Сведения о бурении, испытании и эксплуатации скважин

 

Скважина — цилиндрическая верти­кальная или наклонная горная выработка большой длины и сравнительно малого диаметра.

Устье скважин-нулевая точ­ка отсчета ее глубины (длины); обычно - уровень ротора буровой установки.

Забой скважины — нижняя точка пересеченных скважиной горных пород-

Диаметр скважины — диа­метр круга, эквивалентного по площади сечению скважины плоскостью, перпен­дикулярной к ее оси. Номинальный диа­метр скважины принимается равным диа­метру долота, которым бурили скважину. Фактический диаметр скважины часто отличается от номинального. Участок ство­ла скважины с резко увеличенным диа­метром называют каверной

 

Таблица 1. Классификация нефтяных и газовых скважин

Скважина	Цель бурения	Конечный диаметр скважины, мм	Наиб. глубина скважины,км
Картировочная   Сейсмическая (взрывная) Структурная (структурно- поис­ковая) Опорная   Поисковая     Разведочная   Эксплуатационная Нагнетательная   Контрольная (оце­ночная, наблюда­тельная, пьезомет­рическая	Вскрытие коренных пород при геологической съемке Проведение взрывных работ при сейсмической разведке Выявление и подготовка перспективных пло­щадей и геологических структур для глубоко­го поискового и разведочного бурения Изучение глубинного строения малоисследо­ванных крупных регионов с целью установле­ния общих закономерностей залегания отложе­ний, благоприятных для нефтегазонакопления Обнаружение и опробование новых месторож­дений и залежей нефти и газа, уточнение их запасов по категориям С2 и С1 Уточнение контура нефтегазоносности место­рождений и разведка новых горизонтов на этих месторождениях, подготовка запасов по категориям С1 и В Добыча нефти и газа Нагнетание в продуктивные пласты воды или газа для поддержания пластового давления Контроль разработки нефтяных и газовых месторождений	76—93   76—200   76—93     140—300   140—300     140—300   140—300 140—300   140—300	0,3   0,3   2     10   7     7   6 6   6

Глубина скважины — расстоя­ние от устья до забоя по стволу скважины. Глубина скважины, как правило, отлича­ется от кратчайшего расстояния по вертикали между устьем и забоем из-за наклона или искривления ствола скважины.

Буровое оборудование и инструменты

Буровая установка служит для привода бурового ин­струмента, спуска и подъема бурильной колонны и обсадных труб, размещения талевой системы, лебедки, ротора и дру­гого оборудования и инструментов, не­обходимых для бурения.

При электрическом приводе использу­ются асинхронные и синхронные электри­ческие машины. В разведочном бурении широкое распространение получили ди­зельные приводы 

Буровая вышка предназначе­на для подъема и спуска бурильной ко­лонны и обсадных труб в скважину, раз­мещения буровой лебедки, талевой сис­темы, бурильных труб и других инстру­ментов. При бурении на нефть и газ ис­пользуются металлические вышки башен­ного или А-образного  типа.

Буровая лебедка используется для спуска и подъема бурильной ко­лонны и обсадных труб. Лебедка снабже­на устройством для привода ротора с эле­ментами управления на пульте буриль­щика.

Талевая система применяется для преобразования вращательного дви­жения барабана лебедки в вертикально-по­ступательное перемещение бурового инстру­мента. Она состоит: неподвижного крон-блока, укрепленного в верхней части выш­ки, подвижного талевого блока с крюком, на который подвешивается бурильная ко­лонна, и талевого стального каната круг­лого сечения. Полиспастовый механизм талевой системы по мере углубления скважины изменяется путем применения различной оснастки талевой системы со­ответственно ряду 2X3, 3X4, 5X6.

Ротор предназначен для приведения во вращение колонны бурильных труб при бурении и поддержания ее на весу при прекращении бурения.

Вертлюг с буровым шлангом обес­печивает подачу промывочной жидкости от насоса на буровой инструмент при его остановках и вращении.

Бурильная колонна пред­назначена для передачи вращения от ро­тора к долоту и подвода промывочной жидкости к забою скважины. Бурильная колонна обычно состоит из ведущей тру­бы квадратного или шестигранного сече­ния, соединенной через вертлюг с грязе­вым шлангом, из бурильных труб, зам­ков, переводников, тяжелого низа и цент­раторов бурильных колонн. Бурильные трубы изготовляются из стали группы прочности Д и стали 36Г2С с высажен­ными внутрь или наружу концами Бурильные трубы соединяются между собой муфтами или замками. Утяжеленные бурильные трубы устанавливаются внизу колонны в целях увеличения ее жесткости. Использование бурильных труб из алюминиевых сплавов позволяет уменьшить массу колонны при­мерно в 2 раза.

Буровое долотопредназначено для разрушения горных пород в процессе бурения.

Лопастные долота используются для разбуривания мягких пород. Выпуска­ются двух- и трехлопастные долота. Ша­рошечные долота применяют при враща­тельном бурении самых разнообразных пород. Число шарошек 1—6, чаще все­го применяют трехшарошечные долота. Для бурения очень твердых пород, а так­же для снижения затрат на замену долот используют алмазные долота, каждое из которых по износостойкости равноценно 20—30 шарошечным. Для взятия керна применяют колонковые долота — со съем­ной грунтоноской, позволяющей подни­мать на поверхность керн без подъема бу­рильных труб, и без грунтоноски, с кото­рыми керн извлекается после подъема бу­рильных труб.

Забойный двигатель пред­назначен для вращения долота на забое. Применяются турбобуры, вращаемые жид­костью, прокачиваемой по бурильной ко­лонне наземными насосами, и электробу­ры, электроэнергия для которых подает­ся по кабелю, смонтированному на бу­рильных трубах.

Буровой насос служит для наг­нетания промывочной жидкости в сква­жину. В бурении применяют горизонталь­ные двухцилиндровые поршневые насосы.

Устьевое    оборудование, содержащее противовыбросовое устройст­во, устанавливается на устье бурящейся скважины, из которой возможны выбросы. Оно состоит из превентора (плашечного, универсального, вращающегося) с руч­ным или гидравлическим управлением и обвязки системы трубопроводов с задвиж­ками или кранами высокого давления.

Обсадные  трубы предназначаются для крепления скважин после бу­рения и цементируются с целью предотвра­щения перетоков флюидов из пласта в пласт. Для крепления нефтяных и газовых сква­жин применяются обсадные трубы, соот­ветствующие ГОСТ 632—80. Обсадные трубы поставляются длиной от 9,5 до 13 м. Нижний конец (башмак) об­садной колонны оборудуется устройст­вом, облегчающим проходимость, обрат­ным клапаном и «стоп-кольцом» для це­ментирования. После цементирования сква­жины верхние концы обсадных колонн обвязывают колонной головкой путем сварки или привинчивания. На фланец головки устанавливается перфорационная задвижка с выводом штурвала за преде­лы буровой. При поисках и разведке месторождений угля, руды, минеральных солей, а также для картирования глубинных структур в нефтегазовых отраслях применяется структурно-колонковое бурение

 Основные операции, входящие в процесс бурения.

Бурение скважины является сложным производствен­ным процессом, состоящим из отдельных операций, основными из которых являются спускоподъемные и углубление скважины.

Спускоподъемные операции включают спуск бурильных труб с породоразрушающим инструментом (бурильной колон­ной) до забоя скважины и их подъем с отработанным породо­разрушающим инструментом (при колонковом бурении с кер­ном) на поверхность (рис.2).

Для производства спускоподъемных операций буровая вышка имеет талевую оснастку (рис. 2 а), состоящую из крон-блока и талевого блока 9, на которые намотан талевый канат 8. К талевому блоку крепится крюк 10, к которому могут быть прицеплены инструменты для спуска и подъема. Один конец талевого каната прикреплен к якорю, другой к лебедке 5.

Рис. 2. Схема буровой установки:

а-глубокого бурения: 1-долото; 2-забойный двигатель (при роторном бурении не устанавливается); 3 —бурильная труба; 4 — бурильный замок; 5 —лебедка; б - двига­тели лебедки и ротора; 7 — вертлюг; 8 — талевый канат; 9 — талевый блок; 10 — крюк; 11 — буровой шланг; 12 — ведущая труба; 13 — ротор; 14 — вышка; 15 — желоба; 16 — обвязка насоса; 17 — буровой насос; 18 — двигатель насоса; 19 — приемный резервуар (емкость); б - колонкового бурения: 1— коронка; 2— керн; 3 — колонковая труба; 4 — переводник; 5 — колонна бурильных труб; 6 — направляющая труба; 7—буровой станок; 8 — шпиндель вращателя бурового станка; 9 — зажимные патроны; 10 — вертлюг-саль­ник; 11 — талевый блок; 12 — талевый канат; 13 — кронблок; 14 — буровая вышка; 15 — буровое здание; 16 — лебедка; 17—буровой шланг; 18 — насос; 19 — электродвигатели станка и насоса; 20 — желоба; 21 — отстойные баки; 22 — приемная емкость; 23 — всасы­вающий насос: 24 — индикатор веса; 25 — подсвечник

 

Спуск бурильной колонны производят в следующем порядке. Собирают компоновку низа бурильной колонны (К.НБК), со­стоящую из долота 1, калибровочных расширителей, центрато­ров и утяжеленных бурильных труб (УБТ), соединенных между собой с помощью переводников.         При использовании забойного двигателя (турбобур, электробур, винтовой двигатель) его также помещают в КНБК. Производят спуск КНБК в скважину. Верхнюю часть закрепляют в роторе 13 клиньями. Отцепляют элеватор и поднимают его до уровня верхней части свечи (не­сколько бурильных труб 3, число которых зависит от высоты бу­ровой вышки, соединены муфтами в свечи). Свечи между собой соединяют замками . В элеватор заводят верхний конец свечи, элеватор закрывают и приподнимают всю свечу, чтобы устано­вить ее в верхнюю часть опущенной в скважину бурильной ко­лонны. Производят навинчивание свечи, после чего ее припод­нимают, освобождая от клиньев, и производят спуск. Далее операция продолжается в том же порядке до тех пор, пока все бурильные трубы, ранее находящиеся в работе, не будут спу­щены в скважину. Затем в бурильную колонну включают еще одну бурильную трубу, производят спуск колонны с таким рас­четом, чтобы долото 1,5—2,0 м не дошло до забоя, и подсоеди­няют ведущую бурильную трубу 12, имеющую четырехгранную, шестигранную или фигурную форму для крепления ее в роторе. На этом операции по спуску заканчиваются, и приступают к углублению скважины.

Непосредственное углубление скважины связано с разруше­нием породы на забое (отделение частиц породы от массива) и транспортировкой разрушенной породы (шлама) от забоя на поверхность.

Транспортировка разрушенной породы на поверхность осу­ществляется с помощью бурового раствора (газа или воздуха) от насосов (компрессоров) 17 через их обвязку 16, гибкий буро­вой шланг 11 и вертлюг 7, ведущую трубу 12, бурильные трубы 3 к долоту. Из долота через отверстия для промывки буровой раствор поступает к забою и вместе с буровым шла­мом поднимается на поверхность по кольцевому зазору между стенками скважины (обсадными трубами) и бурильными тру­бами. На поверхности буровой раствор подвергают очистке от частиц выбуренной породы и по системе желобов 15 направ­ляют в приемную емкость 19 буровых насосов. После этого цикл  его движения повторяется.

При бурении бурильная колонна подвешена на штроп вертлюга па крюке талевого блока. По мере разрушения породы она спускается вниз. Вертлюг состоит из двух частей: подвижной, соединенной с ведущей трубой, и неподвижной, на которой имеется штроп, а также отвод для соединения с буровым шлангом.

При разрушении горных пород на забое независимо от спо­соба разрушения буровая колонна (долото и бурильные трубы) по мере углубления скважины перемещается вниз. Самая верх­няя труба, получившая название ведущей, также перемещается вниз. Когда дальнейшая подача буровой колонны невозможна (достигли верха ведущей трубы), производят подъем до соеди­нения ведущей трубы с буровой колонной. Ведущую трубу от­винчивают. Навинчивают следующую бурильную трубу и про­изводят спуск буровой колонны в скважину. Навинчивают веду­щую трубу и продолжают углубление скважины. Операция по соединению очередной бурильной трубы с бурильной колонной получила название наращивания бурильного инструмента. При бурении с отбором керна, чтобы не вызвать его выпадения из колонкового снаряда, эту операцию не проводят. При колонковом разведочном бурении осевая нагрузка соз­дается не массой бурильной колонны, а системой гидравличе­ской подачи, поэтому, как правило, для привода бурильной колонны во вращательное и поступательное вниз движения используют не ротор и лебедку, а станки специальных конструкций (рис 2, б). Проведение спускоподъемных операций при этом отличия не имеет, а при непосредственном углублении скважины верхняя бурильная труба круглая и крепится в зажимных патронах 9 бурового станка, которые и передают ей крутящий момент и осевую нагрузку.

Кроме основных в процессе бурения выполняется ряд вспо­могательных операций, которые могут быть совмещены с основ­ными или выполняются непосредственно. К ним относятся: при­готовление бурового раствора, каротаж, инклинометрия, гидро­геологические исследования, заклинивание и укладка керна при колонковом бурении.

Операции по бурению периодически прерываются для креп­ления стенок скважины и разобщения пластов, испытания про­буренных продуктивных горизонтов и проведения геофизических и гидрогеологических исследований.

При нарушении нормального хода бурового процесса (по­ломка бурильных труб, прихват инструмента, поглощения буро­вого раствора) возникает необходимость в проведении работ по ликвидации аварий и осложнений.

Цикл строительства скважин.

К полному циклу строительства скважины относятся:

1) подготовка площадок, подъездных путей и прокладка трубопроводов;

2) транспортирование и монтаж вышки, бурового оборудова­ния и строительство привышечных сооружений;

3) подготовительные работы;

4) процесс бурения скважины;

5) крепление стенок ствола скважины и разобщение пла­стов;

6) испытание скважин на приток нефти или газа;

7) демонтаж вышки и бурового оборудования и привышеч­ных сооружений;

8) освоение скважины.

Отдельные операции цикла могут быть совмещены. Напри­мер, монтажные и демонтажные работы и освоение скважин часто выполняются специализированными бригадами. Под­готовительные работы иногда могут быть выполнены буро­вой бригадой в период заканчивания предыдущей сква­жины.

Производственный цикл сооружения скважины начинается с момента строительства вышки (рытья котлованов под фундамент буровой) и завершается в эксплуатационном бурении испы­танием скважины на промышленный приток нефти, а в разведоч­ном — испытанием всех намеченных объектов.

  Начало бурения скважины — момент первого спуска буриль­ной колонны для проходки, а окончание бурения — момент окон­чания выброса бурильных труб на мостки после промывки сква­жины и испытания колонны на герметичность