Лекция 4 - Назначение и конструкции нефтяных скважин на суше и море

4.1.Общие понятия о бурении

Скважина - цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше длины. Начало скважины называется устьем, цилиндрическая поверхность - стенкой или стволом, дно - забоем. Расстояние от устья до забоя по оси ствола определяет длину скважины, а по проекции оси на вертикаль - ее глубину. Максимальный начальный диаметр нефтяных и газовых скважин обычно не превышает 900 мм, а конечный редко бывает меньше 165 мм (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Скважина и ее элементы

Бурение скважин - сложный технологический процесс строительства ствола буровых скважин, состоящий из следующих основных операций:

• углубление скважин посредством разрушения горных пород буровым инструментом;

• удаление выбуренной породы из скважины;

• крепление ствола скважины в процессе ее углубления обсадными колоннами;

• проведение комплекса геолого-геофизических работ по исследованию горных пород и выявлению продуктивных горизонтов;

• спуск на проектную глубину и цементирование последней (эксплуатационной) колонны.

Таблица 4.1 Виды и способы бурения

1. Виды бурения по глубине (м)
мелкое	на средние глубины	глубокое	сверхглубокое
до 1500	до 4500	до 6000	глубже 6000
Примечание. Глубина Кольской скважины - 12650 м.
2. Способы бурения по характеру разрушения горных пород
механические	немеханические
вращательные способы	ударные способы	термические электрические взрывные, гидравлические электроимпульсное и др.
роторное турбинное реактивно-турбинное бурение с использованием электробура и винтовых забойных двигателей		Примечание. Пока не нашли широкого промышленного применения.

При бурении на нефть и газ порода разрушается буровыми долотами, а забой скважин обычно очищается от выбуренной породы потоками непрерывно циркулирующей промывочной жидкости (бурового раствора), реже производится продувка забоя газообразным рабочим агентом.

Скважины бурятся вертикально. При необходимости применяют наклонное бурение: наклонно-направленное, горизонтальное кустовое, много-забойное, двуствольное) (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - Виды скважин

Скважины углубляют, разрушая забой по всей площади (без отбора керна) или периферийной части (с отбором керна). В последнем случае в центре скважины остается колонка породы (керн), которую периодически поднимают на поверхность для изучения пройденного разреза пород.

Скважины бурят на суше и на море при помощи буровых установок, которые реализуют обычную технологию вращательного бурения с применением бурильных труб, соединяемых при помощи резьбовых муфтово-замковых соединений, а также с применением гибких непрерывных труб, наматываемых на барабан (до 5 тыс. метров и более) -так называемая "колтюбинговая технология" (установки М20 и др.).

Цели и назначение буровых скважин различные. Эксплуатационные скважины закладывают на полностью разведанном и подготовленном к разработке месторождении. В категорию эксплуатационных входят не только скважины, с помощью которых добывают нефть и газ (добывающие скважины), но и скважины, позволяющие организовать эффективную разработку месторождения (оценочные, нагнетательные, наблюдательные скважины).

Оценочные скважины предназначены для уточнения режима работы пласта и степени выработки участков месторождения, уточнения схемы его разработки.

Нагнетательные скважины служат для организации законтурного и внутриконтурного нагнетания в эксплуатационный пласт воды, газа или воздуха в целях поддержания пластового давления.

Наблюдательные скважины сооружают для систематического контроля за режимом разработки месторождения.

Конструкция эксплуатационной скважины определяется числом рядов труб, спускаемых в скважину и цементируемых в процессе бурения для успешной проводки скважин, а также оборудованием ее забоя (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Конструкция скважины

В скважину спускают следующие ряды обсадных труб:

1. Направление - для предотвращения размыва устья.

2. Кондуктор - для крепления верхних неустойчивых интервалов разреза, изоляции горизонтов с грунтовыми водами, установки на устье противовыбросового оборудования.

3. Промежуточная обсадная колонна (одна или несколько) - для предотвращения возможных осложнений при бурении более глубоких интервалов (при бурении однотипного разреза прочных пород обсадная колонна может отсутствовать).

4. Эксплуатационная колонна - для изоляции горизонтов и
извлечения нефти и газа из пласта на поверхность. Эксплуатационную
колонну оборудуют элементами колонной и заколонной оснастки
(пакеры, башмак, обратный клапан, центратор, упорное кольцо и т.п.).

Обсадные трубы выпускаются следующих диаметров и толщины (таблица 4.2)

Таблица 4.2 Некоторые параметры обсадных труб

Диаметр трубы, мм						178…508
Толщина стенки, мм	5,2 - 10,2	5,6 - 10,7	6,2 – 10,5	6,5 – 10,7	7,3 - 12,1	5,9…16,1

Трубы маркируются клеймением и краской. Изготавливаются из стали разной группы прочности: Д, К, Е, Л, М, Т. При спуске в скважину обсадные трубы шаблонируют, проверяют внутренний диаметр.

Конструкция скважин называется одноколонной, если она состоит только из эксплуатационной колонны, двухколонной - при наличии одной промежуточной и эксплуатационной колонны и т.п.

Устье скважины оснащено колонной головкой (колонная обвязка). Колонная головка предназначена для разобщения межколонных пространств и контроля за давлением в них. Ее устанавливают на резьбе или посредством сварки на кондукторе. Промежуточные и эксплуатационные колонны подвешивают на клиньях или муфте. Основные технические характеристики колонных головок отражены в их шифрах.

На месторождениях Западной Сибири распространено кустовое бурение. Кустовое бурение - сооружение групп скважин с общего основания ограниченной площади, на котором размещается буровая установка и оборудование. Производится при отсутствии удобных площадок для буровых установок и для сокращения времени и стоимости бурения. Расстояния между устьями скважин не менее 3 м.

4.2Ударное бурение скважин

При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом 1, подвешенным на канате (рис. 4.8). Буровой инструмент включает также ударную штангу 2 и канатный замок 3. Он подвеши­вается на канате 4, который перекинут через блок 5, установленный на какой-либо мачте (условно не показана). Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок 6.

По мере углубления скважины канат удлиняют. Цилиндричность скважины обеспечивается поворотом долота во время работы.

1- долото; 2 - ударная штанга; 3 - канатный замок; 4 - канат; 5 - блок; 6 - буровой станок

Рисунок 4.4 - Схема ударного бурения

Для очистки забоя от разрушенной породы буровой инструмент периодически извлекают из скважины, а в нее опускают желонку, похожую на длинное ведро с клапаном в дне. При погружении желонки в смесь из жидкости (пластовой или наливаемой сверху) и разбуренных частиц породы клапан открывается и желонка заполняется этой смесью. При подъеме желонки клапан закрывается и смесь извлекается наверх.

По завершении очистки забоя в скважину вновь опускается буровой инструмент и бурение продолжается.

Во избежание обрушения стенок скважины в нее спускают об­садную трубу, длину которой наращивают по мере углубления забоя.

В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин ударное бурение в нашей стране не применяют.

Нефтяные и газовые скважины сооружаются методом вра­щательного бурения. При данном способе породы дробятся не ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом. 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.

Дата добавления: 2014-01-07