У процес буріння нафтових та газових свердловинзалучають високотехнологічне обладнання, що має високу потужність. Перелік робіт залежить від характеристик родовищ вуглеводнів. Пласти з природною сировиною можуть розташовуватися вертикально, горизонтально або похило, що впливає на спосіб його видобутку.

Що таке свердловина?

Свердловини призначені для видобутку та газу, води та інших корисних ресурсів. Вона є виробленням в гірській породі, що має циліндричну форму. Її довжина набагато перевищує діаметр. Свердловина складається з кількох частин.

Початок циліндричного заглиблення у гірській породі називають гирлом, стінки – стовбуром, дно – вибоєм. Діаметр свердловин на нафту у верхній точці рідко перевищує 900 мм, а нижній – більше 165 мм. По глибині їх поділяють на дрібні (до 1500 м), середні (до 4500 м), глибокі (до 6000 м), надглибокі (6000 м).

Залежно від призначення свердловин для видобутку вуглеводнів їх поділяють такі різновиди:

• експлуатаційні. Безпосередньо використовуються для видобутку вуглеводнів;
• нагнітальні. Закачують воду для підтримки пластового тиску, що дає змогу продовжити період розробки родовищ енергоресурсів;
• розвідувальні. Дозволяють визначити ресурс виявлених горизонтів;
• спеціальні. Призначені для визначення геологічних характеристиктериторії, нафтоносного шару, для скидання стоків у глибокі пласти;
• структурно-пошукові. Призначені визначення точного розміщення родовищ вуглеводнів.

Як відбувається буріння?

Технологія буріння нафтогазової свердловини передбачає проведення наступних робіт:

• Процес буріння свердловин із різними технічними характеристиками починається з підготовки спеціалізованої техніки.
• Здійснюють поглиблення стовбура свердловини. У процесі роботи нагнітається вода, що дозволяє зробити буріння якісніше.
• Щоб заглиблення у ґрунті не зруйнувалося, роблять зміцнення його стінок. Для цього використовуються обсадні труби. Простір між їх стінками та ґрунтом бетонують, що дозволяє значно зміцнити циліндричну поверхню ствола.
• На фінішному етапі робіт здійснюється освоєння свердловини. Відбувається влаштування привибійної зони, перфорація, виклик відтоку нафти.

Способи проведення бурильних робіт

Під час використання може використовуватися різне обладнання, що визначає спосіб проведення основних робіт.

Ударний спосіб

Має на увазі послідовне руйнування гірських порід за допомогою долота, підвішеного на канаті. Робочий інструмент також складається з ударної штанги, канатного замку. Вони з'єднуються через перехідний блок та канат з опорною щоглою. Основний робочий інструмент здійснює рухи за допомогою бурового верстата. Щоб поглиблення в ґрунті очистити від залишків гірської породи, долото іноді виймають. Всередину нагнітають спеціальну рідину, яка за допомогою желонки витягується назовні разом із дрібними частинками ґрунту.

Обертальний спосіб

Ця технологія буріння набула великої популярності. Руйнування гірських порід відбувається за допомогою обертання долота. На нього діє осьове навантаження, що передбачає пряму передачу моменту, що крутить, від приводного механізму на робочий інструмент. При використанні ротор. Він передає обертання через колону труб. При звичайному бурінні як приводний механізм застосовують електробур, гвинтовий двигун, які встановлюються безпосередньо над долотом

Особливості витівки горизонтальних свердловин

Виробляється для видобутку вуглеводнів у важкодоступних місцях, де це зробити іншими способами неможливо. Цей спосібвідрізняється великою продуктивністю. Його активно використовують для видобутку енергетичних ресурсів із дна великих водойм.

У процес проведення робіт утворюють стовбур, який нахиляється щодо вертикальної осі під певним кутом. Горизонтальне буріння відбувається у кілька етапів:

1. Підготовка бурового обладнання для роботи;
2. Необхідно пробурити свердловину визначення характеристик гірської породи, глибини залягання нафтоносних шарів, їх розміщення щодо вертикальної осі;
3. Створення розчину, ретельне регулювання його основних характеристик;
4. Проведення робіт із глушіння;
5. Герметизація гирла;
6. Проведення підготовчих робіт з геолого-фізичного дослідження облаштованих стволів;
7. Підготовка ствола до опускання випробувача існуючих порід;
8. Вибух снарядів, що дозволяє здійснити відбір крену;
9. Освоєння свіжооблаштованої свердловини;
10. Доставка на місце добування бурових комплексів.

Буріння горизонтальних свердловин

Способи буріння свердловин на морі

Технологія буріння свердловин на водоймищах відрізняється від застосовуваних методик на суші. Найпростіший спосіб здійснення необхідних операцій - встановлення на пальовому фундаменті платформ, на яких розміщують все обладнання. Пристрій даної конструкції відбувається на мілководді. Також встановлення бурильного обладнання може відбуватися на штучно насипаній суші.

При бурінні свердловин нафту зазвичай одержують із різних ділянок океану чи моря. Тому доцільно встановлювати пересувні платформи. Після завершення робочого циклу вони переміщуються у вибрану точку та продовжують процес видобутку вуглеводнів. Виділяють три типи бурових платформ.

Самопідйомна

Є понтоном. На платформі є виріз, над яким розміщується бурова вежа. Також на понтоні знаходиться все необхідне обладнання, електростанція, складські та допоміжні приміщення, багатоповерхова рубка. При бурінні колони опускаються, спираються на дно, що призводить до підняття платформи над поверхнею води.

Напівнавантажена

Застосовуються, де глибина видобутку нафти досягає 300-600 м. Напівнавантажувальна платформа плаває поверхнею води на величезних понтонах. Фіксація всієї споруди здійснюється масивними якорями вагою близько 15 т.

Гравітаційна

Встановлюється на масивній бетонній основі, яка спирається на морське дно.

Перелічені методи буріння свердловин для видобутку корисних вуглеводнів активно застосовують у всьому світі. Вони постійно удосконалюються, що дозволяє підвищити їх продуктивність.

Відео: Основи геології нафти та газу

1. Послідовність проектування конструкції свердловини. Чинники, що враховуються під час проектування.

Конструкцію свердловин на нафту та газрозробляють та уточнюють відповідно до конкретних геологічних умов буріння в заданому районі. Вона має забезпечити виконання поставленої завдання, тобто. досягнення проектної глибини, розкриття нафтогазоносного покладу та проведення всього наміченого комплексу досліджень та робіт у свердловині, включаючи її використання у системі розробки родовища.

Конструкція свердловини залежить від складності геологічного розрізу, способу буріння, призначення свердловини, способу відкриття продуктивного горизонту та інших факторів.

Вихідні дані для проектування конструкції свердловини включають такі відомості:

· Призначення та глибина свердловини;

· Проектний горизонт та характеристика породи-колектора;

· Геологічний розріз у місці закладення свердловини з виділенням зон можливих ускладнень та зазначенням пластових тисків та тиску гідророзриву порід по інтервалах;

· Діаметр експлуатаційної колони або кінцевий діаметр свердловини, якщо спуск експлуатаційної колони не передбачений.

Порядок проектування конструкції свердловини на нафту та газнаступний.

1. Вибираєтьсяконструкція привибійної ділянки свердловини. Конструкція свердловини в інтервалі продуктивного пласта має забезпечувати найкращі умовинадходження нафти та газу в свердловину та найбільш ефективне використання пластової енергії нафтогазового покладу.

2. Обґрунтовується необхіднекількість обсадних колон та глибин їх спуску. З цією метою будується графік зміни коефіцієнта аномальності пластових тисків k, та індексу тисків поглинання kпогл.

3. Обґрунтовується вибірдіаметра експлуатаційної колони та узгоджуються діаметри обсадних колон та долот. Розрахунок діаметрів ведеться знизу нагору.

4. Вибираються інтервали цементування. Від черевика обсадної колони до гирла цементуються: кондуктори у всіх свердловинах; проміжні та експлуатаційні колони у розвідувальних, пошукових, параметричних, опорних та газових свердловинах; проміжні колони в нафтових свердловинах завглибшки понад 3000 м; на ділянці довжиною не менше 500 м від черевика проміжної колони в нафтових свердловинах глибиною до 3004 м (за умови перекриття тампонажним розчином всіх проникних і нестійких порід).

Інтервал цементування експлуатаційних колон у нафтових свердловинах може бути обмежений ділянкою від черевика до перерізу, розташованого не менше ніж на 100 м вище від нижнього кінця попередньої проміжної колони.

Всі обсадні колони в свердловинах, що споруджуються в акваторіях, цементуються по всій довжині.

2. Етапи проектування гідравлічної програми промивання
свердловини буровими розчинами.

Під гідравлічною програмою розуміється комплекс регульованих параметрів процесу промивання свердловини. Номенклатура регульованих параметрів: показники властивостей бурового розчину, подача бурових насосів, діаметр і кількість насадок гідромоніторних доліт.

При складанні гідравлічної програми передбачається:

Виключити флюїдопрояви з пласта та поглинання бурового розчину;

Запобігти розмиву стінок свердловини і механічне диспергування транспортованого шламу з метою виключення напрацювання бурового розчину;

Забезпечити винесення вибуреної гірської породи з кільцевого простору свердловини;

створити умови для максимального використання гідромоніторного ефекту;

Раціонально використовувати гідравлічну потужність насосної установки;

Виключити аварійні ситуаціїпри зупинках, циркуляції та пуску бурових насосів.

Перелічені вимоги до гідравлічної програми задовольняються за умови формалізації та вирішення багатофакторного оптимізаційного завдання. Відомі схеми проектування процесу промивання свердловин, що буряться, засновані на розрахунках гідравлічних опорів в системі по заданим подачі насосів і показниками властивостей бурових розчинів.

Подібні гідравлічні розрахунки проводяться за наступною схемою. Спочатку, виходячи з емпіричних рекомендацій, задають швидкість руху бурового розчину в кільцевому просторі та обчислюють необхідну подачу бурових насосів. За паспортною характеристикою бурових насосів підбирають діаметр втулок, які можуть забезпечити необхідну подачу. Потім, за відповідними формулами, визначають гідравлічні втрати в системі без урахування втрат тиску в долоті. Площа насадок гідромоніторних доліт підбирають, виходячи з різниці між максимальним паспортним тиском нагнітання (відповідним обраним втулкам) та обчисленими втратами тиску на гідравлічні опори.

3. Принципи вибору способу буріння: основні критерії вибору, облік
глибини свердловини, температури у стовбурі, ускладненості буріння, проектного профілю та інших факторів.

Вибір способу буріння, розробка більше ефективних методівруйнування гірських порід на вибої свердловини та вирішення багатьох питань, пов'язаних з будівництвом свердловини, неможливі без вивчення властивостей самих гірських порід, умов їх залягання та впливу цих умов на властивості гірських порід.

Вибір способу буріння залежить від будови пласта, його колекторських властивостей, складу рідин і/або газів, що містяться в ньому, числа продуктивних про-пластків і коефіцієнтів аномальності пластових тисків.

Вибір способу буріння базується на порівняльній оцінці його ефективності, яка визначається безліччю факторів, кожен з яких залежно від геолого-методичних вимог (ГМТ), призначення та умов буріння може вирішальне значення.

На вибір способу буріння свердловини впливає також цільове призначення бурових робіт.

При виборі способу буріння слід керуватися цільовим призначенням свердловини, гідрогеологічною характеристикою водоносного пласта та глибиною його залягання, обсягом робіт з освоєння пласта.

Поєднання параметрів КНБК.

При виборі способу буріння крім техніко-економічних факторів слід враховувати, що, порівняно з КНБК, на базі забійного двигуна роторні КНБК значно технологічніші та надійніші в експлуатації, стійкіші на проектній траєкторії.

Залежність сили, що відхиляє, на долоті від кривизни свердловини для стабілізуючих КНБК з двома центраторами.

При виборі способу буріння крім техніко-економічних факторів слід враховувати, що в порівнянні з КНБК на базі вибійного двигуна роторні КНБК значно технологічніше і надійніше в експлуатації, стійкіше на проектній траєкторії.

Для обґрунтування вибору способу буріння в надсольових відкладеннях та підтвердження викладеного вище висновку про раціональний спосіб буріння були проаналізовані технічні показники турбінного та роторного буріння вкв.

У разі вибору способу буріння із вибійними гідравлічними двигунами, після розрахунку осьового навантаження на долото необхідно вибрати тип вибійного двигуна. Цей вибір здійснюється з урахуванням питомого моменту на обертання долота, осьового навантаження на долото та щільності бурового розчину. Технічні характеристикивибраного вибійного двигуна враховуються при проектуванні частоти обертів долота та гідравлічної програми промивання свердловини.

Питання про виборі способу буріннямає вирішуватися з урахуванням техніко-економічного обгрунтування. Основним показником вибору способу буріння є рентабельність - собівартість 1 м проходки. [ 1 ]

Перш ніж приступити до вибору способу буріннядля поглиблення стовбура з використанням газоподібних агентів, слід мати на увазі, що їх фізико-механічні властивості вносять цілком певні обмеження, так як деякі типи газоподібних агентів є непридатними для ряду способів буріння. На рис. 46 показані можливі поєднання різних типів газоподібних агентів із сучасними способами буріння. Як видно із схеми, найбільш універсальними з точки зору використання газоподібних агентів є способи буріння ротором та електробуром, менш універсальним - турбінний спосіб, який застосовується лише за використання аерованих рідин. [ 2 ]

Енергоозброєність ПБУ менше впливає на вибір способів буріннята їх різновидів, ніж енергоозброєність установки для буріння на суші, оскільки крім безпосередньо бурового обладнання ПБО оснащена допоміжним, необхідним для її експлуатації та утримання на точці буріння. Практично бурове та допоміжне обладнання працює по черзі. Мінімально необхідна енергоозброєність ПБО визначається енергією, що споживається допоміжним обладнаннямяка буває більш необхідною для бурового приводу. [ 3 ]

Восьмий, розділ технічного проектуприсвячений вибору способу буріння, типорозмірів вибійних двигунів та бурових дол, розробці режимів буріння. [ 4 ]

Іншими словами, вибір того чи іншого профілю свердловини зумовлює значною мірою вибір способу буріння5 ]

Транспортабельність ПБО не залежить від металоємності та енергоозброєності обладнання та не впливає на вибір способу буріння, оскільки буксують її без демонтажу обладнання. [ 6 ]

Іншими словами, вибір того чи іншого типу профілю свердловини зумовлює значною мірою вибір способу буріння, типу долота, гідравлічної програми буріння, параметрів режиму буріння та навпаки. [ 7 ]

Параметри хитавиці плавучої основи слід визначати розрахунковим шляхом вже на початкових стадіях проектування корпусу, оскільки від цього залежить робочий діапазон хвилювання моря, при якому можлива нормальна та безпечна робота, а також вибір способу буріння, систем та пристроїв для зниження впливу хитавиці на робочий процес. Зниження хитавиці може бути досягнуто раціональним підбором розмірів корпусів, взаємним їх розташуванням та застосуванням пасивних та активних засобів боротьби з хиткою. [ 8 ]

Найбільш поширеним методом розвідки та експлуатації підземних вод залишається буріння свердловин та колодязів. Вибір способу буріннявизначають: ступінь гідрогеологічної вивченості району, мета робіт, необхідна достовірність одержуваної геолого-гідрогеологічної інформації, техніко-економічні показники розглянутого способу буріння, вартість 1 м3 води, що видобувається, термін існування свердловини. На вибір технології буріння свердловин впливають температура підземних вод, ступінь їхньої мінералізації та агресивність по відношенню до бетону (цементу) та заліза. [ 9 ]

При бурінні надглибоких свердловин попередження викривлення стовбурів має дуже важливе значення через негативні наслідки кривизни свердловини при її поглибленні. Тому при виборі способів буріння надглибоких свердловин, і особливо їх верхніх інтервалів, увагу слід приділяти збереженню вертикальності і прямолінійності стовбура свердловини. [ 10 ]

Питання вибір способу буріння має вирішуватися з урахуванням техніко-економічного обгрунтування. Основним показником для вибору способу бурінняє рентабельність – собівартість 1 м проходки. [ 11 ]

Так, швидкість обертального буріння з промиванням глинистим розчином перевищує швидкість ударно-канатного буріння у 3 – 5 разів. Тому вирішальним фактором при виборі способу буріннямає бути економічний аналіз. [12 ]

Техніко-економічна ефективність проекту на будівництво нафтових та газових свердловин багато в чому залежить від обґрунтованості процесу поглиблення та промивання. Проектування технології цих процесів включає в себе вибір способу буріння, типу породо-руйнівного інструменту та режимів буріння, конструкції бурильної колони та компонування її низу, гідравлічної програми поглиблення та показників властивостей бурового розчину, типів бурових розчинів та необхідних кількостей хімічних реагентів та матеріалів для підтримки їх властивостей. p align="justify"> Прийняття проектних рішень обумовлює вибір типу бурової установки, що залежить, крім цього, від конструкції обсадних колон п географічних умов буріння. [ 13 ]

Застосування результатів розв'язання задачі створює широку можливість проведення глибокого, великого аналізу відпрацювання доліт у великій кількості об'єктів з найрізноманітнішими умовами буріння. При цьому можлива також підготовка рекомендацій щодо вибору способів буріння, вибійних двигунів, бурових насосів та промивної рідини. [ 14 ]

У практиці спорудження свердловин на воду набули поширення такі способи буріння: обертальний з прямим промиванням, обертальний із зворотним промиванням, обертальний з продуванням повітрям і ударно-канатний. Умови застосування різних способів буріння визначаються власне технічними та технологічними особливостями бурових установок, а також якістю робіт із спорудження свердловин. Слід зазначити, що за виборі способу буріння свердловинна воду необхідно враховувати як швидкість проходки свердловин і технологічність методу, а й забезпечення таких параметрів розтину водоносного пласта, у яких деформація порід у привибійної зоні спостерігається мінімальною мірою та її проникність не знижується проти пластовой. [ 1 ]

Значно складніше вибрати спосіб буріння для поглиблення вертикального стовбура свердловини. Якщо при розбурюванні інтервалу, вибраного виходячи з практики буріння з використанням бурових розчинів, очікується викривлення вертикального стовбура, то, як правило, застосовують пневмоударники з відповідним типом долота. Якщо викривлення не спостерігається, то вибір способу бурінняздійснюється в такий спосіб. Для м'яких порід (м'які сланці, гіпси, крейда, ангідрити, сіль та м'які вапняки) доцільно застосовувати буріння електробуром із частотами обертання долота до 325 об/хв. У міру збільшення твердості гірських порід способи буріння розташовуються в наступній послідовності: об'ємний двигун, роторне буріння та ударно-обертальне буріння. [ 2 ]

З точки зору підвищення швидкості та зниження собівартості спорудження свердловин з ПБО цікавий спосіб буріння з гідротранспортом керна. Цей спосіб при виключенні зазначених вище обмежень його застосування може використовуватися при розвідці розсипів з ПБО на пошуковій та пошуково-оцінній стадіях. геологорозвідувальних робіт. Вартість бурового обладнання незалежно від способів буріння не перевищує 10% загальної вартостіПБО. Тому зміна вартості тільки бурового обладнання не робить істотного впливу на вартість виготовлення та обслуговування ПБО та на вибір способу буріння. Збільшення вартості ПБО виправдане лише в тому випадку, якщо воно покращує умови роботи, підвищує безпеку та швидкість буріння, скорочує кількість простоїв через метеоумови, розширює за часом сезон бурових робіт. [ 3 ]

4. Вибір типу долота та режиму буріння: критерії вибору, способи отримання інформації та її обробки для встановлення оптимальних режимів, регулювання величини параметрів.

Вибір долота виробляють з урахуванням знання гірських порід (г/п) складових даний інтервал, тобто. за категорією твердості та за категорією абразивності г/п.

У процесі буріння розвідувальної, а іноді й експлуатацинної свердловини періодично відбираються породи у вигляді недоторканих ціликів (кернів) для складання стратиграфічного розрізу, вивчення літологічної характеристики пройдених порід, виявлення вмісту нафти, газу в порах порід і т.д.

Для вилучення поверхню керна застосовують колонкові долота (рис. 2.7). Складається таке долото з бурильної головки 1 і колонкового набору, приєднаного до корпусу головки бурильної за допомогою різьби.

Мал. 2.7. Схема влаштування колонкового долота: 1 - бурильна головка; 2 – керн; 3 - ґрунтоноска; 4 - корпус колонкового набору; 5 - кульовий клапан

Залежно від властивостей породи, в якій здійснюється буріння з відбором керна, застосовують кулькові, алмазні та твердосплавні бурильні головки.

Режим буріння - поєднання таких параметрів, що суттєво впливають на показники роботи долота, які бурильник може змінити зі свого пульта.

Pд [кН] – навантаження на долото, n [об/хв] – частота обертання долота, Q [л/с] – витрата (подача) пром. ж-ти, H [м] - проходка на долото, Vм [м / год] - хутро. швидкість проходки, Vср = H / tБ - середня,

Vм(t)=dh/dtБ – миттєва, Vр [м/год] – рейсова швидкість буріння, Vр=H/(tБ + tСПО + tВ), C [руб/м] – експлуатаційні витрати на 1м проходки, C=( Cд+Сч(tБ + tСПО + tВ))/H, Cд - собівартість долота; Cч - вартість 1години роботи бур. обор.

Етапи пошуку оптимального режиму – на стадії проектування – оперативна оптимізація режиму буріння – коригування проектного режиму з урахуванням інф., отриманої у процесі буріння.

У процесі проектування ми використовуємо інф. отриману при бурінні вкв. у цьому

регіоні, аналог. ум., дані з гоелог. розрізу вкв., рекомендацій заводу-виробника бур. інстр., робочих хар-к вибійних двигунів.

2 способи вибору долота на вибої: графічний та аналітичний.

Шарошки в бурильній головці змонтовані таким чином, щоб порода в центрі вибою свердловини при бурінні не руйнувалася. Це створює умови для утворення керна 2. Існують чотири-, шести-і далі восьмишарошеві бурильні головки, призначені для буріння з відбором керна в різних породах. Розташування породоруйнівних елементів в алмазних і твердосплавних бурильних головках також дозволяє руйнувати гірську породу тільки по периферії вибою свердловини.

Колонка породи, що утворюється, надходить при поглибленні свердловини в колонковий набір, що складається з корпусу 4 і колонкової труби (грунтоноски) 3. Корпус колонкового набору служить для з'єднання бурильної головки з бурильною колоною, розміщення грунтоноски і захисту її від механічних пошкоджень, а також для пропуску промивної рідини між ним і ґрунтоноскою. Ґрунтоноска призначена для прийому керна, збереження його під час буріння та підйому на поверхню. Для виконання цих функцій в нижній частині ґрунтоноски встановлюються кернорвателі і керноутримувачі, а вгорі - кульовий клапан 5, що пропускає через себе рідину, що витісняється з ґрунтоноски при заповненні її керном.

За способом встановлення ґрунтоноски в корпусі колонкового набору і в бурильній головці існують колонкові долота зі знімною і незнімною ґрунтоноскою.

Колонкові долота зі знімною ґрунтоношкою дозволяють піднімати ґрунтоноску з керном без підйому бурильної колони. Для цього в бурильну колону спускають на канаті уловлювач, за допомогою якого витягують з колонкового набору ґрунтоноску і піднімають її на поверхню. Потім, використовуючи цей же уловлювач, спускають і встановлюють у корпусі колонкового набору порожню ґрунтоноску, і буріння з відбором керна продовжується.

Колонкові долота зі знімною ґрунтоношкою застосовують при турбінному бурінні, а з незнімною - при роторному.

5. Принципова схема випробування продуктивного горизонту за допомогою пластовипробувача на трубах.

Пластовипробувачі дуже широко використовуються в бурінні і дозволяють отримати найбільший обсяг інформації про об'єкт, що пробується. Сучасний вітчизняний пластовипробувач складається з наступних основних вузлів: фільтра, пакера, власне випробувача з зрівняльним та головним впускним клапанами, запірного клапана та циркуляційного клапана.

6. Принципова схема одноступеневого цементування. Зміна тиску в цементувальних насосах, що у цьому процесі.

ФЕДЕРАЛЬНЕ АГЕНТСТВО З ОСВІТИ

ГОУВПО "УДМУРТСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ"

Кафедра економіки, управління нафтової та газової промисловості

Курсова робота

На тему "Буріння нафтових та газових свердловин"

Керівник Борхович С. Ю.

Питання до контрольній роботі

1. Способи буріння свердловин

1.1Ударне буріння

1.2 Обертальне буріння

2. Бурильна колона. Основні елементи. Розподіл навантаження за довжиною бурильної колони

2.2 Склад бурильної колони

3. Призначення бурових розчинів. Технологічні вимоги та обмеження до властивостей бурових розчинів

3.1 Функції бурового розчину

3.2 Вимоги до бурових розчинів

4. Фактори, що впливають на якість цементування свердловини

5. Типи бурових доліт та їх призначення

5.1 Типи долот для суцільного буріння

5.2 Шарошкові долота

5.3 Лопатеві долота

5.4 Фрезерні долоти

5.5 Долота ІСМ

Література

Запитання до контрольної роботи

Способи буріння свердловин

Бурильна колона. Основні елементи. Розподіл навантаження за довжиною бурильної колони

Призначення бурових розчинів. Технологічні вимоги та обмеження до властивостей бурових розчинів

Чинники впливають на якість цементування свердловини

Типи бурових доліт та їх призначення

1 . Способи буріння свердловин

Існує різні способи буріння, але промислове поширення набуло механічного буріння. Воно підрозділяється на ударне та обертальне.

1.1 Ударне буріння

При ударному буріннідо бурового інструменту входить: долото (1); ударні штанги (2); канатний замок (3); На поверхні встановлюють щоглу (12); блок (5); відтяжний ролик балансиру (7); допоміжний ролик (8); барабан бурового верстата (11); канат (4); шестерні (10); шатун (9); балансирна рама (6). При обертанні шестерень здійснюючи рухи, піднімаючи та опускаючи балансирну раму. При опусканні рами відтяжний ролик піднімає буровий інструмент над вибоєм свердловини. При підйомі рами канат відпускається, долото падає у забій тим самим руйнуючи породу. З метою недопущення обвалення стін свердловини до неї опускають обсадну колону. Цей спосіб буріння застосовується на невеликі глибини при бурінні водяних свердловин. на даний моментударний спосіб буріння свердловин не застосовується.

1.2 Обертальне буріння

Обертальний буріння.Нафтові та газові свердловини буряться методом обертального буріння. За такого буріння руйнація породи відбувається з допомогою обертання долота. Обертання долоту надає ротор, що знаходиться на гирлі через колону бурильних труб. Це називається роторним способом. Так само крутний момент іноді створюється за допомогою двигуна (турбобура, електробура, гвинтового забійного двигуна), то цей спосіб буде називатися буріння вибійним двигуном.

Турбобур- це гідравлічна турбіна, що приводиться в обертання за допомогою насосів, що нагнітається, в свердловину промивної рідини.

Електробур- являє собою електродвигун, електричний струмдо нього подається до нього подається кабелем з поверхні. Буріння свердловин проводиться за допомогою бурової установки.

1-долото; 2 - надолотна обважнена бурильна труба; 3,8 – перекладач; 4 – центратор; 5 – муфтовий перекладач; 6,7 - обтяжені бурильні труби; 9 - запобіжне кільце; 10 – бурильні труби; 11 – запобіжний перекладач; 12,23 - перекладачі штангові, нижній та верхній; 13 - провідна труба; 14 -редуктор; 15 - лебідка; 16 - перекладач вертлюга; 17 - гак; 18 - кронблок; 19 - вежа; 20 - талевий блок; 21 - вертлюг; 22 - шланг; 24 - стояк; 25 - ротор; 26 - шламовідділювач; 27 - буровий насос

Руйнування здійснюється за допомогою долота, що спускається на бурильних трубах, на забій. Обертальний рух надається за допомогою вибійного двигуна, через колону бурильних труб. Після спуску бурильних труб з долотом в отвір ствола ротора вставляють два вкладиша, а всередину їх два затискачі, які утворюють отвір квадратного перерізу. У цьому отвір також знаходиться провідна труба теж квадратного перерізу. Вона сприймає крутний момент від столу ротора і вільно переміщається вздовж осі ротора. Усі спускопідйомні операції та утримання на вазі колони бурильних труб здійснюється вантажопідйомним механізмом.

2 Бурильна колона. Основні елементи. Розподіл навантаження за довжиною бурильної колони

2.1 Призначення бурильної колони

Бурильна колона є сполучною ланкою між буровим обладнанням, розташованим на денній поверхні, і свердловинним інструментом (бурове долото, випробувач пластів, ловильний інструмент та ін), що використовується в даний момент часу для виконання будь-якої технологічної операції в стовбурі свердловини.

Функції, що виконуються бурильної колони, визначаються роботами, що проводяться в свердловині. Головними є такі.

У процесі механічного буріння бурильна колона:

· є каналом для підведення на забій енергії, необхідної для обертання долота: механічної – при роторному бурінні; гідравлічною – при бурінні з гідравлічними вибійними двигунами (турбобур, гвинтовий вибійний двигун); електричної – при бурінні електробурами (через розташований усередині труби кабель);

· сприймає і передає на стінки свердловини (при малій поточній глибині свердловини також на ротор) реактивний крутний момент при бурінні із вибійними двигунами;

· є каналом для здійснення кругової циркуляції робочого агента (рідини, газорідинної суміші, газу); зазвичай робочий агент з внутрішньотрубного простору рухається вниз до вибою, захоплює зруйновану породу (шлам), а далі по затрубному простору рухається вгору до гирла свердловини (пряме промивання);

· служить для створення (вагою нижньої частини колони) або передачі (при примусовій подачі інструменту) осьового навантаження на долото, сприймаючи одночасно динамічні навантаження від працюючого долота, частково гасячи і відбиваючи їх назад на долото і частково пропускаючи їх вище;

· може служити каналом зв'язку для отримання інформації з вибою або передачі впливу, що управляє, на свердловинний інструмент.

· При спускопідйомних операціях бурильна колона служить для спуску та підйому долота, вибійних двигунів, різних вибійних компоновок;

· Для пропуску свердловинних контрольно-вимірювальних приладів;

· Для опрацювання стовбура свердловини, здійснюючи проміжних промивок з

метою видалення шламових пробок та ін.

При ліквідації ускладнень та аварій, а також проведенні досліджень у свердловині та випробуванні пластів бурильна колона служить:

· Для закачування та продування в пласт тампонуючих матеріалів;

· для спуску та встановлення пакерів з метою проведення гідродинамічних досліджень пластів шляхом відбору або нагнітання рідини;

· для спуску та встановлення перекривачів з метою ізоляції зон поглащень,

· Зміцнення зон обсипань або обвалів, встановлення цементних мостів та ін;

· Для спуску ловильного інструменту та роботи з ним.

При бурінні з відбором керна (зразка гірської породи) зі знімною колонковою трубою бурильна колона служить каналом, яким здійснюється спуск і підйом колонкової труби.

2.2 Склад бурильної колони

Бурильна колона (за винятком безперервних труб, що з'явилися останнім часом) складається з бурильних труб за допомогою різьбового з'єднання. З'єднання труб між собою зазвичай здійснюється за допомогою спеціальних сполучних елементів - бурильних замків, хоча можуть використовуватися і бурильні беззамкові труби. При підйомі бурильної колони (з метою заміни зношеного долота або при виконанні інших технологічних операцій) бурильна колона щоразу розбирається на більш короткі ланки з установкою останніх усередині вежі на спеціальному майданчику - підсвічнику або (у поодиноких випадках) на стелажах поза буровою вежею, а при спуску вона знову збирається у довгу колону.

Збирати і розбирати бурильну колону з розбиранням її на окремі (поодинокі) труби було б незручно і нераціонально. Тому окремі труби попередньо (при нарощуванні інструменту) збираються в звані бурильні свічки, які у подальшому (поки буріння ведеться даної бурильної колоною) не розбираються.

Свічка довжиною 24-26 м (при глибині буріння 5000 м і більше можуть використовуватися бурильні свічки довжиною 36-38 м з буровою вишкою висотою 53-64 м) складається з двох, трьох або чотирьох труб при використанні труб довжиною відповідно 12, 8 і м В останньому випадку з метою зручності дві 6-метрові труби попередньо з'єднуються за допомогою сполучної муфти в двотрубку (коліно), яка надалі не розбирається.

У складі бурильної колони безпосередньо над долотом або над вибійним двигуном завжди передбачаються обтяжені бурильні труби (УБТ), які, маючи кратно великі, порівняно із звичайними бурильними трубами, масу і жорсткість, дозволяють створювати необхідне навантаження на долото і забезпечують достатню жорсткість низу інструменту уникнення його поздовжнього вигину та некерованого викривлення стовбура свердловини. УБТ використовуються також для регулювання коливань низу бурильної колони у поєднанні з іншими її елементами.

До складу бурильної колони зазвичай включають центратори, калібратори, стабілізатори, фільтри, часто - металошламоуловлювачі, зворотні клапани, іноді - спеціальні механізми та пристрої, такі як розширювачі, маховики, вибійні механізми подачі, хвилеводи, резонатори, амортизатори поздовжніх і крутильних коле , що мають відповідне призначення

Для керованого викривлення стовбура свердловини в заданому напрямку або ж, навпаки, для виправлення вже скривленого стовбура до складу бурильної колони включають відхилення, а для збереження прямолінійного напрямку стовбура свердловини використовують спеціальні, нерідко досить складні, компонування нижньої частини бурильної колони.

Володимир Хомутко

Час на читання: 3 хвилини

А А

Методи буріння нафтових та газових свердловин

Свердловина є вертикальним або похилим гірським виробленням круглого перерізу, спорудження якої відбувається без доступу всередину вироблення людини. Довжина такого вироблення в рази більша за її діаметр.

Як бурять нафтові свердловини

Основними елементами будь-якої свердловини є:

• гирло (найвища частина);
• ствол (проміжна частина);
• забій (найнижча частина, що знаходиться в продуктивному пласті).

Відстань між гирлом і вибоєм по осі ствола вироблення називається довжиною свердловини, а це ж відстань, але взята по вертикальній проекції осі називається її глибиною.

Бурова вежа

Іншими словами, довжина та глибина вертикальної свердловини збігаються, а похилій – ні.

Буріння нафтових та газових свердловин, як правило. відбувається з поступовим зменшенням діаметра ствола після того, як пробурили певну ділянку. Початковий діаметр такої виробітку, як правило, не більше 900 міліметрів, а діаметр в області вибою - від 75 міліметрів і більше.

Процес поглиблення такої гірничої виробки є руйнування порід або по всій площі вибою (так зване суцільне буріння), або по його периферії (колонкове). У другому випадку в стовбурі виробітку залишається шматочок породи циліндричної форми, званий керном. Керни періодично витягають зі свердловини вивчення складу пройдених породи. Спеціальність людини, яка займається бурінням, називається бурильник.

Багатьох із вас цікавить питання: «Як бурять свердловини?»

Способи поглиблення гірничих виробок за критерієм характеру на прохідні породи діляться на:

• механічні;
• термічні;
• фізико-хімічні;
• електричні тощо.

При промисловому освоєнні родовищ використовуються лише механічні методи. Усі інші перелічені методики перебувають у стадії експериментальної перевірки ефективності.

Механічні методи бувають обертальними та ударними.

Ударний спосіб має на увазі механічне руйнування породи за допомогою підвішеного на канаті спеціального інструменту, який називається долото. Крім цього, до складу такого бурильного пристрою входять канатний замок та ударна штанга. Пристрій підвішують на перекинутому через блок, який ставиться на щоглі, канаті, а зворотно-поступальний рух до цього інструменту надає спеціальний буровий верстат.

У міру збільшення глибини ствола канат поступово подовжують. Циліндрична форма стовбура формується шляхом повороту долота у процесі роботи.

Щоб очищати забій від пробуреної породи, інструмент потрібно періодично піднімати на поверхню. Замість нього опускається спеціальний пристрій, званий желонкою. Вона схожа на довге цебро, на дні обладнане клапаном.

Желонка поринає в рідину (або пластову, або подану з поверхні) і клапан відкривається. У «відро» надходить суміш рідини та шматочків зруйнованої породи, після чого все це видаляється на поверхню (коштує жолонку підняти, як клапан відразу закривається). Після закінчення очищення вибою в ствол знову опускають буровий інструмент, і процес повторюється знову і знову.

Щоб стінки виробітку не обвалилися, в неї опускають спеціальну трубу, звану обсадною. З таких труб у міру поглиблення гірничої виробки формують цілу трубну колону.

Долото для буріння свердловин

У Росії її на сьогоднішній момент ударний спосіб практично не використовується.

Обертальний метод має на увазі поглиблення інструменту в товщу порід за рахунок одночасного впливу на долото моменту, що крутить, і вертикального навантаження. Вертикальне навантаження занурює долото в породу, що розбурюється, а крутний момент дозволяє інструменту сколювати, стирати і дробити гірську породу.

Залежно від того, де розташований двигун установки, обертальне буріння ділиться на роторне (двигун знаходиться на поверхні і обертає долото за допомогою трубної колони, що складається зі спеціальних бурильних труб) та забійне (двигун розташовується у вибої та ставиться безпосередньо над долотом).

При роторному способі двигун обертає ротор, який у свою чергу обертає бурильну колону, на кінці якої кріпиться долото. При вибійному способі двигун обертає долото, а колона бурильних труб і корпус самого двигуна залишаються нерухомими.

Для обертального методу буріння характерною особливістює використання постійного промивання ствола або водою, або спеціально приготованими буровими розчинами рідиною. З цією метою використовуються спеціальні бурові насоси, роботу яких забезпечують двигуни різного типу. Саме ці насосні установки нагнітають промивний рідини через трубопровід стояк, який монтується, як правило, у правому куті бурової вежі. Далі, за допомогою гнучкого бурового шлангу та вертлюга рідина подається безпосередньо в саму бурильну колону.

Доходячи до рівня долота, ця рідина, що промиває через отвори, які є в цьому інструменті, потрапляє в породу, а потім по кільцевому вільному простору, яке залишається між стінкою стовбура свердловини і колоною бурильних труб. піднімається вгору, вимиваючи шматки розбуреної породи. Далі за допомогою системи жолобів та спеціальних очисних пристроїв ця рідина очищається від вибуреної породи, після чого потрапляє в ємність, розташовану на буровому насосі. Після цього її можна використати повторно.

Володимир Хомутко

Час на читання: 5 хвилин

А А

Що є нафтова свердловина?

Без нафтопродуктів важко собі уявити сучасне життя. Робляться вони з нафти, яку видобувають за допомогою спеціальних гірничих виробок. Багато хто з нас чув термін «нафтова свердловина», але навряд чи всі знають, що це насправді таке. Давайте спробуємо розібратися, що являє собою цю споруду, і якими вони бувають.

Свердловиною називається гірське вироблення циліндричної форми, чий діаметр у багато разів менше загальної довжини її ствола (глибини).

Крім свердловини, є ще такі гірничі виробки, як колодязь та шахта. У чому їхня відмінність від розглянутого нами визначення? Насправді все досить просто. У шахту чи колодязь людина може потрапити, а до свердловини – ні. Таким чином, додаткове визначення цієї споруди таке – гірниче вироблення, схема і форма якої виключає доступ до неї людини.

Верхню частину такого вироблення називають гирлом, а нижню частину – вибоєм. Стіни, що йдуть вниз, утворюють так званий стовбур.

Всім відомо, що свердловини роблять за допомогою буріння. Проте сказати, що їх просто бурятів було б неправильно. Ці капітальні споруди, складні у своїй будові, під землею швидше будують, у зв'язку з чим ставляться до основних засобів організації, а витрати з їхньої буріння і облаштування є капітальними вкладеннями.

Будівництво нафтових та газових свердловин

Конструкція свердловини вибирається на етапі проектування та має відповідати наступним вимогам:

• конструкція повинна надавати можливість вільного доступу до вибою геофізичних приладів та глибинного обладнання;
• конструкція повинна не допускати обвалення стінок ствола;
• також вона повинна забезпечувати надійний поділ один від одного всіх прохідних пластів і не допускати перетікання флюїдів із пласта в пласт;
• у разі потреби, конструкція цього вироблення повинна давати можливість герметизувати її гирло у разі виникнення такої необхідності.

Будівництво та монтаж нафтових та газових свердловин проводиться наступним чином:

1. Насамперед буриться початковий стовбур великого діаметра. Його глибина становить близько 30 метрів. Потім в пробурений отвір опускається металева труба, яку називають напрямом, а навколишній простір вставляється спеціальними трубами обсадними і цементується. Завдання напряму – запобігти розмиванню верхнього шару грунту в процесі подальшого буріння.
2. Далі до глибини від 500 до 800 метрів бурить стовбур меншого діаметра, в який опускається колона з труб, звана кондуктором. Простір між стінками труби та гірською породою також заливається цементним розчином на всю глибину.
3. Тільки після облаштування напрямку та кондуктора свердловину пробурюють на задану проектом глибину і опускають у неї колону труб ще меншого діаметру. Ця колона називається експлуатаційною. Якщо глибина залягання пласта – велика, можливо використання про проміжних трубних колон. Весь простір між стовбуром свердловини і навколишньою гірською породою заливається цементом.

У чому основне призначення кондуктора? Справа в тому, що на глибинах до 500 метрів розташовується активна зона прісних вод, а нижче за цю глибину (залежно від регіону розробки) починається зона з утрудненим водообміном, в якій багато солоних вод та інших рухомих флюїдів (у тому числі – газів та нафти ). Так ось, основне завдання кондуктора – це додатковий захист, який запобігає засолоненню поверхневих прісних вод і не дозволяє проникати в них шкідливим речовинам, які сконцентровані у нижніх пластах.

Які бувають свердловини?

Залежно від цього, у яких геологічних умовах розташовані нафтові родовища, буряться різні типи таких виробок.

Основні види свердловин:

• вертикальні;
• похило-спрямовані;
• горизонтальні;
• багатостовбурні або багатовибійні.

Вертикальною називають свердловину, кут відхилення стовбура якої від вертикалі – трохи більше п'яти градусів.

Якщо цей кут більше п'яти градусів, то це вже похило-спрямований тип.

Горизонтальною називають свердловину, якщо кут відхилення від вертикалі її стовбура приблизно дорівнює 90 градусів. Однак є деякі аспекти цього визначення. Оскільки в живій природі рідко зустрічаються «прямі лінії», а пласти, що розробляються, найчастіше залягають з деяким ухилом, то з практичної точки зору бурити строго горизонтальні свердловини сенсу, як правило, немає.

Простіше та ефективніше направити стовбур вздовж оптимальної траєкторії залягання. Виходячи з цього, можна дати визначення горизонтальному типу таких виробок як свердловина, яка має протяжний стовбур, пробурений максимально близько до напряму цільового продуктивного пласта з оптимальним дотриманням азимуту.

Свердловини, у яких два і більше стволи, називаються багатоствольні або багатовибійні. Їхня відмінність одна від одної – у розташуванні точки розгалуження, в якій від основного столу відходять додаткові. Якщо ця точка розташовується вище рівня продуктивного горизонту, цей тип виробки називається многоствольным. Якщо ця точка розташовується в межах продуктивного горизонту, то це багатовибійний тип свердловини.

Простіше кажучи, якщо основний стовбур пробурюють до пласта, що розробляється, а вже всередині нього буряться додаткові відростки, то це - багатовибійний тип (продуктивний пласт пробивається в одній точці). Всі інші виробки з кількома стволами відносяться до багатоствольних (кілька точок пробиття пласта). Також такий тип свердловин характерний у випадках коли пласти розташовані на різних горизонтах.

Крім того, бувають ще кущові свердловини. В цьому випадку кілька стовбурів розходяться під різними кутами і на різну глибину, а їхні гирла знаходяться близько один до одного (як посаджений ногами кущ).

Ця класифікація передбачає такі категорії таких гірничих виробок:

Розвідувальне буріння проводиться на площах, нафто- або газоносність яких вже встановлена, з метою уточнення обсягів виявлених покладів вуглеводневої сировини та для уточнення вихідних параметрів родовища, які необхідні при проектуванні способу розробки промислу, тому розвідці приділяється особлива увага.

Експлуатаційне буріння створює вироблення наступних типів:

• основні (добувні та нагнітальні);
• резервні;
• контрольні;
• оцінні;
• дублюючі;
• свердловини спеціального призначення (поглинаючі, водозабірні тощо).

Сам видобуток сировини виробляється через видобувні виробки, які бувають насосними, газліфтними та фонтанними.

Призначення нагнітальних свердловин - вплив на пласт, що розробляється за допомогою нагнітання в нього пари, газу або води, а також інших робочих середовищ. Вони бувають внутрішньоконтурними, приконтурними та законтурними.

Резервні необхідні розробки окремих і застійних зон, і навіть зон виклинювання, які входять у контур основних свердловин.

Контрольні потрібні для спостереження за поточним положенням зон контакту ресурсу, що видобувається, і води та іншими змінами пласта, що знаходиться в розробці. Крім того, з їх допомогою контролюють тиск у продуктивних пластах.

Оціночні необхідні попередньої оцінки підготовлюваних до розробки родовищ. Вони допомагають визначити межі та розміри запасів, а також інші необхідні попередні параметри.

Дублюючі використовуються під час заміни ліквідованих внаслідок фізичного зношування або аварій свердловин основного фонду.

Через спеціальні видобувають технічну воду, скидають промислові води, з допомогою ліквідують відкриті фонтани тощо.

Процес буріння нафтової свердловини характером свого на гірські породи буває:

• механічним;
• термічним;
• фізико-хімічним;
• електричним і таке інше.

Конструкція нафтової свердловини

Промислове освоєння родовищ передбачає використання лише механічних методів, у яких застосовуються різні режими буріння. Усі інші методи розбурювання перебувають у експериментальної розробці.

Механічні методи буріння поділяються на обертальні та ударні.

Ударний спосіб – це механічне руйнування гірської породи, яке виконується підвішеним на канаті спеціальним інструментом – долотом. До складу такого бурового комплексу також входять канатний замок та ударна штанга. Цей пристрій підвішується на канаті, який перекинутий блок, встановлений на щоглі. Поворотно-поступальний рух долота забезпечується спеціальним буровим верстатом. Циліндричну форму стовбур набуває внаслідок повороту долота під час роботи.

Очищення вибою від зруйнованої породи виконують за допомогою желонки, що нагадує довге відро з клапаном на днищі. Інструмент виймають із стовбура, опускають желонку, відкривають у вибої її клапан. Відро наповнюється рідиною зі шматочками породи, клапан закривається, і повна желонка піднімає поверхню. Все, можна продовжувати буріння.

У Росії зараз ударне буріння практично не застосовується.

Обертальний метод заснований на зануренні долота в товщу порід за допомогою одночасного впливу на інструмент і вертикального навантаження, і моменту, що крутить. Вертикальне навантаження дозволяє завантажити долото в породу, а потім, за допомогою моменту, що крутить, долото сколює, стирає і дробить гірську породу.

За способом розташування силового агрегату обертальне буріння ділиться на роторне та забійне. У першому випадку двигун стоїть на поверхні, а момент, що крутить, долу передає колони бурових труб. У другому випадку двигун ставиться відразу за долотом і обертання бурової колони не відбувається (обертається тільки долото).

Найглибшою у світі свердловиною є Кольська надглибока (СГ-3). Її глибина – 12 262 метри. Її пробурили в Мурманській області вивчення глибинного будови Землі.