Бурение нефтяных и газовых скважин

16.10.2018

Этой статьей мы начинаем большой цикл статей посвященных вопросам бурения нефтяных и газовых скважин их особенностям, и конструкции. Мы постараемся охватить весь спектр вопросов, связанных непосредственно с процессом бурения, рассмотрим технологии бурения, необходимое для выполнения работ оборудование и материалы, а также рассмотрим различные программные комплексы управляющие этим процессом.

Начнем с определения - что же такое бурение?

Ниже мы приведем обобщенное определение, наиболее полно отвечающее на поставленный вопрос.

Бурением называется воздействие специальной техники на слои почвы, в результате которого в земле образуется скважина, через которую будет вестись добыча ресурсов или, иными словами, бурение — это процесс разрушения пород с помощью специальной техники — бурового оборудования.

В определении появился еще один термин – скважина. Считаем целесообразным здесь дать определение – что такое скважина?

Скважина - техническое отверстие в породе, длина которого значительно превосходит его диаметр. Начало скважины (на поверхности земли) – называется УСТЬЕ, промежуточная часть скважины СТВОЛ, окончание скважины (дно скважины) - ЗАБОЙ.

Расстояние между устьем и забоем по оси ствола выработки называется длиной скважины, а это же расстояние, но взятое по вертикальной проекции оси называется её глубиной.

Бурение нефтяных (газовых) скважин осуществляется по разным направлениям работы - горизонтальным, вертикальным или наклонным, и зависят от расположения почвенного или горного пласта.

Основные этапы бурения

Основные этапы бурения (или как их еще называют ключевые этапы бурения) делится следующим образом:

• Доставка специальной техники на участок, где будет выполнятся работа. В зависимости от места расположения участка, техника может доставляться на место проведения работ или своим ходом, или по “зимнику” и даже вертолетам;
• Непосредственно бурение скважины включает в себя несколько работ. Одна из которых – углубление ствола;
• Для предотвращения разрушения ствола скважины и для предотвращения “засора”, пласты породы укрепляют. Для решения этой задачи в образовавшееся на очередном этапе бурения пространство закладывают специальную колонну из соединенных между собой труб. Пустоты между трубой и породой закрепляют цементным раствором: название этой работы - тампонирование;
• Заключительный этап - освоение. Вскрывается последний пласт породы, формируется призабойная зона, проводится перфорация шахты и отток жидкости.

Подготовительные мероприятия

Их можно разделить на 2 этапа – подготовка и оформление необходимой документации, и подготовительные работы непосредственно на участке бурения.

Подготовка документации

Перечень всей необходимой документации для проведения процесса бурения мы не будем расписывать в этой статье. Хотим добавить лишь только, что если разработка ведется в области лесного массива, нужна вся разрешительная документация, для осуществления вырубки лесного массива.

Работы по подготовке непосредственно на участке

• Составление плана работ;
• Проведение разметки участка и его зонирование;
• Вырубка деревьев;
• Подготовка и создание поселка для размещения рабочих;
• Подготовка основания для буровой установки;
• Строительство фундаментов для установки на него цистерн с горючими материалами, буровым раствором и пр…;
• Обустройство складского хозяйства;
• Отладка оборудования вспомогательного технологического оборудования;
• Сборка монтаж проверка техники;
• Подводка линий электропередач для энергоснабжения оборудования и технических средств;
• Монтаж основания для буровой вышки и установки вспомогательных элементов;
• Установка буровой вышки и подъём ее на нужную высоту;
• Отладка всего комплекса оборудования.
  

По времени, работы по подготовке непосредственно на участке, могут занимать от 1 до 5 месяцев.

После окончания работ по подготовке оборудования для бурения нефтяных скважин (оборудование полностью готово к эксплуатации), необходимо заключение специальной комиссии.

Комиссия выдаёт заключение, в котором указано, что техника находится в исправном состоянии, полностью готова к эксплуатации, персонал обладает всеми необходимыми знаниями в области правил безопасности на производстве подобного рода.

При проверке, комиссией также уточняется правильность конструкции осветительных приборов (осветительные приборы должны иметь взрывозащищенный кожух).

Если выявляются недочеты, они оформляются в виде замечаний, и они должны приняты во внимание заранее, до начала процесса работ по бурению.

До начала работ по бурению, на скважину необходимо также завезти:

• трубы для укрепления бурового ствола (обсадные трубы);
  
• долото;
• различную мелкую спецтехнику для проведения вспомогательных работ;
• измерительные приборы, для осуществления измерений непосредственно в ходе бурения.

а также обеспечить водоснабжение и решить ряд других вопросов.

Буровая площадка в обязательном порядке должна содержать:

• Объекты для проживания персонала (бытовки, соответствующие погодным условиям)
• Технические помещения
• Лабораторные помещения для анализа проб грунта и полученных в ходе исследований результатов
• Складские помещения, для хранения инвентаря и мелкого инструмента
• Средства медицинской помощи и средства безопасности.

Нефтяная скважина - особенности бурения

Если для бурения скважин на воду может использоваться среднее и легкое оборудование, то спецтехника для бурения нефтяной скважины может использоваться только “тяжелая”. Процесс бурения может осуществляться только при помощи специального оборудования.

Переоснащение талевой системы: В процессе этих работ монтируется оборудование и апробируются малые механизмы.

Установка буровой мачты начинает процесс забуривания в грунт, при этом направление не должно разойтись с осевым центром буровой вышки.

После завершения процесса центровки, осуществляется создание скважины под направление. Под этим процессом понимают установку трубы для усиления ствола, а также заливку начальной части специальным цементным раствором.

После установки направления центровка между вышкой и роторной осью регулируется еще раз.

Шурф – неглубокая скважина, которая сооружается рядом с ротором и ее предназначение – для опускания ведущей трубы во время наращивания бурильных труб в момент, когда не бурят.

Бурение под шурф производится в центре ствола, и в период работы делается обсадка при помощи труб.

Под шурф бурят турбобуром или ротором. Для забуривания под шурф турбобуром над устьем скважины предварительно собирают долото, турбобур и ведущую трубу.

Для того, чтобы регулировать скорости вращения необходимо удерживать его посредством каната, который фиксируется на самой вышке.

За несколько дней до запуска буровой установки, после прохождения всех подготовительных мероприятий, необходимо проведение совещания, на котором обязательно присутствуют технологи, геологи, инженеры, бурильщики, на котором обсуждаются ряд ключевых вопросов:

• Схема залегания пластов на нефтяном месторождении: слой глины, слой песчаника с водоносами, слой нефтяных залежей;
• Конструктивные особенности скважины;
• Состав горной породы в точке исследований и разработок;
• Учет возможных трудностей, а также иных различных факторов осложняющих работу, которые могут появиться при бурении нефтяной скважины в конкретном случае;
• Рассмотрение и анализ карты нормативов.

Документы и оборудование. Основные требования

Непосредственно процесс бурения скважины, может начаться только, после оформления ряда документов, перечень которых мы хотим здесь привести:

• Разрешение о начале эксплуатации буровой площадки;
  
• Нормативная карта (или карта нормативов);
  
• Журнал – растворы для бурения;
  
• Журнал – охрана труда;
  
• Журнал учета функционирования дизельных агрегатов;
  
• Вахтовый журнал.
  

Механическое оборудование и расходные материалы:

• Оборудование для цементирования (цементировочный агрегат);
  
• Цементный раствор;
  
• Оборудование для обеспечения безопасности;
  
• Каротажные механизмы;
  
• Техническая вода;
  
• Реагенты для различных целей.
  
• Питьевая вода;
  
• Трубы для обсадки (обсадные трубы)
  
• Трубы для бурения.
  

Типы скважин

В процессе бурения нефтяной скважины в породе формируется шахта, которую проверяют на:

• наличие нефти;
• наличие газа.

Осуществляется эта проверка посредством перфорации ствола, при котором происходит стимуляция притока вещества из продуктивной области.

После этого бурильная техника разбирается (демонтируется). Скважина пломбируется с указанием даты начала и окончания бурения.

Вывозится мусор, металлические части утилизируются.

В самом начале процесса бурения, диаметр ствола составляет до 90 см, а к концу редко доходит до 16,5 см. В ходе работы, строительство скважины осуществляется в несколько этапов:

• Углубление скважины, для чего используется буровое оборудование, которое размельчает породу;
  
• Удаление различных обломков породы из шахты;
  
• Закрепление ствола (осуществляется при помощи труб и цемента);
  
• Работы, в ходе которых исследуется полученный разлом, выявляются продуктивные расположения нефти;
  
• Спуск глубины и ее цементирование.
  

Скважины могут отличаться по глубине и в соответствии с этим делятся на следующие разновидности:

• Малые (или небольшие) (до 1500 метров);
• Средние (до 4500 метров);
• Углубленные (до 6000 метров);
• Сверхуглубленные (более 6000 метров).
  

Бурение скважины подразумевает измельчение цельного пласта породы долотом. Измельченные части породы удаляют посредством вымывания специальным раствором (буровым раствором); глубина шахты делается больше при разрушении всей забойной площади.

Сложности при бурении нефтяных скважин

В процессе бурения скважин достаточно часто приходится сталкиваться с техническими проблемами, появление которых может сильно замедлить работы или сделают работу практически невозможной. К таким проблемам относятся следующие явления:

• Разрушения ствола, обвалы;
  
• Уход в почву жидкости для промывки (удаления частей породы);
  
• Аварийные состояния оборудования или шахты;
  
• Ошибки в сверлении ствола.
  

Достаточно часто обвалы стенок скважины происходят из-за нестабильности горной порода. Признаками обвала является увеличенное давление, большая вязкость жидкости, которая используется для промывки, а также повышенное число фрагментов породы, которые выходят на поверхность.

Чаще всего поглощение жидкости случается, если залегающий ниже пласт целиком забирает раствор в себя. Его пористая структура или высокая степень впитываемости способствует такому явлению.

В процессе бурения скважины буровой снаряд, движущийся по часовой стрелке, доходит до места забоя и поднимается обратно. Скважины доходит до коренных пластов, в которые происходит врезка до 1,5 метра. Чтобы скважина не была размыта, в начало погружается труба, она же служит средством проведения промывочного раствора напрямую в желоб.

Буровой снаряд, а также шпиндель может вращаться с различной скоростью и частотой; этот показатель зависит от того, какие виды пород требуется пробить, какой диаметр коронки будет сформирован. Скорость контролируется посредством регулятора, который регулирует уровень нагрузки на коронку, служащую для бурения. В процессе работы создается необходимое давление, которое оказывается на стены забоя и резцы самого снаряда.

Проектирование бурения скважины

До начала процесса по созданию нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, в котором обозначаются следующие аспекты:

• Свойства присутствующих горных пород (устойчивость к разрушению, твердость, степень содержания воды и ряд других показателей);
  
• Глубина скважины и угол ее наклона;
  
• Диаметр шахты в конце: это важно для определения степени влияния на него твердости горных пород;
  
• Метод бурения скважины (методы бурения будут рассмотрены в этой статье чуть позднее).
  

Проектирование нефтяной скважины необходимо начинать с определения глубины, конечного диаметра самой шахты, а также уровня бурения и конструктивных особенностей. Геологический анализ позволяет разрешить эти вопросы вне зависимости от типа скважины.

Методы бурения

Процесс строительства скважины для добычи нефти может осуществляться несколькими способами:

• Ударно-канатный метод.
  
• Работа с применением роторных механизмов.
  
• Бурение скважины с использованием забойного мотора.
  
• Бурение турбинного типа.
  
• Бурение скважины с использованием винтового мотора.
  
• Бурение скважины посредством электрического бура.

Ударно-канатный метод бурения - относится к наиболее известным и проверенным методам. В этом случае шахту пробивают ударами долота, производимыми с определенной периодичностью. Удары создаются посредством влияния веса долота и утяжеленной штанги. Поднятие оборудования происходит из-за балансира оборудования для бурения.

Работа с роторным оборудованием основана на вращении механизма при помощи ротора, который ставится на устье скважины через трубы для бурения, которые осуществляют функцию вала. При малых размерах скважины – бурение производится посредством участия в процессе шпиндельного мотора. Роторный привод соединен с карданом и лебедкой: такое устройство позволяет контролировать скорость, с которой вращаются валы.

Бурение при помощи турбины производится посредством передачи вращающегося момента колонне от мотора. Такой же способ позволяет передавать и энергию гидравлики.

Турбобур – это особый механизм, преобразующий энергию гидравлики в давлении раствора в механическую энергию, которая и обеспечивает вращение.

Процесс бурения нефтяной скважины состоит из опускания и подъема колонны в шахту, а также удерживание на весу. Колонной называется сборная конструкция из труб, которые соединяются друг с другом посредством специальных замков.

Основной задачей является передача различных типов энергии к долоту. Таким образом осуществляется движение, приводящее к углублению и разработке скважины.

Теги: 
Компания:  НефтьГазИнформ