5.1.Понятие остроительстве скважин
Традиционнонефтяникивместовыражения«строительствоскважин» используютвыражение«бурениескважин »,хотябурениеявляетсятолько частьюцикластроительстваскважины.Впроцессестроительстваскважины изблоковмонтируетсябуровойстанок,производитсябурениествола скважиныотустьядозабоя,послебурения-циклгеофизических исследований,затем спускаютсяобсадныеколонны,производитсяих цементирование,оборудуютсязабойиустьескважины.Весьцикл строительстваэксплуатационнойскважинызаканчиваетсяееосвоением,т.е. вызовом притока нефти или газа.
Скважина -этоцилиндрическаягорнаявыработканезначительного диаметра,большойглубины,предназначеннаядляподъемажидкостиили газанаповерхность.Строительствонефтяныхигазовыхскважинведетсяв
соответствиистемиженормативнымиактами,положениями,которые
присущи любым строящимся народнохозяйственным объектам. Для составления проекта на строительство скважин привлекаетсяпроектная организация,имеющаялицензию направопроектных работнастроительство нефтяныхилигазовыхскважин.Кромепроекта,передначаломбурения скважины составляют геолого-технический наряд, где указывается проектныйразрез,конструкцияскважины.Конструкцияскважиныдолжна обеспечить:[20]
–прочность идолговечность креплениястенок скважины;
–изоляцию проходимых газоносных, нефтеносных и водоносных горизонтовдруготдруга,атакжеотнамеченногоэксплуатационного объекта;
–успешное бурениедопроектнойглубиныи возможность осуществления намеченной системы разработкиместорождения;
–возможность применения запроектированного способа ирежима эксплуатации.
Основнымдокументомбурящейсяскважиныявляетсябуровойжурнал, которыйобычнозаполняетбуровоймастер.Таккакскважинаявляетсяочень дорогостоящимобъектом,впоследнеевремязабуровойзакрепляют ответственного инженерно-технического работника от заказчика.
Современныйспособстроительстваскважины–этосложныйтехнико-технологическийпроцесссостоящийизцепизвеньевивключаетряд операций:
–строительствобуровой установки;
–спуск бурильныхтруб с породоразрушающим инструментомвскважину; –разрушениепороды в забое;
–вынос разрушенной породыиз скважины;
–подъембурильных труб из скважины для замены изношенного долота;
–крепление скважины обсадными колоннами и тампонирующим
материалом.
Различают несколько способов воздействия на горные породы при строительстве скважин. Наиболеераспространенныйспособвращательный. К редкоприменяемымспособамотносятся ударный, вибрационный, взрывной, гидродинамический, термический.
Поприводупородоразрушающего инструмента– роторный, турбинный, электрический, комбинированный. Для бурениянефтяныхигазовыхскважинвРоссииприменяюттолько вращательный метод.
Распространеннымиспособамибуренияявляются:роторное,турбинное, бурение электробуром, винтовымидвигателями.
При роторном способебурениядолотовращаетсявместесколонной бурильныхтрубсприводомнаустьескважины.Прибурениискважинс помощьюзабойныхдвигателейдолотосоединяетсясвращающимсявалом этогодвигателя.Разбуриваемаяпородавыноситсянаповерхностьс помощьюжидкости,закачиваемойвбурильныетрубыспециальными поршневыминасосами.Жидкостьвместеспородойвыноситсянадневную поверхностьпокольцевомупространствумеждустенкамискважиныи колонной бурильных труб.
При турбинном бурениизакачиваемаявбурильныетрубыжидкость вращаетспомощьюколесдолотоиодновременновыноситнаповерхность разбуреннуюпороду.Черезжелобнуюшламовуюсистемупородаотделяется отжидкостиисноваподаетсянаприембуровыхнасосов,т.е.создается циркуляционнаясистема.Помереуглублениядолотаназабоескважиныс помощью резьбовогосоединениябурильнаяколонна наращиваетсяипроцесс продолжаетсядозапланированнойглубины.Приочередномизноседолота происходитполноеизвлечениеколонныбурильныхтруб,долотозаменяется иколоннабурильныхтрубспускаетсядозабоя.Нарис.5.1.и5.2. представлены конструкцияскважины исхемабуровой установки.
Рис.5.1. Конструкция скважины
1 - обсадные трубы,2 - цементный камень,3 - пласт,4-перфорация в обсаднойтрубе и цементном камне, Ι - направление, ΙΙ- кондуктор,ΙΙΙ- промежуточнаяколонна, ΙV- эксплуатационная колонна.
Рис.5.2. Схема буровойустановки
1 – долото; 2 - наддолотная бурильная труба; 3 – переводник; 4 – центратор;
5 - муфтовый переводник; 6,7 - утяжелённые бурильные трубы; 8 – переводник;
9 - предохранительное кольцо; 10 - бурильные трубы; 11 - предохранительный переводник; 12,13 - переводники штанговые нижний и верхний;14 – редуктор;15 - переводник вертлюга; 16 – вертлюг; 17 – стояк; 18 – шланг; 19 – крюк; 20 - талевый блок;21 – вышка; 22 – кронблок; 23 – переводник бурильный; 24 – лебёдка; 25 – ротор;26 – шламоотделитель; 27 - буровой насос.
Направление – устанавливается с целью перекрытия верхних неустойчивых отложений породы.
Кондуктор –устанавливаетсясцельюразобщенияверхнегоинтервала разреза горных пород, изоляции газодинамических проявлений и пресноводныхгоризонтовотзагрязнения,монтажапротивовыбросного оборудованияи подвескипоследующихколонн.
Эксплуатационнаяколонна –спускаетсянавсюдлинускважиныдля разобщенияпродуктивныхгоризонтовидляподъемапродукциина поверхность,внагнетательныхскважинахдлязакачкиводывпродуктивные пласты.Приэксплуатациискважинвнутриэксплуатационнойколонны производят различные технологические операции: замена насосного оборудования,установкапакера,различныеспособывоздействияна призабойную зону(гидроразрыв,кислотные, тепловыеобработкии т.д.).
Передспускомэксплуатационнойколоннынаскважинепроизводится комплекс геофизических работ с целью:
–выявитьнефтеносныепласты;
–установить фактическую глубинуихзалегания; –выявить эффективные толщины;
–предварительно оценить коллекторские свойства намеченного к испытаниюинтервала.
Послецементированияэксплуатационнойколонныисхватывания цемента проводят перфорационные работы, затем оборудуют устье скважины,устанавливаютфонтаннуюилидругуюарматуру.Вызовпритока нефти или газа является завершающим этапом пристроительствескважины.
В последнее времябуровыепредприятия сдают скважины«под ключ»,т.е.в работающемположении.Еслискважинанезапускаетсяфонтанным способом,тобуровоепредприятиеустанавливаетстанок–качалкуили спускает в скважину УЭЦН. Скважина сдаетсяпредприятию, эксплуатирующемунефтяноеилигазовоеместорождение,врабочемсостоянии и сполученной продукцией.
5.2.Оборудование забоя и устья скважины
Забоемобычноназываютчастьскважинывинтервалевскрытия продуктивногопласта.Взависимостиотлитологическихифизических свойствпродуктивныхпластоввыбираютконструкциизабоевскважин. Забоискважиноборудуюттакимобразом,чтобысохранитьестественные фильтрационные характеристики породы продуктивного пласта и обеспечить:
–устойчивость ствола скважины;
–разобщениепропластков,насыщенныхразнымипосоставуисвойствам нефти и газа;
–возможностьпроведенияисследовательскихработвинтервалахвскрытия продуктивного пласта;
–возможностьпроведенияпоинтервальноговоздействиянапороду призабойной и удаленной зоныпласта;
–возможность проведенияремонтныхработ;
–возможность возврата на вышележащие или нижележащиепласты; –длительнуюибезопаснуюэксплуатациюскважинынаоптимальных
технологических режимах работы; –охранунедр.
Устьевоеоборудованиескважинпредназначенодлягерметизации трубногоизатрубногопространства,направлениядобываемойжидкостив системунефтесборногоколлектора.Спомощьюустьевогооборудования осуществляется управление технологическими процессами и исследовательскимиработаминаскважине.Взависимостиотдавления, способадобычипродукции,количестваколонн,назначенияскважины выбираетсясоответствующаяобвязкаустья.Например,длягазовой скважины устанавливается специальное устьевое оборудование.
Конструкции устьевскважин показанына рис. 5.3.
Рис. 5.3. Колонная головка дляобвязкидвух колонн
Забоискважиноборудуютсяразличнымиспособами.Когдаскважинузаканчивают бурением и оставляют продуктивный пласт без
эксплуатационнойколонны,такиескважиныназываютсовершенными.
Несовершеннойскважинойсчитаетсяскважина,обсаженнаяколоннойили различными фильтрами.На рис. 5.4. показаны различные конструкциизабоев скважин.
Привариантеоткрытогозабояобсаднуюколоннуцементируютдо кровлинефтяногопласта(рис.5.4.а).Такаяконструкциядопустима,если продуктивный пластсложен плотнымипородамии в продуктивной зоне нет газоносныхиобводненныхпропластков.
Рис. 5.4. Конструкциязабояскважин