Общие сведения о бурении скважин кратко

Обновлено: 02.07.2024

Назначение скважин. Краткие сведения о бурении скважин.

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка в земной коре, имеющая при малом поперечном сечении весьма значительную длину и предназначенная для извлечения полезных ископаемых на поверхность.

Начало скважины (на поверхности) называют устьем, ее конец- забоем. Все полое пространство от устья до забоя называется стволом.

Скважины могут быть вертикальными или наклонно-направленными. В отдельных случаях бурят горизонтальные скважины.

По назначению скважины делятся:

1) поисковые- для поисков новых залежей

2) разведочные -для изучения геологического строения и свойств продуктивных пластов с целью получения информации, необходимой для установления площадных размеров залежей и подсчетов запасов в них полезных ископаемых, а также для проектирования систем разработки

3) добывающие(эксплуатационные) – для извлечения из недр нефти и газа.

4) нагнетательные – для закачки в недра воды, воздуха или газа со специальными целями (поддержание пластового давления)

5) наблюдательные и контрольные – для наблюдения за ходом разработки залежи (для контроля Рпл, положения ВНК, ГНК) при помощи различных приборов, спускаемых в скважину

6) специальные:

а) оценочные – для оценки нефтенасыщенности пластов, уточнения

положения контуров нефтеносности и т.д.

б) водозаборные – для водоснабжения буровых установок и систем

нагнетания воды в продуктивные пласты

в) поглощающие – для сброса сточных вод в глубоко залегающие пласты,

чтобы не загрязнять поверхностные водоемы

г) зажигательные – для образования очагов подземного горения нефти при

использовании тепловых методов разработки

Способы бурения: механическое, термическое, физико-химическое, элетроискровое. Широкое применение: механический способ бурения: ударный, ударно-вращательный, вращательный.

Вращательное бурение. Скважина высверливается непрерывно вращающимся долотом. Разбуренные частицы породы в процессе бурения выносятся на поверхность непрерывно циркулирующей струей бурового раствора.

В зависимости от местонахождения двигателя вращательное бурение разделяют на: роторное – двигатель находится на поверхности и приводит во вращение долото на забое колонной буровых труб; и бурение с забойным двигателем (турбиной) (гидравлическое или при помощи электрического бура) – двигатель переносится к забою скважины и устанавливается над долотом.

Процесс бурения состоит из следующих операций:

- спуско- подъемных работ (опускание буровых труб с долотом в скважину до забоя и подъем буровых труб с отработанным долотом из скважины);

- работы долота на забое (разрушение породы долотом).

Эти операции периодически прерываются для спуска обсадных труб в скважину, чтобы

предохранять стенки скважины от обвалов и разобщить нефтяные и водяные горизонты.

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

В скважину спускают долото, диаметр которого меньше диаметра предыдущей обсадной

колонны. Затем в пробуренную до проектной глубины скважину опускают колонну обсадных труб (эксплуатирующих колонну) и цементируют ее.

Если при бурении под эксплуатационную колонну возникают большие осложнения, то после кондуктора спускают одну или две промежуточные (технические) колонны.

Полный цикл строительства скважины:

1) Подготовительные работы – устройство подъездного пути, планировка площади, устройство фундаментов и т.п.

2) ВМР – строительство или перетаскивание вышки, монтажно–бурового оборудования, установка его на фундаменте.

3) Подготовительные работы и бурение скважины.

4) Бурение скважины – проходка и крепление.

5) Испытание скважины на приток нефти (освоение).

6) Демонтаж бурового оборудования.

Буровая установка –сложный комплекс машин, механизмов, аппаратуры,

металлоконструкций, средств контроля и управления, расположенных на поверхности.

В комплект буровой установки входят:

- вышка для подвешивания талевой системы и размещения буровых труб, оборудование для СПО, оборудование для подачи и вращения инструмента, насосы для прокачивания промывочной жидкости, силовой привод, механизмы для приготовления и очистки промывочной жидкости, механизмы для автоматизации и механизации СПО, КИПиА. В комплект буровой установки входят также металлические основания, на которые монтируется оборудование.

Различные условия и цели бурения при наличии большого разнообразия глубин и

конструкций скважин не могут быть удовлетворены одним типоразмером буровой установки, поэтому предусмотрены разные буровые установки.

В случае, если наклонно-направленная скважина заканчивается горизонтальным участком, то она называется горизонтальной. Процесс бурения называется горизонтальным.

Для вскрытия продуктивных пластов (горизонтов) с целью их эксплуатации или опробования в эксплуатационной колонне и цементном кольце пробивают отверстия при помощи перфорации. Широкое применение получила перфорация фокусированными струями газов, которые возникают при взрыве кумулятивных зарядов.

Последнее мероприятие перед сдачей скважины в эксплуатацию – вызов притока жидкости из пласта. Приток жидкости в скважину возможен только в том случае, когда давление на забой в скважине меньше пластового давления. Поэтому все работы по освоению скважины заключаются в понижении давления на забой и очистке забоя от грязи, бурового раствора и песка. Эти работы осуществляются разными способами в зависимости от характеристики пласта, величины пластового давления, количества газа, технической оснащенности.

Не подлежат передаче следующие скважины:

- с негерметичной колонной;

- с цементным стаканом в колонне больше, чем предусмотрено проектом;

- с негерметичной обвязкой устья;

- с отсутствием цемента за колонной против эксплуатационных пластов;

- в аварийном состоянии.

Требования при приемке скважин из бурения:

1) Необходимо убедиться в наличии правильности оформления актов на опрессовку эксплуатационной колонны, головки, фонтанной арматуры, коллекторов от скважин до ГЗУ, спуска шаблона согласно плану освоение скважины, промывку на воду и нефть.

2) Совместно с представителем УБР осмотреть оборудование устья скважины, обращая внимание на соответствие установленных колонной головки и фонтанной арматуры указанным в акте. Перечислить в акте все имеющиеся в наличии задвижки, шпильки, а для фонтанных и нагнетательных скважин указать наличие и состояние лубрикатора, площадки, лестницы. А также:

3) Площадка куста в радиусе 25 м от устья скважины должна быть очищена от оборудования, металлолома, замазученности и так, чтобы верхняя кромка муфты кондуктора была на уровне земли.

4) Фонтанная арматура должна быть установлена в одной плоскости.

5) При приемке механизированных скважин убедиться в наличии и работоспособности не только наземного, но и подземного оборудования,

6) При приемке нагнетательной скважины в отработку на нефть она должна быть обвязана как по нефти, так и по воде, на фланце водяного коллектора должна быть установлена заглушка.

7) Шламовые амбары должны быть обвалованы и ограждены.

8) В течение двух суток необходимо подписать акт приема скважины.

9) Не подписывать акт приема скважины и передать свои замечания начальнику цеха, если в течение двух суток замечания не будут устранены.

Скважина – это цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в неё человека, у которой длина намного больше диаметра. Верхняя часть скважины называется устье, дно – забой, боковая поверхность – стенка, а пространство, ограниченной стенкой – ствол. Длина скважины – расстояние от устья до забоя по оси ствола, а глубина – проекция длины на вертикальную ось. Длина и глубина численно равны для вертикальных скважин, но не совпадают для наклонных и искривленных скважин.

Бурение – это технологический процесс сооружения ствола скважины, который включает следующие основные операции:

– углубление скважины посредством разрушения горных пород буровым инструментом;

– удаление породы из скважины;

– крепление ствола скважины в процессе ее углубления;

– проведение комплекса геолого-геофизических работ по исследованию горных пород;

– спуск на проектную глубину и цементирование дна скважины.

Различают следующие виды бурения: мелкое (до 1500 м); бурение на средние глубины (1500 – 4500 м); глубокое (4500 – 6000 м) и сверхглубокое (свыше 6000 м).

Самой глубокой буровой скважиной в мире является Кольская сверхглубокая, глубина которой составляет 12262 м. Самая длинная скважина в мире пробурена на Чайвинском нефтяном месторождении проекта Сахалин-1 под острым углом к поверхности земли. Её длина 12700 метров.

При сооружении скважины сначала бурят шурф – колодец до глубины залегания устойчивых горных пород (4 – 8 м). Затем в него устанавливают трубу необходимой длины, а пространство между стенками шурфа и трубой заполняют бутовым камнем и заливают цементным раствором. Этот начальный участок скважины называют направлением.

Сразу за направлением бурится участок на глубину от 50 до 400 м диаметром 900 мм. Данный участок скважины закрепляют стальной обсадной трубой, которую называют кондуктором. Пространство за кондуктором цементируют. С помощью кондуктора изолируют неустойчивые породы, осложняющие процесс бурения.

После установки кондуктора не всегда удается пробурить скважину до проектной глубины. В таких случаях устанавливают одну или несколько промежуточных обсадных колонн. При бурении однотипного разреза прочных пород обсадная колонна может отсутствовать.

Последний участок скважины закрепляют эксплуатационной колонной. Она предназначена для подъема нефти и газа от забоя к устью скважины или для нагнетания воды в продуктивный пласт с целью поддержания в нем давления. Во избежание перетоков нефти и газа пространство между эксплуатационной колонной и стенкой скважины заполняют цементным раствором.

Для извлечения из пластов нефти и газа в нижней части эксплуатационной колонны перфорируют ряд отверстий, проходящих через стенку обсадных труб и цементную оболочку. В устойчивых породах призабойную зону скважины оборудуют различными фильтрами и не цементируют или обсадную колонну опускают до кровли продуктивного пласта, а его эксплуатацию производят без крепления ствола скважины.

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

Устье скважины в зависимости от её назначения оборудуют различной арматурой (колонная головка, задвижки, крестовина и др.).

При поиске, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений бурят скважины, предназначенные для различных целей.

Опорные скважины закладываются в районах, не исследованных бурением. Они служат для установления общих закономерностей залегания геологических пород и выявления возможностей образования в этих породах месторождений нефти и газа.

Параметрические скважины бурят в относительно изученных районах с целью уточнения их геологического строения и перспектив на нефтегазоносность.

Структурные скважины закладывают для выявления перспективных площадей и их подготовки к поисково-разведочному бурению.

Поисковые скважины бурятся с целью открытия новых промышленных залежей нефти и газа.

Разведочные скважины бурятся на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью для изучения размеров и строения залежи, получения необходимых данных для подсчета запасов нефти и газа, а также проектирования её разработки.

Эксплуатационные скважины закладываются в соответствии со схемой разработки залежи и служат для получения нефти и газа из недр.

Нагнетательные скважины используют при воздействии на эксплуатируемый пласт различных агентов (закачки воды, газа и т.д.).

Наблюдательные скважины сооружают для систематического контроля над разработкой месторождения (изменением давления, положения водонефтяного и газонефтяного контактов и т.д.).

Способы бурения скважин

По воздействию на горные породы различают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её. Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический, взрывной) для бурения нефтяных и газовых скважин не применяются.

Механическое бурение подразделяется на ударное и вращательное. При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом, подвешенным на канате. В настоящее время ударное бурение в России не применяется. Нефтяные и газовые скважины сооружаются методом вращательного бурения. При данном способе породы разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото с поверхности от ротора через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.

Турбобур – это многоступенчатая гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью промывочной жидкости, нагнетаемой в скважину. Каждая ступень турбобура состоит из статора, жестко соединенного с корпусом и ротора, укрепленного на валу. Поток жидкости, стекая с лопаток статора, попадает на лопатки ротора, отдавая часть своей энергии на создание вращательного момента. Каждая ступень турбобура развивает относительно небольшой момент, но благодаря их большому количеству, суммарная мощность на валу турбобура достаточна, чтобы бурить самые твердые породы. Электробур представляет собой электродвигатель, защищенный от проникновения влаги, питание которого осуществляется через кабель, закрепленный внутри бурильных труб. Винтовой двигатель – это разновидность гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию используется винтовой механизм.

В мировой практике наиболее распространено роторное бурение: почти 100% буровых работ в США и Канаде выполняется этим способом. В России широкое применение получило бурение турбобуром, но в последние годы наметилась тенденция к увеличению объемов роторного бурения.

Инструментом для механического разрушения горных пород в процессе проходки скважины является буровое долото. Различают следующие их типы:

1. Долота режуще-скалывающего действия, разрушающие породу лопастями (лопастные долота). Они предназначены для бурения мягких пород. Выпускают лопастные долота 3 типов: двухлопастные, трехлопастные и многолопастные. Под действием нагрузки на забой их лопасти врезаются в породу, а под влиянием вращающего момента скалывают её.

2. Долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями (шарошечные долота). При вращении долота шарошки, перекатываясь по забою, совершают вращательное движение со скольжением. При этом зубцы шарошек наносят удары по породе, дробят и скалывают её. Эти долота предназначены для разбуривания неабразивных, абразивных, средней твёрдости, твёрдых, крепких и очень крепких пород.

3. Долота режуще-истирающего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, расположенными в торцевой части долота (алмазные и твердосплавные долота или цельнокорпусные долота). Их применяют для бурения неабразивных пород средней твёрдости и твёрдых пород. Применение алмазных и твердосплавных долот обеспечивает высокие скорости бурения и снижение кривизны скважин.

4. Колонковые долота для отбора керна.

При турбинном бурении долото жестко соединено с валом турбобура и вращается независимо от бурильной колонны. При бурении электробуром вместе с долотом вращается лишь вал электродвигателя, а его корпус и бурильная колонна остаются неподвижными.

Скважина ( well , hole - пустота) - это горнотехническое сооружение в недрах, осевая протяженность которого значительно превышает его поперечные размеры (диаметр), построенное без доступа в него человека.

При выполнении любых работ в скважине обслуживающий персонал (члены буровой бригады, бригады капитального ремонта и т.д.) находится вне скважины.
В этом состоит принципиальное отличие скважины, например, от шахтного ствола или тоннеля метрополитена.

Недра - это часть земной коры, расположенная ниже почвенного слоя и дна водоемов и водотоков, простирающаяся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения (Закон "О недрах").

Различают следующие элементы скважины :

устье скважины ( mouth ) – место пересечения контура скважины с поверхностью, с которой началось ее бурение;

ось скважины (axis) – воображаемая линия, проходящая через условные центры поперечных сечений скважины. В проектных решениях ось скважины имитирует траекторию ствола скважины. Ось скважины имеет сложную пространственную форму.

стенки скважины (wall) – боковые поверхности скважины по отношению к ее оси;

забой – поверхность, по которой происходит разрушение горной породы рабочим инструментом в процессе углубления скважины (дно скважины);

ствол скважины – выработанное пространство в массиве горных пород, ограниченное контурами скважины, т.е. ее устьем, стенками и забоем. Имеет условно цилиндрическую форму.

обсадная колонна – колонна труб, спущенных в скважину и имеющих постоянную или временную связь (сцепление) с ее стенками;

необсаженный интервал (открытый ствол) – интервал по оси скважины, где нет обсадной колонны;

обсаженный интервал (обсаженная часть скважины) – интервал вдоль оси скважины, в котором ее стенки закреплены (перекрыты) обсадной колонной;

цементное кольцо - цементный камень, заполняющий пространство между стенкой скважины и обсадной колонной (кольцевое пространство);

башмак - элемент низа обсадной колонны;

выход [ствола скважины] из под башмака - расстояние от башмака (низа обсадной колонны) до забоя скважины;

глубина скважины - расстояние от устья до забоя, измеренное по вертикали. Иногда для удобства отсчет глубины ведут от принятой нулевой отметки на поверхности над устьем;

протяженность (длина) ствола скважины - расстояние от устья до забоя, измеренное по оси скважины.

Оглавление:

Бурение — процесс разрушения различных пород с последующим удалением продуктов разрушения.

Бурение скважин — это бурение направленной цилиндрической горной выработки с закреплением стенок (ствола) скважины для предотвращения обрушения горной породы.

Устье скважины – начало скважины на поверхности земли.

Забой скважины – дно скважины.

Ствол скважины – стенки скважины.

Бурение скважин на воду — бурение скважины до водоносного горизонта (песка, известняка) и строительство скважины с учетом оборудования водоприемной зоны для возможности отбора воды из недр земли.

Основные способы бурения скважин

Вращательный с прямой промывкой

Самый распространенный способ. Используется при бурении скважин в породах различной твердости и на разную глубину.

Схема бурения скважины с прямой промывкой

Зумпф (отстойник для бурового раствора)
Забор отстоявшегося бурового раствора из зумпфа
Напорно-всасывающая магистраль
Буровой насос
Нагнетательная магистраль
Вертлюг
Бурильные трубы (буровые штанги)
Обсадная труба
Долото

Вращательный с обратной промывкой

В основном используется для бурения промышленных скважин большого диаметра.

Схема бурения скважины с обратной промывкой

Долото
Смеситель
Трубы для подачи воздуха
Бурильные трубы (буровые штанги)
Компрессор
Ротор
Вертлюг
Рукав
Зумпф (отстойник для бурового раствора)
Буровой шлам
Разделитель
Желоб

Вращательный с продувкой воздухом

Применяется при бурении в устойчивых породах. При использовании пневмоударника достигается высокая скорость создания скважины. Актуально при выполнении работ на территориях сложенных скальными или твердыми породами, а также при работе с трещиноватыми породами.

Ударно-канатный

Применяется при бурении скважин в сложных гидрогеологических условиях на глубину до 100-150 метров. Этот способ отличается низкой скоростью бурения, сложностью бурения в неустойчивых породах (плывуны, водоносные пески).

К основным преимуществам этого способа можно отнести:

получение достоверного геологического разреза;
прифильтровая зона и фильтр не забивается глиняным раствором (как при бурении с промывкой) или разрушенной породой – достоверная характеристика водоносного пласта.

Вращательный шнековый

Используется при бурении в мягких и рыхлых породах до глубины 30-40 м. Шнековое бурение – основной способ бурения для создания неглубоких скважин на песок (фильтровых скважин, см. ниже), для бурения ям и отверстий (ямобур).

Ямобуры — в основном это навесное гидравлическое оборудование на базе экскаватора, крана манипулятора и прочей строительной техники. Используется для ускорения рабочего процесса, замещая ручной физический труд — рытье ям, посадку саженцев, установку столбов, сваи, опор и прочих конструкций, фиксирующихся в земле.

Как проводится бурение скважин?

Для удаления шлама, разбуренного грунта, в образующийся ствол закачивается глинистый раствор. При таком способе бурение ведется с промывкой.

При бурении шнековым способом разбуренная порода поднимается на поверхность по спирали (как у сверла).

Во время бурения скважин с продувкой, разбуренный грунт выдувается мощным потоком воздуха.

Для укрепления стенок выработки используются обсадные трубы.

Это самое общее представление о бурении скважин вращательным способом. С его помощью строится наибольшее число этих сооружений, предназначенных для промышленного, исследовательского или частного использования.

Основные типы скважин

Применительно к бурению не промышленного назначения, а для частного использования, инженерные сооружения можно разделить на несколько типов скважин.

Фильтровые скважины

Служат для добычи воды из неглубоко (10-60 м.) расположенных залежей песка.

Типовая конструкция скважины на песок

Фильтровая скважина (скважина на песок) – скважина построенная на неустойчивые водовмещающие породы, представленные разнозернистыми песками, иногда с включениями гравия, валунов, песчаников. Неотъемлемая часть скважины на песок — фильтровая водоприемная часть, проще говоря, фильтр. Чаще всего его изготавливают из перфорированной трубы с намотанной на нее нержавеющей или полимерной сетки.

Артезианские скважины (скважины на известняк)

Используют для извлечения пластовой жидкости из карбонатных отложений, известняка, которые, в частности, в Московской области находятся и на отметках, превышающих 200 м.

Пример классической конструкции скважины на известняк

Пример сложной конструкции скважины, построенной на безнапорный известняк с перекрытием малообводненного известняка на отметке 30-40 м. Такая конструкция характерна для скважин расположенных в Каширском и Зарайском районе Московской области.

Скважины под геотермальное отопление

Горизонтальный коллектор (расположен ниже глубины промерзания)
Вертикальный зонд (установлен в скважину)
Тепловой насос (передача тепла земли теплоносителю, циркулирующему в доме).

Горизонтально направленные скважины

Бурение таких скважин используют для прокладки коммуникаций без разработки траншей. Современные технологии позволяют контролировать траекторию бурения, задавать необходимое направление движения бура. Горизонтальное направленное бурение востребовано при проведении коммуникаций в густонаселенных районах, под путепроводами, мостами, дорогами, нефтепроводами и прочими капитальными сооружениями.

Направленное бурение идеально подходит для подключения к инженерным сетям в условиях плотной застройки.

Cкважины для исследования геологического строения и добычи полезных ископаемых

опорные, структурно-поисковые — для получения глобальной информации о геологическом строении региона;
разведочные, оценочные — бурение проводится с целью выявить расположение насыщенных залежей и определить их продуктивность;
добывающие и нагнетательные — извлекать запасы и проводить операции для увеличения объемов добычи — закачка воды, пара, газа.

Чем бурят скважины в Московской области?

Буровые установки на колесных шасси (КАМАЗ, Урал) задействуют и при бурении на меньших глубинах, когда разрез представлен крепкими породами.

На глубинах до 100 м применяются малогабаритные и самоходные установки, который могут размещаться на автоприцепе — Бурагрегат Стронг, Партнер серии TS,ТМ, на гусеничной базе — Партнер серия SBU, Lutz Kurth, Бурагрегат СБУ.

При бурении скважин промышленного назначения в основном используются установки УРБ-3А3, 1БА-15В.

Читайте также: