Требования к конструкции скважин реферат

Обновлено: 05.07.2024

Скважина - это горная выработка (вертикальная или наклонная) круглого сечения, глубиной от нескольких метров до нескольких километров, различного диаметра, сооружаемая в толще земной коры. Верхняя часть скважины называется устьем, нижняя часть скважины называется забоем, а боковая поверхность называется стволом скважины. Расстояние от устья скважины до забоя по оси ствола скважины называется длиной скважины. Конструкция скважин должна отвечать следующим требованиям: 1. Обеспечивать механическую устойчивость стенок ствола скважины и надежное разобщение всех (нефть, газ, вода) пластов друг от друга, свободный доступ к забою скважин спускаемого оборудования, недопущения обрушения горных пород в стволе скважины. 2. Эффективную и надежную связь забоя скважины с продуктивным (нефтяным или газовым) пластом. 3. Возможность герметизации устья скважины и обеспечение направления извлекаемой продукции в систему сбора, подготовки и транспорта нефти и газа или нагнетания в пласт агента воздействия. 4. Возможность проведения в скважинах исследовательских работ, а также различных геолого-технических и ремонтно-профилактических работ. Устойчивость стенок ствола скважин и разобщение пластов друг от друга достигается за счет бурения и спуска в скважину нескольких труб, называемых обсадными. Вначале скважина бурится на глубину 50-100 метров, в нее спускается стальная труба. Направление. Пространство между наружной стенкой трубы и стенкой скважины (породы) заполняется специальным тампонажным цементным раствором под давлением с целью недопущения обвала верхних пород. Затем скважина бурится меньшим диаметром долота на глубину 500-600 м, в нее спускается труба и цементируется, как и направление, до устья. Эта колонна труб называется кондуктором и предназначена для предотвращения размыва верхних пластов. После этого скважина бурится до проектного забоя. В нее спускается эксплуатационная колонна (стальная труба), а пространство между трубой и породой под давлением заполняется цементным раствором до устья. После затвердения цементного раствора (2 сут) в межтрубном пространстве между наружной стенкой трубы и породой образуется цементный камень, который разобщает пласты между собой.

Я никогда не присоединюсь к движению против войны. Позовите меня, когда появится движение за мир. © Мать Тереза ==> читать все изречения.

Земная кора сложена главным образом изверженными и метаморфическими горными породами, на которых прерывистым покровом лежат осадочные породы. В строении нефтяных и газовых месторождений принимают участие только горные породы.

Реферат на тему «Буровая скважина и ее элементы « обновлено: 29 августа, 2017 автором: Научные Статьи.Ру

Содержание

Введение
Глава 1. Буровая скважина и ее элементы
Глава 2. Классификация буровых скважин
2.1. Поисковый этап
2.2. Разведочный этап
2.3. Этап разработки месторождения
2.4. Этап строительства и эксплуатации подземного хранилища газа
2.5. Скважина использования тепла Земли
Заключение
Список использованных источников

Введение

Важными признаками строения осадочных горных пород, имеющими существенное значение при их разрушении, являются их текстура и структура. Под структурой горной породы понимаются те её особенности, которые обусловлены формой, размерами и характером поверхности образующих их материалов. Большинство осадочных пород сложено рыхлыми сцементированными минеральными обломками различных размеров, имеющие неправильные очертания. Основная структурная особенность осадочных пород, характеризующая их механические свойства, — структура цементов, связывающих отдельные обломки.

Текстура указывает на особенности строения всей породы в целом и выявляет взаимное пространственное расположение минеральных частиц. Основные особенности текстуры осадочных пород — слоистость, сланцеватость (способность породы раскалываться по параллельным плоскостям на тонкие пластинки) и пористость (п. — это отношение объёма всех пустот к объёму всей породы, выраженное в процентах).

По природе сил сцепления между частицами осадочные породы делятся на 3 группы: скальные, связные и сыпучие. Силы сцепления скальных пород (песчаников, известняков, мергелей и др.) характеризуются молекулярным притяжением частиц друг к другу, а также наличием сил трения.

Силы сцепления пластичных пород (глинистых) характеризуются взаимодействием коллоидных частиц, адсорбирующихся на поверхности обломков, а также наличием сил трения.

Сыпучие породы (песок) не обладают сцеплением ни в сухом состоянии, ни при полном насыщении водой. Только при ограниченном насыщении водой у сыпучих пород наблюдаются силы сцепления, обусловленные трением.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Всем породам, присущи силы внутреннего трения, зависящие от давления, прижимающего частицы друг к другу.

Глава 1. Буровая скважина и ее элементы

Буровой скважиной называется цилиндрическая горная выработка в земной коре, характеризуемая относительно малым диаметром по сравнению с ее глубиной.

Основные элементы буровой скважины представлены на рисунке 1 [1].

Устье скважины 1 — место пересечения буровой скважиной земной поверхности, дна акватории или элементов горной выработки при бурении в подземных условиях.

Забой скважины 8 — дно буровой скважины углубляющееся в процессе бурения; он может быть кольцевой 6 с керном 7 или сплошной 8.

Стенки скважины 9 — боковая поверхность буровой скважины.

Ствол скважины 2, 5 — пространство, ограниченное стенками скважины. В неустойчивых породах стенки скважины закрепляются обсадными колоннами, при этом ствол скважины сужается.

Ось скважины 4 — геометрическое место точек центра забоя, перемещающегося при углубке скважины, т. е. воображаемая линия, соединяющая центры поперечных сечений буровой скважины.

Нужна помощь в написании реферата?

Глубина скважины L — расстояние между устьем и забоем скважины по ее оси.

Диаметр скважины — условный диаметр равный номинальному диаметру породоразрушающего инструмента. Фактический диаметр скважины, как правило больше номинального породоразрушающего инструмента за счет разработки скважины.

Различают ствол скважины, не закрепленный трубами, 5 и ствол скважины, закрепленный трубами, 2.

Последующий диаметр скважины уменьшается после каждого закрепления.

Каждая обсадная колонна выступает над устьем скважины, но может опускаться и в потай. При необходимости пространство между стенками скважины и обсадными трубами заполняется цементным раствором.

Глава 2. Классификация буровых скважин

Наиболее часто в литературных источниках 1 встречаются следующие виды классификации скважин:

Нужна помощь в написании реферата?

— скважины малой глубины (менее 1000 м);

— глубокие скважины (1000 — 5000 м);

— сверхглубокие скважины (свыше 5000 м).

— скважины небольшого диаметра (25 — 100 мм);

— скважины со средним диаметром (100 — 500 мм);

— скважины большого диаметра (500 — 900 мм и более);

3) по степени отклонения от вертикальной оси:

Нужна помощь в написании реферата?

4) по количеству спускаемых в скважину эксплуатационных колонн:

— многорядные (двух — семи рядные);

5) по характеру бурения:

Нужна помощь в написании реферата?

— бурение одиночных скважин;

— кустовое бурение (количество стволов скважин от двух до 12 и более);

6) по назначению:

— пьезометрические и др.

Нужна помощь в написании реферата?

Рассмотрим более подробную классификацию скважин на различных этапах поиска, разведки и разработки нефтяного, газового или газоконденсатного месторождения.

2.1 Поисковый этап

Классификация скважин, их назначение и характеристика, а также характерная конструкция, на поисковом этапе приведена в таблице 1 [2, 3].

2.2 Разведочный этап

На этом этапе проводят детальную разведку месторождения и подготавливают его к эксплуатации. Разведочная скважина сооружается в целях оконтуривания, испытания и оценки промышленного значения запасов продуктивного горизонта, подготовки запасов нефти и газа промышленных категорий и сбора исходных данных для составления проектов разработки месторождений (залежей). Находящиеся в хорошем техническом состоянии разведочные скважины, при испытании которых получены значительные притоки нефти и газа, передаются нефтегазодобывающим предприятием в фонд добывающих скважин.

Глубина такой скважины до 7000 м при конечном диаметре скважины 200-300 мм. [2]

Таблица 1 – Классификация скважин на поисковом этапе

Тип скважины	Назначение и характеристика скважины	Характерная конструкция скважины
Региональные геологические исследования
Картировочная	Сооружается в процессе геологической съемки в целях изучения геологического строения участка земной коры, в частности, для выяснения глубины залегания коренных пород, выходящих на поверхность под слоем современных наносов, а также для выявления перспектив исследуемого района в отношении наличия минерально- сырьевых ресурсов	Глубина до 300 м при конечном диаметре скважины 75-90 мм
Сейсмическая	Сооружается для осуществление приповерхностных подземных взрывов при производстве сейсморазведочных работ, результаты которых используются для выявления глубинных структур залегания пластов	Глубина до 200 м при конечном диаметре скважины 90-200 мм
Опорная	Сооружается в пределах относительно слабо изученной территории для исследования основных черт глубинного геологического разреза крупных участков земной коры, региональных гидрогеологических условий, выявления пространственного распределения нефтегазоносных отложений, оценки прогнозных запасов нефти и газа и определения направления дальнйших работ по разведке углеводородов	Глубина до 7-8 км при конечном диаметре скважины порядка 200 мм
Параметрическая	Сооружается в целях всестороннего изучения региональной геологии, глубинногостроения осадочных толщ, а также в целях точного измерения геолого-геофизических параметров, необходимых для обеспечения высокого качества гологоразведочных работ	Глубина 3-7 км при конечном диаметре скважины порядка 200 мм
Подготовка площадей к глубокому поисковому бурению
Структурная	Сооружается в целях выявления в глубинном горном массиве структурных форм залегания пластов, благоприятных для аккумуляции нефти и газа. Их бурят на площадках вслед за изучением последних геофизическими методами разведки	Глубина до 1000 м при конечном диаметре скважины порядка 75-110 мм
Поисковая	Сооружается в целях выявления на площадях наличия или отсутствия нефти и газа либо поиска новых залежей в пределах границ разрабатываемых месторождений. При бурении поисковой скважины полностью отбирается керн в интервалах наиболее вероятного залегания продуктивных объектов, в пограничных зонах стратиграфических разделов	Глубина до 2000 м при конечном диаметре скважины 140-250 мм
Поиски нефтяных и газовых месторождений. Промышленная оценка запасов
Разведочная	Сооружается в целях оконтуривания и изучения строения новых нефтяных и газовых месторождений, выявленых поисковым бурением, а также выяснения эксплуатационных параметров продуктивных объектов. При других обстоятельствах цель бурения разведочных скважин – исследование продуктивности объектов, залегающих ниже или выше эксплуатируемго объекта	Глубина до 9000 м при конечном диаметре скважины 200-250 мм

2.3 Этап разработки месторождения

Классификация скважин, их назначение и характеристика, а также характерная конструкция, на этапе разработки приведена в таблице 2 [2].

2.4 Этап строительства и эксплуатации подземного хранилища газа

Классификация скважин, их назначение и характеристика, а также характерная конструкция, при строительстве и эксплуатации подземного хранилища газа приведена в таблице 3 [2].

2.5 Скважина использования тепла Земли

Геотермальная скважина, предназначенная для разработкии использования тепла недр, оснащается устьевым и эксплуатационным оборудованием, лифтовой компоновкой и контрольно-измерительными приборами.

Глубина скважин 200-5000 м. Конечный диаметр в призабоной части ствола 200-300 мм.

Нужна помощь в написании реферата?

С помощью геотермической скважины осуществляется подъем на поверхность земли горячего теплоносителя из геотермального коллектора, либо нагнетание в него холодного флюида – теплоносителя в целях использования тепла глубинных недр [1, 2].

Таблица 2 – Классификация скважин на этапе разработки

Таблица 3 – Классификация скважин при строительстве и эксплуатации подземного хранилища газа

Тип скважины	Назначение и характеристика скважины	Характерная конструкция скважины
Специальная разведочная газовая	Сооружается в целях осуществления поиска и подготовки структур, пригодных для создания подземного хранилища газа, а также для производства циклической закачки и отбора из них газа	Глубина скважины данного назначения определяется интервалом залегания подходящего пласта-коллектора –в пределах 800-1000 м. Диаметр призабойной части ствола скважины 200-300 мм
Специальная добывающая газовая	Сооружается для циклического отбора газа из подземного хранилища ( пласта-коллектора)	Глубина скважины 1000 м. Диаметр призабойной части ствола скважины 200-300 мм
Специальная нагнетательная газовая	Сооружается для циклического нагнетания (закачки) газа в подземное хранилище (пласт-коллектор)	Глубина скважины 1000 м. Диаметр призабойной части ствола скважины 200-300 мм
Специальная наблюдательная	Сооружается для осуществления систематического наблюдения за изменением поля пластового давления, газо- и водонасыщенности пласта-коллектора, динамики перемещения границ раздела газ – вода, вода – газ, а также для определения текущей и конечной газооотдачи пласта-коллектрора	Глубина скважины соответствует глубинам расположенных поблизости добывающих и нагнетательных скважин

Список использованных источников

Реферат на тему «Буровая скважина и ее элементы « обновлено: 29 августа, 2017 автором: Научные Статьи.Ру

Под конструкцией скважины понимается совокупность данных о числе обсадных колонн, их диаметрах и длине, диаметрах ствола скважины под каждую колонну, интервалах цементирования, а также о способах соединения скважины с продуктивным пластом.

Конструкция скважины обеспечивает изучение геологического разреза, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений, оценки отложений, добыча продукции, поддержание пластовых давлений, наблюдение за режимом эксплуатации месторождения и др.

Следует отметить что, для конструкции в газонефтяной отрасли нет единого подхода или метода к проектированию и строительству скважин, а также их оценке. Однако, рациональной и принципиальной все же можно назвать конструкцию скважин, которая соответствует геологическим условиям бурения, учитывает назначение скважины, создает условия для бурения интервалов между креплениями в наиболее сжатые сроки. Подтверждено что, от затрачиваемого времени на бурение интервала ствола между креплениями будет зависеть тяжесть возникающих осложнений и дальнейшей стоимости проводки скважины.

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, которая строится без доступа человека к забою и имеющая диаметр во много раз меньше длины. Основными элементами скважины являются: устье, забой, ствол, обсадная колонна, фильтр, цементное кольцо (рис.1).

Устье - это начало скважины, образованное короткой вертикальной зацементированной трубой - направлением.

Забой - это дно ствола скважины.

Ствол - это горная выработка, внутри которой располагаются обсадные колонны и производится углубление скважины.

Фильтр - участок скважины, непосредственно соприкасающийся с продуктивным нефтяным или газовым горизонтом. Фильтром может служить необсаженный колонной участок ствола, специальное устройство с отверстиями, заполненное гравием и песком, часть эксплуатационной колонны или хвостовика с отверстиями или щелями.

Цементное кольцо – это затвердевший цементный раствор, закачанный с целью герметизации в кольцевое пространство между стволом и обсадной колонной. Система обсадных колонн с цементными кольцами составляют крепь скважины.

Рис.1 Схема конструкции скважины

Обсадные колонны

Обсадная колонна - это свинченные друг с другом и опущенные в ствол обсадные трубы с целью изоляции слагающих ствол горных пород. Различают первую обсадную колонну - кондуктор, последнюю обсадную колонну - эксплуатационную колонну, в том числе хвостовик, промежуточные обсадные колонны, в том числе летучки (лайнеры).

Обсадные колонны предназначены для изолирования стенок скважин в процессе бурения и эксплуатации от рабочего пространства ствола. Они обеспечивают требуемую прочность и герметичность при воздействии на них(к примеру – давления). Необходимая изоляция для кольцевого пространства создается путем заливки жидким цементным раствором между обсадными колоннами.

Обсадные колонны по назначению разделены следующим образом.

Направление - первая колонна труб или одна труба, предназначенная для закрепления приустьевой части скважин от размыва и обрушения буровым раствором, Направление предназначено также для обеспечения циркуляции жидкости. В зависимости от имеющихся особенностей существуют случаи крепления скважин одними или двумя направлениями.

Направление спускают в заранее подготовленную шахту или скважину и бетонируют на всю длину или забивают в породу, как сваю.

Различают шахтное (или шахтовое) направление и удлиненное направление. Шахтное устанавливается, как правило, во всех случаях и его длина составляет 3-10 м. В зависимости от конкретных условий может устанавливаться удлиненное направление или от одного до нескольких направлений и в этом случае длина может достигать 100 м. Направление спускается по возможности в глинистый пласт. Диаметр колонны колеблется от 245 до 1250 мм. Используемые в качестве направления трубы, на прочность не рассчитываются и не опрессовываются.

Кондуктор - колонна обсадных труб. Предназначен кондуктор для разобщения верхнего интервала разреза горных пород, изоляции пресноводных горизонтов от загрязнения, монтажа противовыбросового оборудования и подвески последующих обсадных колонн.

Кондуктор диаметром, колеблеющеся в диапазоне 177-508 мм, устанавливается в глубину до 600 м, в зависимости от условий. Он опрессовывается, также как и цементное кольцо.

Шахтное направление и кондуктор являются обязательными элементами конструкции скважины.

Промежуточная обсадная колонна (их может быть несколько) служит для разобщения несовместимых по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченных глубин. Промежуточные обсадные колонны разделяются на следующие виды: сплошные, хвостовики, летучки.

Секционный спуск обсадных колонн и крепление скважин хвостовиками решает проблему спуска тяжелых обсадных колонн, упрощает конструкции скважин. Решает задачи по уменьшению диаметра обсадных труб, зазоров между колоннами и стенками скважины, сокращению расхода металла и тампонирующих материалов, увеличению скорости бурения и снижению стоимости буровых работ.

Эксплуатационная колонна - последняя колонна обсадных труб, которой крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от остальных пород и извлечения из скважины нефти или газа или для нагнетания в пласты жидкости или газа. Иногда в качестве эксплуатационной колонны может быть использована (частично или полностью) последняя промежуточная колонна.

Диаметр обсадной колонны

Сооружение скважины

Сооружение скважины, независимо от ее назначения (разведочная, параметрическая, эксплуатационная и т.д.), включает в себя следующие основные этапы:

геологическое обоснование места сооружения и составление проекта скважины, которые позволяют наилучшим образом выполнить поставленную задачу;

монтаж технических средств для наиболее качественного и экономичного сооружения скважины;

проводку ствола скважины, обеспечивающую высокую скорость углубления при минимальных затратах;

глубинные геофизические и технологические исследования, позволяющие подробно изучить геологический разрез, термодинамические параметры вскрытых скважиной пластов, отобрать образцы горных пород и пластовых флюидов для лабораторных исследований.

Крепление ствола обсадными трубами и цементом, обеспечивающее длительную безаварийную эксплуатацию скважины как инженерного сооружения и ее экологическую безопасность.

Изготовление глубинного фильтра, обеспечивающего качественную и надежную гидродинамическую связь продуктивного пласта с полостью эксплуатационной колонны и препятствующего проникновению в колонну горной породы и других загрязняющих углеводороды примесей.

Оборудование устья скважины, включающее, при необходимости, подвеску колонны насосно-компрессорных труб, обеспечивающее качественное испытание скважины и дальнейшую длительную эксплуатацию ее как объекта добычи углеводородов.

При бурении в скважину последовательно спускается определенная конструкция, состоящая из обсадных труб. Каждая последующая колонна вставляется в предыдущую, и поэтому имеет все меньший диаметр.

Если продуктивный пласт обсаживается, то низ или башмак эксплуатационной колонны устанавливается всегда (после прохождения через пористый продуктивный пласт) в непроницаемую породу. Это позволяет вскрыть продуктивный пласт, предотвратив его обводнение, что само по себе является серьезной проблемой, и может сделать скважину непродуктивной, т.е. не давшей нефти.

После создания герметичной конструкции скважины в эксплуатационную колонну, напротив продуктивного пласта, спускается на забой устройство (перфоратор), которое проделывает отверстия в обсадных трубах и цементном кольце и соединяет продуктивный пласт и скважину. Эти отверстия заполняются газом и пластовой жидкостью (нефтью), поступающей из пласта под избыточным давлением и заполняют скважину.

Требования к конструкции скважин

В зависимости от назначения скважин конструкция может существенно изменяться, но всегда должна удовлетворять некоторым общим требованиям, которые сводятся к следующему:

надежное разобщение пройденных пород и их герметизация, что вытекает из требований охраны недр и окружающей среды и достигается за счет прочности и долговечности крепи, герметичности обсадных колонн, межколонных и заколонных пространств, а также за счет изоляции флюидонасыщенных горизонтов;

получение максимального количества горно-геологической и физической информации по вскрываемому скважиной разрезу;

возможность оперативного контроля за вероятным межколонным или заколонным перетоком флюидов;

длительная безаварийная работа при условии безопасного ведения работ на всех этапах жизни скважины;

конструкция должна иметь определенный диаметр обсадных труб, что особо относится к эксплуатационной колонне;

быть стабильной (не изменять своих первоначальных характеристик в течение длительного времени или после проведения определенных технологических операций);

эффективное фиксирование конструкции в стволе скважины;

возможность аварийного глушения скважины;

возможность трансформации одного вида скважины в другой за счет максимальной унификации по типоразмерам обсадных труб и ствола скважины.

Кроме перечисленных, конструкция скважины должна удовлетворять определенным технологическим требованиям, основными из которых являются:

хорошая гидравлическая характеристика (минимум сопротивлений);

максимально возможное использование пластовой энергии в процессе подъема продукции на дневную поверхность за счет выбора оптимального диаметра эксплуатационной колонны и конструкции забоя;

возможность проведения всех видов исследований известными и перспективными глубинными приборами;

проведение всех технологических операций в скважине, в том числе и по воздействию на продуктивный горизонт;

применение различных способов эксплуатации с использованием эффективного оборудования, в том числе и с большими нагрузками на стенку скважины (колонны).

Разработка конструкции скважины

Основные параметры конструкций скважины: число и диаметр обсадных колонн, глубина их спуска, диаметр долот, которые необходимы для бурения под каждую обсадную колонну, а также высота подъема и качество тампонажного раствора за ними, обеспечение полноты вытеснения бурового раствора.

Разработка конструкции скважины базируется на следующих основных геологических и технико-экономических факторах:

геологические особенности залегания горных пород, их физико-механическая характеристика, наличие флюидосодержащих горизонтов, пластовые температуры и давления, а также давление гидроразрыва проходимых пород;

назначение и цель бурения скважины;

предполагаемый метод заканчивания скважины;

способ бурения скважины;

уровень организации, техники, технологии бурения и геологическая изученность района буровых работ;

уровень квалификации буровой бригады и организация материально-технического обеспечения;

способы и техника освоения, эксплуатации и ремонта скважины.

Геологическое строение разреза горных пород при проектировании конструкции скважин учитывают как неизменный фактор.

В процессе разработки залежи ее начальные пластовые характеристики будут изменяться, так как на пластовые давления и температуру влияют продолжительность эксплуатации, темпы отбора флюидов, способы интенсификации добычи и поддержания пластовых давлений, использование новых видов воздействия на продуктивные горизонты в целях более полного извлечения нефти и газа из недр, поэтому эти факторы необходимо учитывать при проектировании конструкции скважин.

Конструкция скважин должна отвечать условиям охраны окружающей среды и исключать возможное загрязнение пластовых вод и межпластовые перетоки флюидов не только при бурении и эксплуатации, но и после окончания работ и ликвидации скважины. В связи с этим необходимо обеспечивать условия для качественного и эффективного разобщения пластов. Это один из главнейших факторов.

Все технико-экономические факторы - субъективные и изменяются во времени. Они зависят от уровня и степени совершенства всех форм организации, техники и технологии буровых работ в совокупности. Эти факторы влияют на выбор конструкции скважин, позволяют ее упростить, однако не являются определяющими при проектировании. Они изменяются в широких пределах и зависят от исполнителей работ.

Простая конструкция (кондуктор и эксплуатационная колонна) не во всех случаях рациональна. В первую очередь это относится к глубоким скважинам (4000 м и более), вскрывающим комплекс разнообразных отложений, в которых возникают различные, иногда диаметрально противоположные по характеру и природе осложнения.

Таким образом, принципы проектирования конструкций скважин прежде всего должны определяться множествами вышеуказанными факторами.

Вадецкий Ю. В. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.: ООО «Недра, 2004. 351 с.

Попов А. Н., Спивак Т. О., Акбулатов Р. Х. Технология бурения нефтяных и газовых скважин. Москва: Недра, 2004. 509 с.

Баграмов Р. А. Буровые машины и комплексы. М., Недра, 1988. 502 с

Гусман А. М. Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование: научное издание. Екатеринбург: УГГГА, 2006. 598 с.

2. Понятие о скважине
Бурение - это процесс сооружения скважины путем разрушения горных пород. Скважиной называют горную выработку круглого сечения, сооружаемую без доступа в нее людей, у которой длина во много раз больше диаметра.
Верхняя часть скважины называется устьем, дно - забоем, боковая поверхность - стенкой, а пространство, ограниченное стенкой - стволом скважины. Длина скважины - это расстояние от устья до забоя по оси ствола, а глубина - проекция длины на вертикальную ось. Длина и глубина численно равны только для вертикальных скважин. Однако они не совпадают у наклонных и искривленных скважин.
Элементы конструкции скважин приведены на рис. 1. Начальный участок I скважин называют направлением. Поскольку устье скважины лежит в зоне легкоразмываемых пород его необходимо укреплять. В связи с этим направление выполняют следующим образом. Сначала бурят шурф - колодец до глубины залегания устойчивых горных пород (4. 8 м). Затем в него устанавливают трубу необходимой длины и диаметра, а пространство между стенками шурфа и трубой заполняют бутовым камнем и заливают цементным раствором 2.

Рис. 1. Конструкция скважины:
1 - обсадные трубы; 2 - цементный камень; 3 - пласт;

4 - перфорация в обсадной трубе ицементном камне;

I - направление; II - кондуктор; III - промежуточная колонна;

IV - эксплуатационная колонна.
Нижерасположенные участки скважины - цилиндрические. Сразу за направлением бурится участок на глубину от 50 до 400 м диаметром до 900 мм. Этот участок скважины закрепляют обсадной трубой 1 (состоящей из свинченных стальных труб), которую называют кондуктором II.
Затрубное пространство кондуктора цементируют. С помощью кондуктора изолируют неустойчивые, мягкие и трещиноватые породы, осложняющие процесс бурения.
После установки кондуктора не всегда удается пробурить скважину до проектной глубины из-за прохождения новых осложняющих горизонтов или из-за необходимости перекрытия продуктивных пластов, которые не планируется эксплуатировать данной скважиной. В таких случаях устанавливают и цементируют еще одну колонну III, называемую промежуточной. Если продуктивный пласт, для разработки которого предназначена скважина, залегает очень глубоко, то количество промежуточных колонн может быть больше одной.
Последний участок IV скважины закрепляют эксплуатационной колонной. Она предназначена для подъема нефти и газа от забоя к устью скважины или для нагнетания воды (газа) в продуктивный пласт с целью поддержания давления в нем. Во избежание перетоков нефти и газа в вышележащие горизонты, а воды в продуктивные пласты пространство между стенкой эксплуатационной колонны и стенкой скважины заполняют цементным раствором.
Для извлечения из пластов нефти и газа применяют различные методы вскрытия и оборудования забоя скважины. В большинстве случаев в нижней части эксплуатационной колонны, находящейся в продуктивном пласте, простреливают (перфорируют) ряд отверстий 4 в стенке обсадных труб и цементной оболочке.
В устойчивых породах призабойную зону скважины оборудуют различными фильтрами и не цементируют или обсадную колонну опускают только до кровли продуктивного пласта, а его разбуривание и эксплуатацию производят без крепления ствола скважины.
Устье скважины в зависимости от ее назначения оборудуют арматурой (колонная головка, задвижки, крестовина и др.).
Виды скважин
При поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений бурят опорные, параметрические, структурные, поисковые разведочные, эксплуатационные, нагнетательные, наблюдательные и другие скважины.
Опорные скважины закладываются в районах, не исследованных бурением, и служат для изучения состава и возраста слагающих их пород.
Параметрические скважины закладываются в относительно изученных районах с целью уточнения их геологического строения и перспектив нефтегазоносности.
Структурные скважины бурятся для выявления перспективных площадей и их подготовки к поисково-разведочному бурению.
Поисковые скважины бурят 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 исходных данных для подсчета запасов нефти и газа, а также проектирования ее разработки.
Эксплуатационные скважины закладываются в соответствии со схемой разработки залежи и служат для получения нефти и газа из земных недр
Нагнетательные скважины используют при воздействии на эксплуатируемый пласт различных агентов (закачки воды, газа и т.д.).
Наблюдательные скважины бурят для контроля за разработкой залежей (изменением давления, положения водонефтяного и газонефтяного контактов и т.д.).
Кроме того при поиске, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений бурят картировочные, сейсморазведочные, специальные и другие скважины.
5. Цикл строительства скважины
В цикл строительства скважины входят:

монтаж вышки и оборудования;

подготовка к бурению;

крепление скважины обсадными трубами и ее тампонаж;

вскрытие пласта и испытание на приток нефти 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.
Монтаж вышки и оборудования производится в соответствии с принятой для данных конкретных условий схемой их размещения. Оборудование стараются разместить так, чтобы обеспечить безопасность в работе, удобство в обслуживании, низкую стоимость строительно-монтажных работ и компактность в расположении всех элементов буровой.
В общем случае (рис. 24) в центре буровой вышки 1 располагают ротор 3, а рядом с ним - лебедку 2. За ней находятся буровые насосы 19, силовой привод 18, площадка горюче-смазочных материалов 11, площадка для хранения глинопорошка и химреагентов 9 и глиномешалка 17. С противоположной стороны от лебедки находится стеллаж мелкого инструмента 14, стеллажи 5 для укладки бурильных труб 4, приемные мостки 12, площадка отработанных долот 7 и площадка ловильного инструмента 10 (его используют для ликвидации аварий). Кроме того, вокруг буровой размещаются хозяйственная будка 8, инструментальная площадка 6, очистная система 15 для использованного бурового раствора и запасные емкости 16 для хранения бурового раствора, химических реагентов и воды.

Рис. 24. Типовая схема размещения оборудования,

инструмента, запасных частей и материалов на буровой:
1 - буровая вышка; 2 - лебедка; 3 - ротор; 4 - бурильные трубы;

5 - стеллажи; 6 - инструментальная площадка; 7 - площадка отработанных

долот; 8 - хозяйственная будка; 9 - площадка глинохозяйства; 10 - площадка

ловильного инструмента; 11 - площадка горюче-смазочных материалов;

12 - приемные мостки; 13 - верстак слесаря; 14 - стеллаж легкого инструмента;

15 - очистная система; 16 - запасные емкости; 17 - глиномешалка;

18 - силовой привод; 19 - насосы
Различают следующие методы монтажа буровых установок: поагрегатный, мелкоблочный и крупноблочный.
При поагрегатном методе буровая установка собирается из отдельных агрегатов, для доставки которых используется автомобильный, железнодорожный или воздушный транспорт.
При мелкоблочном методе буровая установка собирается из 16. 20 мелких блоков. Каждый из них представляет собой основание, на котором смонтированы один или несколько узлов установки.
При крупноблочном методе установка монтируется из 2. 4 блоков, каждый из которых объединяет несколько агрегатов и узлов буровой.
Блочные методы обеспечивают высокие темпы монтажа буровых установок и качество монтажных работ. Размеры блоков зависят от способа, условий и дальности их транспортировки.
После этого последовательно монтируют талевый блок с кронблоком, вертлюг и ведущую трубу, присоединяют к вертлюгу напорный рукав. Далее проверяют отцентрированность вышки: ее центр должен совпадать с центром ротора.
Подготовка к бурению включает устройство направления I (рис. 1) и пробный пуск буровой установки.

Рис. 1. Конструкция скважины:
1 - обсадные трубы; 2 - цементный камень; 3 - пласт;

4 - перфорация в обсадной трубе ицементном камне;

I - направление; II - кондуктор; III - промежуточная колонна;

IV - эксплуатационная колонна.
Назначение направления описано выше. Его верхний конец соединяют с очистной системой, предназначенной для очистки от шлама бурового раствора, поступающего из скважины, и последующей подачи его в приемные резервуары буровых насосов.
Затем бурится шурф для ведущей трубы и в него спускают обсадные трубы.
Буровая комплектуется долотами, бурильными трубами, ручным и вспомогательным инструментом, горюче-смазочными материалами, запасом воды, глины и химических реагентов. Кроме того, недалеко от буровой располагаются помещение для отдыха и приема пищи, сушилка для спецодежды и помещение для проведения анализов бурового раствора.
В ходе пробного бурения проверяется работоспособность всех элементов и узлов буровой установки.
Процесс бурения начинают, привинтив первоначально к ведущей трубе квадратного сечения долото. Вращая ротор, передают через ведущую трубу вращение долоту.
Во время бурения происходит непрерывный спуск (подача) бурильного инструмента таким образом, чтобы часть веса его нижней части передавалась на долото для обеспечения эффективного разрушения породы.
В процессе бурения скважина постепенно углубляется. После того как ведущая труба вся уйдет в скважину, необходимо нарастить колонну бурильных труб. Наращивание выполняется следующим образом. Сначала останавливают промывку. Далее бурильный инструмент поднимают из скважины настолько, чтобы ведущая труба полностью вышла из ротора. При помощи пневматического клинового захвата инструмент подвешивают на роторе. Далее ведущую трубу отвинчивают от колонны бурильных труб и вместе с вертлюгом спускают в шурф - слегка наклонную скважину глубиной 15. 16 м, располагаемую в углу буровой. После этого крюк отсоединяют от вертлюга, подвешивают на крюке очередную, заранее подготовленную трубу, соединяют ее с колонной бурильных труб, подвешенной на роторе, снимают колонну с ротора, опускают ее в скважину и вновь подвешивают на роторе. Подъемный крюк снова соединяют с вертлюгом и поднимают его с ведущей трубой из шурфа. Ведущую трубу соединяют с колонной бурильных труб, снимают последнюю с ротора, включают буровой насос и осторожно доводят долото до забоя. После этого бурение продолжают.
При бурении долото постепенно изнашивается и возникает необходимость в его замене. Для этого бурильный инструмент, как и при наращивании, поднимают на высоту, равную длине ведущей трубы, подвешивают на роторе, отсоединяют ведущую трубу от колонны и спускают ее с вертлюгом в шурф. Затем поднимают колонну бурильных труб на высоту, равную длине бурильной свечи, подвешивают колонну на роторе, свечу отсоединяют от колонны и нижний конец ее устанавливают па специальную площадку - подсвечник, а верхний -на специальный кронштейн, называемый пальцем. В такой последовательности поднимают из скважины все свечи. После этого заменяют долото и начинают спуск бурильного инструмента. Этот процесс осуществляется в порядке, обратном подъему бурильного инструмента из скважины.
Крепление скважины обсадными трубами и ее тампонаж осуществляются согласно схемы, приведенной на рис. 1. Целью тампонажа затрубного пространства обсадных колонн является разобщение продуктивных пластов.
Хотя в процессе бурения продуктивные пласты уже были вскрыты, их изолировали обсадными трубами и тампонированием, чтобы проникновение нефти и газа в скважину не мешало дальнейшему бурению. После завершения проходки для обеспечения притока нефти и газа продуктивные пласты вскрывают вторично перфорационным способом. После этого скважину осваивают, т.е. вызывают приток в нее нефти и газа. Для чего уменьшают давление бурового раствора на забой одним из следующих способов:

промывка - замена бурового раствора, заполняющего ствол скважины после бурения, более легкой жидкостью - водой или нефтью;

поршневание (свабирование) - снижение уровня жидкости в скважине путем спуска в насосно-компрессорные трубы и подъема на стальном канате специального поршня (сваба). Поршень имеет клапан, который открывается при спуске и пропускает через себя жидкость, заполняющую НКТ. При подъеме же клапан закрывается, и весь столб жидкости, находящийся над поршнем, выносится на поверхность.
От использовавшихся прежде способов уменьшения давления бурового раствора на забой, продавливания сжатым газом и аэрации (насыщения раствора газом) в настоящее время отказались по соображениям безопасности.
Таким образом, освоение скважины в зависимости от конкретных условий может занимать от нескольких часов до нескольких месяцев.
После появления нефти и газа скважину принимают эксплуатационники, а вышку передвигают на несколько метров для бурения очередной скважины куста или перетаскивают на следующий куст.
6. Промывка скважин
Промывка скважин - одна из самых ответственных операций, выполняемых при бурении. Первоначально назначение промывки ограничивалось очисткой забоя от частичек выбуренной породы и их выносом из скважины, а также охлаждением долота. Однако по мере развития бурового дела функции бурового раствора расширились. Теперь сюда входят:

вынос частиц выбуренной породы из скважины;

передача энергии турбобуру или винтовому двигателю;

предупреждение поступления в скважину нефти, газа и воды;

удержание частичек разбуренной породы во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции;

охлаждение и смазывание трущихся деталей долота;

уменьшение трения бурильных труб о стенки скважины;

предотвращение обвалов пород со стенок скважины;

уменьшение проницаемости стенок скважины, благодаря коркообразованию.
Соответственно буровые растворы должны удовлетворять ряду требований:

выполнять возложенные функции;

не оказывать вредного влияния на бурильный инструмент и забойные двигатели (коррозия, абразивный износ и т.д.);

легко прокачиваться и очищаться от шлама и газа;

быть безопасными для обслуживающего персонала и окружающей среды;

быть удобными для приготовления и очистки;

быть доступными, недорогими, допускать возможность многократного использования.
Технико-экономические показатели
Tпс – время подготовки строительства. Функции: проводятся земельные работы, укладывается фундамент, производятся подготовительные работы (трассы, электролинии, водопроводы).
Тм – время монтажа буровой установки. Функции те же, что и при Тпс.
Тпб – время подготовки к бурению. Функции: подготовка к бурению, установка направления, бурение наклонного шурфа для буровой трубы, оснастка талевой системы, установка приборов и их калибровка (ГИФ, манометры, расходомеры), проверка бурового оборудования.

Тпр – время производственного бурения скважин. Слагается из Тмех (время механического бурения), Тспо (время спуско-подъёмных операций), Твсп (время вспомогательное), Ткр (время крепления скважины – обсадка, цементирование, твердение), Тпер (время перфорации – пробивание отверстий в эксплуатационной колонне), Тисп (время испытания скважины), Тдем (время демонтажа), Трз (время рекультивации земли).
Тпр = Тмех + Тспо + Ткр + Твсп
Тбк – время баланса календарного времени от начала долбления до конца цементирования.
Тбк = Тпр + Тосл + Тн.пр + Тр, где
Тосл – время ликвидации осложнений;

Тн.пр – время ликвидации аварий (непредвиденный простой);

Тр – время ремонта бурового оборудования.
Тц – цикловое время:
Тц = Тпс + Тм + Тпб + Тбк + Тисп + Тдем + Трз
Техническая скорость бурения (метров в месяц)
Vтех = 720•Lс/Тпр, где
Lс – длина скважины по стволу;

720 – количество часов (30 дней * 24 часа).

Зависит от уровня техники, технологии, организации труда в конкретной буровой бригаде.
Коммерческая скорость бурения (метров в месяц)
Vком = 720•Lc/Твк
Зависит от темпа бурения и крепления скважины с учётом потерь времени на осложнения, ремонт, непроизводственные потери.
Цикловая скорость бурения (метров в месяц)
Vц = 720•Lc/Тц
Зависит от работы предприятия вцелом, в том числе его взаимодействия со смежниками (геофизики, тампонажники).
Средняя механическая скорость
Vмср = Lс/Тмех
Рейсовая скорость
Vр = Lc / (Тмех + Тспо + Твсп)

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время скважины бурят практически во всех средах для проведения научных исследований и обычных нефтегазо-разведочных работ; эксплуатации месторождений газообразных, жидких и твердых полезных ископаемых; сброса промышленных отходов и осуществления множества других технологических процессов.

Столь широкий диапазон применения буровых скважин в различных отраслях народного хозяйства определил многообразие условий размещения устьев, способов проходки и пространственного положения стволов этих выработок в пересекаемых ими горных массивах.

Эти паспортные и эксплуатационные данные достаточно полно характеризуют как саму скважину, так и ее оснащение.

Коршак А. А., Шаммазов А. М. Основы нефтегазового дела. Учебник для ВУЗов. 2-е изд., доп. и испр. Уфа.: ООО "ДизайнПолиграфСервис", 2002, 554 с.

Читайте также: