начинать горизонтально направленное бурение. Технологии мониторинга возможных трасс пересечения существующей коммуникации с проектной позволяют не только решить вопрос с допуском к работам, но и определить оптимальную тактику и траекторию строительства скважины.

mr-build.ru

Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин

studfile.net

Дотянуться до глубин — Журнал «Сибирская нефть» — Приложение «Нефть. Просто о сложном» №126 (ноябрь 2015)

Хотя сама идея бурения кажется простой и понятной, в реальности этот процесс сопряжен с большим количеством трудностей. Современная скважина — сложнейший объект, строительство которого требует применения высоких технологий

От быка до турбобура

Бурить скважины люди начали давно. Известно, что в эпоху династии Хань (202 до н. э. — 220 н. э.) китайцы уже умели строить скважины, достигавшие 600 м в глубину. Судя по сохранившимся изображениям, при этом использовался ударно-вращательный метод бурения: быки поворачивали долото, а группа людей синхронными прыжками загоняла его глубже в землю. Первая информация о бурении скважин в России относится к IX веку и связана с добычей растворов поваренной соли в районе Старой Руссы.

Официально принято считать, что первую скважину глубиной около 500 м, предназначенную для коммерческой добычи нефти, построил в 1859 году в штате Пенсильвания Эдвин Дрейк. Однако известно, что как минимум за 10 лет до этого нефтяные скважины успешно строили в Баку, и это не единственный пример, позволяющий оспаривать пальму первенства США.

В середине XIX века при бурении скважин для добычи соляных растворов, а потом и нефти применялось в основном ударное бурение. При этом разрушение (дробление) породы происходит под действием ударов падающего снаряда либо ударов по самому неподвижному снаряду. С увеличением глубины бурения эта технология становится все менее эффективной — сложнее промывать скважину, жидкость создает дополнительное сопротивление падающему долоту, а при бурении без промывки много времени уходит на очистку и крепление скважины. Поэтому на смену ударному пришло вращательное бурение.

Внедрение технологии механического роторного бурения в начале ХХ века стало одним из ключевых событий развития нефтяной промышленности. Впервые новую технологию применили на нефтяных промыслах Техаса в 1901 году. При роторном бурении долото, дробящее породу, присоединялось к колонне бурильных труб, вся эта конструкция опускалась в скважину и вращалась специальным станком с поверхности.

В 1922 году советский ученый Матвей Капелюшников создал турбобур. Турбинный двигатель, вращавший долото, стали размещать прямо на забое скважины. Изобретение усовершенствовало роторное бурение, при котором долото, прикрепленное к колонне из труб, вращалось с поверхности земли.

К окончанию первой трети XX века роторное бурение полностью завоевало нефтяную отрасль. Изменения в конструкции оборудования и технологии привели к более чем десятикратному увеличению скорости проходки и снижению себестоимости буровых работ, при этом глубину скважин удалось увеличить до 3–4 км. Впрочем, и этот способ не был лишен недостатков. Среди них — громоздкость бурового инструмента: при глубине скважины в 4 км колонна бурильных труб весила более 200 тонн, и основная часть энергии тратилась именно на вращение колонны, а не на углубление самой скважины. Решить проблему позволило размещение двигателя, вращающего долото, в глубине скважины.

Устройство нефтяной скважины

Каждая колонна обсадных труб, спускаемая в скважину, имеет свое назначение и название. Первая, самая короткая, — направление. Она предназначена для предохранения устья скважины от размыва и для направления промывочной жидкости в желобную систему в процессе бурения скважины. Следующая колонна — кондуктор — изолирует водоносные пласты, перекрывает верхние неустойчивые породы. На нее монтируется противовыбросовое оборудование. Низ кондуктора, как и низ всех спускаемых после него колонн, заканчивается короткой утолщенной трубой, называемой башмаком.

Технические колонны опускают в скважину в особо сложных случаях — они служат для перекрытия пластов при определенных геологических условиях бурения (зоны высокого поглощения, пласты, склонные к набуханию от воды, осыпанию и т.п.). Эксплуатационная колонна спускается в скважину для извлечения нефти, газа или нагнетания в продуктивный горизонт воды или газа с целью поддержания пластового давления. Она предназначена для крепления стенок скважины, разобщения продуктивных горизонтов и изоляции их от других пластов. Эта колонна спускается до продуктивного пласта.

Фильтр — участок скважины, непосредственно соприкасающийся с продуктивным нефтяным или газовым горизонтом. Через фильтр в скважину поступает жидкость. Фильтром может служить не обсаженный колонной участок ствола скважины, специальное устройство с отверстиями, заполненное гравием и песком, часть эксплуатационной колонны или хвостовика с отверстиями или щелями. На устье скважины монтируется фонтанная арматура — устройство, которое запирает скважину. Его функция — регулировать и контролировать работу скважины, предохранять от аварийных фонтанных выбросов флюида.

Прогресс двигателей

Первым такой агрегат — турбобур — создал в 1922 году советский ученый Матвей Капелюшников. Современный турбобур — это многоступенчатый гидравлический двигатель. В каждой ступени турбины (а их количество может достигать 350) имеются два диска с профильтрованными лопатками. Один из них (статор) неподвижно закреплен в корпусе турбобура, а другой (ротор) вращается. Буровой раствор, нагнетаемый в скважину для промывки забоя, вращает роторы, усилие с которых передается на долото. Позднее появились и другие виды погружных двигателей, например, электрический и винтовой. В настоящее время на бурение с применением забойных двигателей приходится более 90% работ. При этом само бурение происходит с чередованием направленного (без вращения всей колонные) и роторного режима (с вращением колонны). Именно этот способ бурения позволил строить не только вертикальные скважины.

Существенный недостаток традиционного роторного бурения — невозможность передавать на долото усилие, которое бы искривляло траекторию проходки в нужном направлении. Появление забойного двигателя решило эту проблему. Чтобы искривить ствол скважины, применяются специальные отклонители долота, при этом само долото вращается погружным двигателем. Когда угол наклона скважины изменен, прямой участок можно пройти роторным способом.

Возможность бурить скважины с разным углом наклона, в том числе и горизонтальные, стала толчком к появлению идеи строительства многоствольных скважин. То есть скважин, у которых от основного ствола отходят дополнительные под разными углами. Мало того, ответвления могут отходить и от боковых стволов. Часто боковые стволы зарезаются на уже существующих скважинах, чтобы увеличить охват разрабатываемых продуктивных пластов. В целом же строительство

www.gazprom-neft.ru

Бурение нефтяных и газовых скважин

Бурение нефтяной скважины по системе воздействия на горные породы подразделяют на механическое и немеханическое бурение. В случае механического метода, действия, происходят с помощью инструмента, который непосредственно воздействуя на горную породу, ломает её. При немеханическом методе, исключая прямой контакт с породой источника воздействия, происходит её разрушение.

Бурение нефтяных и газовых скважин немеханическим способом (термическим, гидравлическим, электрофизическим), в настоящее время не практикуют.

Механические способы, применяемые в бурении скважин

Ударный

Bследствие бурения нефтяных и газовых скважин, происходит разламывание горных пород посредством долота (1), подвешенного на канате. C помощью ударной штанги (2), замка канатного, подвешенном нa канате (3-4), его перекидывают через блок, который установлен на мачте (5).

Тем самым, возвратно-поступательное движение механизма снабжает буровой станок(6). Удлинение каната происходит соответственно углублению скважины, a поворотом долота обеспечивается цилиндричность.

Для очистки забоя от разрушительной породы при бурении нефтяных и газовых скважин инструмент буровой регулярно извлекают из скважины, опуская сразу желонку, которая похожа на удлинённое ведро с клапаном на дне. После погружения желонки в состав из разбуренных частиц породы и жидкости, открывается клапан, заполняя тем самым желонку этой смесью. Клапан закрывается при подъёме желонки, извлекая смесь наверх. В саму скважину спускают обсадную трубу, длина которой увеличивается соответственно углублению забоя. При бурении данные мероприятия преследуют цель – избежать обрушения стенок скважины.

Вращательный

• турбобуром – гидравлической турбиной, приводимой во вращения с помощью промывочной жидкости, нагнетаемой при бурении в нефтяную и газовую скважину;
• электробуром – защищённым от проникновения жидкости электродвигателем с кабелем, питание которого в течение бурения нефтяных и газовых скважин подаётся с поверхности;
• винтовым двигателем – забойной гидравлической машиной с использованием винтового механизма, для трансформации энергии течения промывочной жидкости в механическую, вращательного движения, для эффективной деятельности по бурению нефтяных и газовых скважин.

Разломка горных пород на забое характеризуется двумя типами бурения нефтяных и газовых скважин:

• сплошным – охват всей площади;
• колонковым – исключительно по кольцу для извлечения керна, с помощью которого производится анализ состава, свойств, строения горных пород и флюида насыщения пород.

snkoil.com

Турбинное бурение нефтяных скважин – особенности метода

Турбинное бурение скважин представляет собой вид вращательного бурения, где породоразрушающий инструмент вращается трубобуром – гидравлическим забойным двигателем. Применяется для композиционных материалов твердого и сверхтвердого характера. Турбобур подбирается в зависимости от типа бурения скважины:

• с повышенным расходом жидкости;
• с подавлением вибрации долота;
• с большим запасом вращающего момента.

Данный метод применяется для осуществления бурения нефтяных, разведывательных и газовых  скважин, так как имеет свои преимущества:

• большая механическая скорость;
• скорость бурения наклонных скважин аналогична вертикальным;
• постоянные усовершенствования.

К недостаткам можно отнести тот факт, что при высокой скорости уменьшается проходка долота. Для того, чтобы увеличить длину рейса, приходится снижать обороты. Тем не менее, характеристики турбин регулярно подвергаются изменениям, что повышает эффективность всей установки. В частности:

• значительно улучшились показатели КПД;
• понизились частоты вращения на разгоне;
• понизился перепад давления в трубобурах;
• улучшились показатели стойкости.

В целом, турбинное бурение активно применяется в добыче нефтяных, газовых залежей, а также в ряду других разведывательных и эксплуатационных скважин.  Чаще всего этот способ применяется для бурения наклонных скважин.

Особенности турбинного режима

Равно как и любой другой способ, особенности турбинного режима бурения также существуют.

Основной задачей при проведении проектирования режима трубинного бурения является:

• настройка работы насосов;
• подбор буров.

Кроме этого, исходя из типа грунта подбираются подходящие долота.

Их корректный выбор очень важен, так как от его правильности зависят показатели бурения качественного характера, а также количественный результат турбинного режима.

Турбинный способ бурения скважин, по сравнению с роторным, гораздо более эффективен, так как коэффициент передачи мощности от источника энергии к долоту в нем на порядок выше. Это позволяет ощутимо повысить производительность и, соответственно, ускорить некоторые этапы работы.

Допускает использование любых промывочных жидкостей, что также снимает определенные ограничения. С точки зрения безопасности, турбинное бурение несет меньшую опасность и менее вредит здоровью персонала.

Правильный подбор долот и режимов работ – это залог эффективного бурения. Крайне важно найти наиболее оптимальные характеристики, которые позволят максимально рационально задействовать как временные, так и топливные и энергетические ресурсы.

При турбинном режиме бурения грамотный подход играет решающую роль. В противном случае, данный способ может оказаться менее эффективным, чем роторный.

Технология турбинного бурения нефтяных скважин

Турбинное бурение нефтяной скважины – один из наиболее эффективных способов провести забойные работы. В целом, сам принцип бурения ничем не отличается от других – точно также различные слои грунта бурятся с помощью соответствующих долот, а сам забой продувается или промывается.

Важно отметить, что осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент подбирается в зависимости от твердости пород, однако частота вращения также должна корректироваться: чем тверже порода, тем меньше оборотов.

Так, турбинный способ бурения характерен тем, что его колона сама не вращается. Вместо этого она перенимает реактивный крутящий момент, производимый двигателем. По сути, такая колона служит средой передачи гидравлической энергии, которая и приводит в действие бур.

Различается и расположение забойного двигателя. Турбинный метод бурения подразумевает, что турбобур находится прямо над долотом и выполняет функции преобразователя гидравлической энергии в механическую. Первая появляется за счет потока бурового раствора, который проходит через все ступени гидравлической турбины.

Рабочие характеристики турбобура определяются:

• КПД;
• крутящего момента;
• перепада давления.

В зависимости от режима бурения, различают следующие турбобуры:

• односекционные, бесшпендельные;
• односекционные, шпендельные;
• духсекционные;
• трехсекционные.

Внутри секций могут находиться металлические составные или же цельнолитые турбины. Роме этого, присутсвуют резинометаллические опопры. Иногда они заменяются шаровыми.

Контроль за работой во время забоя производится с помощью манометра и индикатора веса. Важно следить, чтобы при постоянной подаче насосов в турбобуре перепад давления не менялся, или же менялся незначительно. Любые изменения, выходящие за пределы нормы, сигнализируют о возникновении неполадок в процессе работы. К примеру, повышение давления может провоцироваться засоренностью каналов турбины.

Гидравлическая турбина турбобура

Гидравлическая трубина является движущим узлом установки.Любая из её ступеней узла состоит из:

• ротора – вращающаяся часть, соединена с валом;
• статора – неподвижная часть, соединена с корпусом.

Для того, чтобы их лопатки меньше подвергались износу, их делают одинаковыми по профилю, но располагают их так, чтобы они были направлены в различные стороны.

Важно помнить, что необходимо постепенно понижать подачу буровых насосов для сохранения перепада давления в турбине.

Процесс бурения

Читайте также:

snkoil.com

Смотрите также

• 
  Санитарно охранная зона скважины
• 
  Погружные насосы для скважин технические характеристики
• 
  Енир бурение шпуров
• 
  Подача воздуха в скважину
• 
  Как проверить качество скважины на воду
• 
  Процесс бурения скважины на воду
• 
  Какая температура воды из скважины
• 
  Схема водоснабжения частного дома от скважины с частотным преобразователем
• 
  Геосервис бурение скважин на воду
• 
  Газоконденсатные исследования скважин
• 
  Насосы для скважин инжекторные