Породоразрушающий инструмент (долота).

Основы технологии бурения скважин

   Бурение – процесс образования горной выработки, преимущественно круглого сечения, путем разрушения горных пород главным образом буровым инструментом (реже термическим, гидроэрозионным, взрывным и другим способами) с удалением продуктов разрушения.

 

Скважина

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше длины.

1.1.1. Назначение:

  Целевое назначение скважин может быть различным. Все скважины подразделяются на следующие категории.

              

           ● Опорные

Опорные скважины бурят для изучения геологического строения и гидрогеологических условий крупных регионов, определения общих закономерностей распространения комплексов отложений, благоприятных для нефтегазонакоплений, с целью выбора наиболее перспективных направлений геолого-разведочных работ на нефть и газ.

    ● Параметрические

Параметрические скважины бурят для изучения глубинного геологического строения и сравнительной оценки перспектив нефтегазоносности возможных зон нефтегазонакопления, выявления наиболее перспективных районов для детальных геологических работ, а также для получения необходимых сведений о геолого-геофизической характеристике разреза отложений с целью уточнения результатов сейсмических и других геофизических исследований.

      ● Структурные

Структурные скважины бурят для выявления и подготовки к поисково-разведочному бурению перспективных площадей(антиклинальные складки, зоны экранирования, выклинивания и т.д.).

По полученным в результате бурения структурных скважин данным определяют элементы залегания пластов (тектонику, стратиграфию и литологию) в различных точках и составляют профили данной площади.

       ● Поисковые

Поисковые скважины бурят на площадях, подготовленных геолого-поисковыми работами (геологической съемкой, структурным бурением, геофизическими исследованиями или комплексом этих методов) с целью установления нефтегазоносности.

  ● Разведочные

Разведочные скважины бурят на площадях с установленной промышленной нефтегазаносностью для оконтуривания, подсчетов запасов и подготовки его к разработке.

 

  ● Эксплуатационные

Эксплуатационные скважины бурят для разработки и эксплуатации залежей нефти и газа. В эту категорию входят оценочные (для оценки коллекторов продуктивных горизонтов), добывающие (добычные), нагнетательные (для закачки в продуктивные горизонты воды, воздуха или газа с целью поддержания пластового давления и удлинения периода естественного фонтанирования) и наблюдательные (контрольные, пьезометрические) скважины. К этой же категории относят скважины предназначенные для термовоздействия на пласт при разработке месторождений с высоковязкими нефтями.

  ● Специальные

Специальные скважины бурят для сброса промысловых вод, ликвидации открытых фонтанов нефти и газа, подготовки структур для подземных газохранилищ и закачки в них газа, разведки и добычи технических вод.

 

Бурение скважин применяется не только в нефтяной и газовой промышленности. Скважины бурятся также в целях разведки и добычи других полезных ископаемых, водоснабжения населенных пунктов, тушения подземных пожаров, газификации углей, вентиляции шахт, замораживания грунта при проходке шахт, исследования грунтов на месте предполагаемого возведения различных промышленных и гражданских сооружений и т.п.  

 

1.1. 2. Категории:

 

● Вертикальные (зенитный угол < 2º);

 

          ● Наклонно-направленные;

 

 

     ● Горизонтальные.

 

По пространственному расположению в земной коре буровые скважины подразделяются

1. Вертикальнвые;

2. Наклонные;

3. Прямолинейноискривленные;

4. Искривленные;

5. Прямолинейноискривленные (с горизонтальным участком);

6.

1

2

3

4

5

6

Пространственное расположение скважин

Сложноискривленные.

 

 

              

1.1. 3. По диаметру:

● Большой диаметр, > стола ротора (> 760мм);

● Уменьшенный диаметр, до 190мм;

● Малый диаметр, < 190мм.

1.1. 4. По глубине:

● Мелкие, < 1000м;

● Глубокие, до 5000м;

● Сверхглубокие, > 5000м.

1.1. 5. Компоненты:

● Устье, забой;

● Ствол открытый, ствол обсаженный.

Основные элементы буровой скважины:

•Устье скважины (1) – пересечение трассы скважины с дневной поверхностью

•Забой скважины (2) – дно буровой скважины, перемещающееся в результате воздействия породоразрушающего инструмента на породу

 

•Стенки скважины (3) – боковые поверхности буровой скважины

•Ось скважины (4) — воображаемая линия, соединяющая центры поперечных сечений буровой

•Ствол скважины (5) – пространство в недрах, занимаемое буровой скважиной.

 

 

Схема скважины пробуренной сплошным (а) и кольцевым (б) забоем

а

б

1

2

3

4

5

6

7

Элементы конструкции скважины

•Обсадные колонны (6) – колонны соединенных между собой обсадных труб. Если стенки скважины сложены из устойчивых пород, то в скважину обсадные колонны не спускают

Скважины углубляют, разрушая породу по всей площади забоя (сплошным забоем, а) или по его периферийной части (кольцевым забоем  б). В последнем случае в центре скважины остается колонка породы – керн, которую периодически поднимают на поверхность для непосредственного изучения.

Конструкция скважин

 

 

Сегодня нефтяные и газовые скважины представляют собой капитальные дорогостоящие сооружения, служащие много десятилетий. Это достигается соединением продуктивного пласта с дневной поверхностью герметичным, прочным и долговечным каналом. Однако пробуренный ствол скважины еще не представляет собой такого канала, вследствие неустойчивости горных пород, наличия пластов, насыщенных различными флюидами (вода, нефть, газ и их смеси), которые находятся под различным давлением. Поэтому при строительстве скважины необходимо крепить ее ствол и разобщать (изолировать) пласты, содержащие различные флюиды.

Крепление ствола скважины производится путем спуска в нее специальных труб, называемых обсадными. Ряд обсадных труб, соединенных последовательно между собой, составляет обсадную колонну. Для крепления скважин применяют стальные обсадные трубы.

Насыщенные различными флюидами пласты разобщены непроницаемыми горными породами - «покрышками». При бурении скважины эти непроницаемые разобщающие покрышки нарушаются и создается возможность межпластовых перетоков, самопроизвольного излива пластовых флюидов на поверхность, обводнения продуктивных пластов, загрязнения источников водоснабжения и атмосферы, коррозии спущенных в скважину обсадных колонн.

Тампонажный материал

Схема крепления скважины

В процессе бурения скважины в неустойчивых горных породах возможны интенсивное кавернообразование, осыпи, обвалы и т.д. В ряде случаев дальнейшая углубка ствола скважины становится невозможной без предварительного крепления ее стенок.

Обсадная труба

Для исключения таких явлений кольцевой канал (кольцевое пространство) между стенкой скважины и спущенной в нее обсадной колонной заполняется тампонирующим (изолирующим) материалом. Это составы, включающие вяжущее вещество, инертные и активные наполнители, химические реагенты. Их готовят в виде растворов (чаще водных) и закачивают в скважину насосами. Из вяжущих веществ наиболее широко применяют тампонажные портландцементы. Поэтому процесс разобщения пластов называют цементированием.

Таким образом, в результате бурения ствола, его последующего крепления и разобщения пластов создается устойчивое подземное сооружение определенной конструкции.

Æ 190,5

24

650

1800

2700

3600

930

Æ 444,5

Æ 508,0

Æ 393,7

Æ 269,9

Æ 190,5

Рис. 7. Схема конструкции скважины

Обсадная труба

Под конструкцией скважины понимается совокупность данных о числе и размерах (диаметр и длина) обсадных колонн, диаметрах ствола скважины под каждую колонну, интервалах цементирования, а также о способах и интервалах соединения скважины с продуктивным пластом (рис. 7).

Сведения о диаметрах, толщинах стенок и марках сталей обсадных труб по интервалам, о типах обсадных труб, оборудовании низа обсадной колонны входят в понятие конструкции обсадной колонны.

 

1.2. 1. По количеству обсадных колонн:

● Одноколонная;

● Двухколонная;

● Многоколонная.

1.2. 2. По назначению обсадных колонн:

В скважину спускают обсадные колонны определенного назначения: направление, кондуктор, промежуточные колонны, эксплуатационная колонна.

● Направление;

Направление спускается в скважину для предупреждения размыва и обрушения горных пород вокруг устья при бурении под кондуктор, а также для соединенияскважины с системой очистки бурового раствора. Кольцевое пространство за направлением заполняют по всей длине тампонажным раствором или бетоном. Направление спускают на глубину от нескольких метров в устойчивых породах, до десятков метров в болотах и илистых грунтах.

● Кондуктор;

Кондуктором обычно перекрывают верхнюю часть геологического разреза, где имеются неустойчивые породы, пласты, поглощающие буровой раствор или проявляющие, подающие на поверхность пластовые флюиды, т.е. все те интервалы, которые будут осложнять процесс дальнейшего бурения и вызывать загрязнение окружающей природной среды. Кондуктором обязательно должны быть перекрыты все пласты, насыщенные пресной водой.

Кондуктор служит также для установки противовыбросового устьевого оборудования и подвески последующих обсадных колонн. Кондуктор спускают на глубину нескольких сотен метров. Для надежного разобщения пластов, придания достаточной прочности и устойчивости кондуктор цементируется по всей длине.

 

● Эксплуатационная колонна

Эксплуатационная колонна спускается в скважину для извлечения нефти, газа или нагнетания в продуктивный горизонт воды или газа с целью поддержания пластового давления. Высота подъема тампонажного раствора над кровлей продуктивных горизонтов, а также устройством ступенчатого цементирования или узлом соединения верхних секций обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах должна составлять соответственно не менее 150-300 м и 500 м.

 

● Технические (промежуточные) колонны, хвостовики;

Промежуточные (технические) колонны необходимо спускать, если невозможно пробурить до проектной глубины без предварительного разобщения зон осложнений (проявлений, обвалов). Решение об их спуске принимается после анализа соотношения давлений, возникающих при бурении в системе «скважина-пласт»

 

Породоразрушающий инструмент (долота).

При бурении нефтяных и газовых скважин основным инструментом, при помощи которого разрушается горная порода, является долото.

По диаметру

 от 46 до 500 мм

1.3.2 По назначению:

● Для бурения сплошным забоем;

● Для бурения кольцевым забоем;

● Специальные.

Долото проникает в породу и разрушает ее вследствие перемещения:

1) поступательного сверху вниз под действием нагрузки на долото, создаваемой массой нижней части колонны бурильных труб (эта нагрузка называется осевой нагрузкой);

2) вращательного, осуществляемого гидравлическим забойным двигателем, электробуром или ротором посредством бурильных труб.