Общие сведения о нефтегазовых операциях.
Бурение скважин — это процесс сооружения направленной горной выработки большой длины и малого (по сравнению с длиной) диаметра. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно — забоем.
Классификация скважин
Скважина создаётся последовательным разрушением горных пород и выносом их на поверхность. Бурение бывает сплошным забоем и с отбором керна. Назначение скважин может быть различным:
Опорная скважина – для изучения геологического строения региона или крупных районов;
Параметрическая скважина – для изучения глубинного геологического строения и сравнительной оценке перспектив нефтегазоносности возможных зон нефтегазонаполнения, выявления наиболее перспективных районов для детально-геологических работ;
Структурная скважина – для выявления и подготовки поисково-разведочного бурения перспективных площадей; по полученным данным определяют залегание пластов данной площади;
Поисковые скважины – бурят на площадях, подготовленных геолого-поисковыми работами с целью выявления нефтегазоносности;
Разведочные скважины – бурят на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью для окультуривания месторождения;
Эксплуатационные скважины – бурят для разработки и эксплуатации залежи нефти и газа;
Специальные скважины – бурят для сброса промысловых вод, ликвидаций открытых фонтанов, разведки и добычи технической воды.
Способы бурения скважин.
Распространенные способы вращательного бурения — роторное, турбинное и бурение электробуром — предполагают вращение разрушающего породу рабочего инструмента — долота. Разрушенная порода удаляется из скважины закачиваемым в колонну труб и выходящим через заколонное пространство буровым раствором.
Роторное бурение
В мировой буровой практике наиболее распространен роторный способ бурения.
При роторном бурении долото вращается вместе со всей колонной бурильных труб; вращение передается через рабочую трубу от ротора. Нагрузка на долото создается частью веса бурильных труб.
При роторном бурении максимальный крутящий момент колонны зависит от сопротивления породы вращению долота, сопротивлений трения колонны и вращающейся жидкости о стенку скважины.
Основные преимущества роторного бурения перед турбинным — независимость регулирования параметров режима бурения, значительное увеличение проходки за рейс долота в связи с меньшими частотами его вращения и др.
Турбинное бурение
При турбинном бурении долото соединяется с валом турбины турбобура, которая приводится во вращение движением жидкости под давлением через систему роторов и статоров. Нагрузка создается частью веса бурильных труб.
Наибольший крутящий момент обусловлен сопротивлением породы вращению долота. Коэффициент передачи мощности от источника энергии к разрушающему инструменту в турбинном бурении выше, чем в роторном.
Однако при турбинном бурении невозможно независимое регулирование параметров режима бурения, и при этом велики затраты энергии на 1 м проходки, расходы на амортизацию турбобуров и содержание цехов по их ремонту.
Бурение винтовыми (объемными) двигателями
Рабочие органы двигателей созданы на основе многозаходного винтового механизма, что позволяет получить необходимую частоту вращения при повышенном по сравнению с турбобурами вращающем моменте.
Забойный двигатель состоит из двух секций — двигательной и шпиндельной.
Рабочими органами двигательной секции являются статор и ротор, представляющие собой винтовой механизм. Статор при помощи переводника соединяется с колонной бурильных труб. В винтовых двигателях вращающий момент зависит от перепада давления в двигателе. По мере нагружения вала развиваемый двигателем вращающий момент растет, увеличивается и перепад давления в двигателе.
Бурение электробуром
При использовании электробуров вращение долота осуществляется электрическим двигателем переменного тока. Энергия к нему подается с поверхности по кабелю, расположенному внутри колонны бурильных труб. Буровой раствор циркулирует так же, как и при роторном способе бурения. Кабель внутрь колонны труб вводится через токоприемник, расположенный над вертлюгом. Электробур присоединяют к нижнему концу бурильной колонны, а долото крепят к валу электробура. Преимущество электрического двигателя перед гидравлическим состоит в том, что у электробура частота вращения, момент и другие параметры не зависят от количества подаваемой жидкости, ее физических свойств и глубины скважины, и в возможности контроля процесса работы двигателя с поверхности. К недостаткам относятся сложность подвода энергии к электродвигателю особенно при повышенном давлении и необходимость герметизации электродвигателя от бурового раствора.
Конструкции скважин и условия их строительства
Конструкция скважины состоит из следующих элементов.
Участок скважины I – направление. Так как устье скважины располагается в зоне мягких, легкоразмываемых пород, то его требуется укреплять. Алгоритм выполнения направления следующий: бурится шурф до залегания устойчивых пород (4-8 м), после чего в него ставится труба нужных параметров (длина и диаметр), а всё пространство между стенками шурфа и трубой (межтрубное пространство) заполняют бутовым камнем и заливают цементным раствором 2.
Конструкция скважины
1 – обсадные трубы; 2 – цементный камень; 3 – пласт; 4 – перфорация в обсадной трубе и цементном камне; I – направление; II – кондуктор; III – промежуточная колонна; IV – эксплуатационная колонна.
Ниже направления бурят участок диаметром до 900 мм и глубиной от 50 до 400 м, который закрепляют обсадной трубой 1, называемой кондуктором II (состоит из свинченных стальных труб). Пространство за трубами кондуктора также цементируют. Кондуктор служит для изоляции неустойчивых пород, которые осложняют бурение.
Промежуточную колонну III устанавливают и цементируют в том случае, если не удаётся после установки кондуктора пробурить скважину до проектной глубины. Причины этого могут быть разными – осложняющие горизонты, необходимость перекрытия не планируемых в эксплуатации продуктивных пластов. Промежуточных колонн в зависимости от условий залегания пласта может быть несколько.
Эксплуатационная колонна IV предназначена непосредственно для подъёма нефти и газа к устью скважины от забоя, а также для нагнетания воды в продуктивный пласт для поддержки в нём необходимого давления. Пространство между стенками скважины и эксплуатационной колонны также цементируют.
Существуют разные методы извлечения из пластов нефти и газа. Обычно в нижней части эксплуатационной колонны перфорируют несколько отверстий 4 в стенке обсадных труб и цементной пробке.
Если породы устойчивы, то зону скважины при забое не цементируют, а оборудуют различными фильтрами или опускают обсадную колонну только до кровли продуктивного пласта. В этом случае разбуривание и соответственно эксплуатацию скважины производят без крепления ствола скважины.
В зависимости от назначения скважины, её устье оборудуют арматурой (задвижки, колонная головка, крестовина и т.д.).
Цикл строительства
Цикл строительства скважин состоит из следующих элементов:
1. Подготовительные работы к строительству. Получают документы на отвод лесного участка для вырубки леса; отбивка участка по координатам на месте; вырубка леса; планировка площадки; строительство жилого посёлка; подготовка основания для буровой; строительство фундаментов под ёмкости на складе ГСМ; завоз оборудования и перевозка.
2. Вышкомонтажные работы. Монтаж оборудования; монтаж линий; монтаж подвышечных оснований, оснований и блоков; монтаж и подъём вышки; пусконаладочные работы.
3. Подготовительные работы к бурению. По окончанию монтажа буровой установки и строительства привышечных сооружений, буровая принимается спецкомиссией. Буровой мастер вместе с комиссией проверяет качество работ, опробует оборудование; проверяется состояние охраны труда. Электрическое освещение должно быть во взрывобезопасных светильниках; по буровой должно быть аварийное освещение; все недостатки и замечания комиссии должны быть устранены до забуривания. До начала работ буровая установка укомплектовывается буровым инструментом, долотами, обсадными трубами под кондуктор и буровыми трубами, приспособлениями малой механизации, контрольно-измерительными приборами, шурфом под квадрат, запасом воды, химических реагентов и т.д. На буровой должны быть: жилые домики, столовая, баня-сушилка, помещение для анализов растворов, противопожарный инвентарь на своих местах, набор ручного и вспомогательного инструмента, набор плакатов по технике безопасности, аптечки, запас ГСМ в емкостях с чёткой надписью типа топлива, склад для бурильного инструмента, склад для химических реагентов, амбар для сбора отработанных жидкостей, источник воды. После принятия установки от монтажников делается переоснастка талевой системы, монтаж оборудования и опробирование объектов малой механизации (УМК, противозатаскиватель и т.д.).Вышка центрируется, затем бурят под направление – опускают трубу и цементируют, верх направления соединяя с жёлобом. После направления ещё раз проверяется центрация вышки и ротора. бурят шурф для квадрата и обсаживают трубой. По окончанию подготовительных работ не позднее за 2 дня до пуска буровой, проводится пусковая конференция с участием (главного инженера, главного технолога, председателя профкома, главного геолога и начальника ПТО), где подробно знакомятся с конструкцией скважины, геологическим разрезом, свойствами пород, ожидаемыми осложнениями, режимом бурения. Рассматривается нормативная карта, обсуждаются мероприятия по безаварийной и скоростной проводке. Бурение может быть начато при наличии следующих документов: геолого-технического наряда (ГТН), акта о вводе в эксплуатацию буровой установки, нормативной картой, должны быть вахтовый журнал, журнал по буровым растворам, журнал по охране труда, журнал учёта работы дизелей. На буровой должны быть: цементировочное оборудование, коротажное оборудование, вертолётная площадка, питьевая и техническая вода, химические реагенты и материалы для буровых и цементных растворов, аварийный инструмент, бурильные и обсадные трубы.
4. Бурение скважины (проходка и крепление). В процессе бурения скважины выбуривается порода, в результате чего образуется ствол скважины, который необходимо крепить при помощи обсадных труб и цементажа.
5. Испытание скважин на приток нефти и газа. Производится перфорация стенок колонны для доступа к продуктивному горизонту с целью получения притока нефти и газа.
6. Демонтаж бурового оборудования и привышечных сооружений.
7. Рекультивация отведённой площади. Производится на скважине установка пломбы с табличкой о сроках бурения скважины и название предприятия, производящего работу. Зарываются все амбары, сжигается мусор, собирается металлолом для утилизации. Буровая площадка приводится в соответствие с нормами экологических служб.