Технология бурения скважин

Размещено на http://allbest.ru

Содержание

Введение

1. Цель и этапы геолого-разведочных работ

2. Роль геологической службы с момента начала поисковых работ до окончания выработки месторождения

3. Классификация скважин по назначению

4. Цикл строительства скважины

5. Документальное обеспечение для начало строительства скважин

6. Понятие о конструкции скважины, ее элементы

7. Колонковые снаряды, их устройство (схемы) и технологии отбора керна

7.1 Техника и технология отбора керна при роторном способе

7.2 Техника и технология отбора керна при бурении колонковым

турбодолотом

7.3 Изолированный отбор керна

8. Буровые установки и оборудование

9. Бурильный инструмент

9. Бурильный инструмент

9.1 Шарошечные долота

9.2 Алмазные долота

9.3 Лопастные долота

9.4 Классификация бурильных труб (ГОСТ 631-75)

9.5 Конструкция ВЗД

10. Общие сведения о технологии бурения скважин

11. Промывка скважины в процессе бурения

11.1 Основные параметры буровых растворов

11.2 Очистка

12. Заканчивание скважин

12.1 Способы цементирования

13. Виды осложнения при бурении скважины и их причины

13.1 Осложнения, вызывающие нарушение целостности стенок скважины:

13.2 Поглощение

13.3 Предупреждение газовых, водяных и нефтяных проявлений и борьба с ними

13.4 Бурение в условиях проявления сероводорода

14. Виды аварий при бурении скважины и их причины

14.1 Основные виды аварий и их причины

15. Освоение скважины

16. Организация работы в буровой бригаде

17. Технико-экономические показатели при бурении и отборе керна

Заключение

Список литературы



Введение

Горно-буровая практика проводится с целью закрепления у студентов представлений о буровом оборудовании и процессах сооружения и циклов строительства скважин, полученных на занятиях по дисциплине «Буровые станки и бурение скважин».

Также практика проводится для подготовки студентов к дальнейшему изучению дисциплин по специальности. Ознакомившись с теоретическим курсом по предмету «Буровые станки и бурение скважин», для закрепления знаний и представлений о буровом оборудовании, процессах строительства скважин на нефть и газ, мы, будущие геологи, были направлены на буровую практику.

В районе Ишимбая пробурена первая башкирская скважина в 1953 году.

Мы побывали на практике в Чишминском районе , в п. Алкино на действующей буровой скважине № 700. Данная буровая установка предназначена для эксплуатационного и разведочного бурения. Дебит скважины 46 тонн в сутки.



1. Цель и этапы геолого-разведочных работ

Геологоразведочные работы -- комплекс геологических и других работ, производимых с целью поиска, обнаружения и подготовки к промышленному освоению месторождений полезных ископаемых.

Геологоразведочные работы на нефть и газ состоят из двух этапов: поискового и разведочного.

1. Поисковый этап подразделён на три стадии:

· А -- Региональные геолого-геофизические работы. Включают мелкомасштабные геологические съёмки, а также бурение опорных, параметрических и структурных скважин;

· Б -- Подготовка площадей (структур) к глубокому поисковому бурению. Включает структурную геологическую съёмку среднего и крупного масштабов, детальную сейсморазведку, структурное и параметрическое бурение, оценку прогнозных ресурсов и запасов категории С2;

· В -- Поиски месторождений (залежей). Данная стадия включает бурение, комплексные геолого-геофизические исследования и опробование поисковых скважин.

2. Задачей разведочного этапа является подготовка месторождения к разработке.

Изучается структура месторождения, выделяются продуктивные пласты, определяются возможные дебиты нефти, газа, конденсата, воды, пластовое давление и другие показатели.

Полезные ископаемые -- минеральные и органические образования земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их в сфере материального производства (например, в качестве сырья или топлива).

Керн-образец ГП (цилиндрическая колонка), извлеченный из скважины посредством специально предназначенного для этого вида бурения.

По керну можно судить об изменении климата, геодинамической обстановке, видах фауны и флоры, существовавших в определенную геологическую эпоху.

Органическое происхождение нефти и природного газа признается большинством специалистов нефтяной геологии. Гравитационный фактор вызывает в ловушке распределение газа, нефти и воды по их удельным Фвесам (газ, нефть, вода-сверху вниз).



2. Роль геологической службы с момента начала поисковых работ до окончания выработки месторождения

1. Для обеспечения подготовки точек к бурению новых скважин составляет планы разведочного и эксплуатационного бурения, подготавливает геологическую документацию (геологические, структурные карты, профили, геологические отчеты и т. д.), обеспечивает отвод земли для обустройства скважин.

2. Выполняет топографо-геодезические и маркшейдерские работы; проводит съемку стволов скважин, геодезические наблюдения за оседанием поверхности над разрабатываемыми залежами, оползневыми явлениями в районе промысловых сооружений.

3. Осуществляет геологический контроль за бурением и освоением скважин.

В процессе разбуривания месторождения геологическая служба контролирует процесс бурения скважин согласно утвержденному проекту и геолого-техническому наряду; для уточнения местоположения последующих разведочных скважин и внесения поправок в проекты разработки регулярно анализирует результаты разведочного и эксплуатационного бурения.

Особое внимание обращается на то, чтобы каждая скважина давала наиболее полные геологические сведения.

Также большое внимание уделяется качеству вскрытия продуктивного пласта и оборудованию забоя.

В процессе опробования, освоения и пробной эксплуатации разведочных скважин геологическая служба обеспечивает полноценное опробование газоносных и нефтеносных пластов; определяет характеристики скважин при различных режимах, изучает состав нефти и газа путем отбора проб, определяет режим работы пласта.

4. Проводит наблюдение за эксплуатацией месторождения.

5. Принимает участие в составлении проектов разработки и проводит геологический контроль за процессом разработки месторождения.

6. Подготовляет геолого-промысловые данные для планирования добычи нефти и газа и участвует в планировании.

7. Осуществляет мероприятия по охране недр и окружающей среды.



3. Классификация скважин по назначению

Все скважины, бурящиеся с целью региональных исследований, поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений или залежей, делятся на следующие категории: опорные, параметрические, структурные, поисковые, разведочные, эксплуатационные.

1. Опорные скважины бурят для изучения геологического строения и гидрогеологических условий регионов, определения общих закономерностей распространения комплексов отложений, благоприятных для нефтегазонакопления, с целью выбора наиболее перспективных направлений геологоразведочных работ на нефть и газ.

Опорные скважины подразделяются на две группы: К первой группе относят скважины, закладываемые в районах, не исследованных бурением, с целью всестороннего изучения разреза осадочных пород и установления возраста и вещественного состава фундамента. Ко второй группе относят скважины, закладываемые в относительно изученных районах для всестороннего изучения нижней части разреза, ранее не вскрытой бурением, или для освещения отдельных принципиальных вопросов с целью уточнения геологического строения и перспектив нефтегазоносности района и повышения эффективности геологоразведочных работ на нефть и газ.

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

3. Структурные скважины бурят для выявления перспективных площадей и их подготовки к поисково-разведочному бурению.

4. Поисковые скважины бурят с целью открытия новых месторождений нефти и газа. К этой категории относят скважины, заложенные на новой площади, а также первые скважины, заложенные на те же горизонты в обособленных тектонических блоках, или скважины, заложенные на новые горизонты в пределах месторождения. Поисковыми их считают до получения первых промышленных притоков нефти или газа.

5. Разведочные скважины бурят на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью с целью подготовки запасов нефти газа.

6. Эксплуатационные скважины бурят для разработки и эксплуатации залежей нефти и газа. В эту категорию входят оценочные, эксплуатационные, нагнетательные и наблюдательные (контрольные, пьезометрические) скважины.

Оценочные скважины бурят на разрабатываемую или подготавливаемую к опытной эксплуатации залежь нефти с целью уточнения параметров и режима работы пласта, выявления и уточнения границ обособленных продуктивных полей, а также оценки выработки отдельных участков залежи.

Нагнетательные скважины используют при воздействии на эксплуатируемый пласт различных агентов (закачка воды, газа или воздуха и др.).

Наблюдательные скважины бурят для наблюдения за изменением давления, положения водо-газонефтяных контактов в процессе эксплуатации пласта.

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



4. Цикл строительства скважины

ЦСС включает много видов работ, основными из которых являются:

1. Подготовительные работы к строительству. При этом проводится строительство подъездных путей, линий электропередач, линий связи, трубопроводов, бурение скважины под воду, выравнивание площадки и обваловка и др.

2. Строительно-монтажные работы, в процессе которых осуществляется сборка буровой, монтаж на одной точке;

3. Подготовительные работы к бурению, включающие осмотр и наладку оборудования, оснастку талевой системы, бурение и крепление шурфа, установку направления и др.

4. Бурение ствола скважины и его крепление.

5. Вторичные вскрытие продуктивного пласта, освоение и испытание скважины на приток, сдача скважины в эксплуатацию.

6. Демонтаж буровой установки и привычных сооружений, транспортировка их на новую точку, нейтрализация отходов, рекультивация земель.



5. Документальное обеспечение для начало строительства скважин

Перед началом бурения скважины проводят пусковую конференцию, где, кроме членов бригады и бурового мастера, присутствуют главный инженер, главный механик, геолог, инженер по технике безопасности, работники технического, технологического, планового отделов, отдела труда и заработной платы.

Буровая бригада перед началом строительства скважины получает три основных документа: геолого-технический наряд , наряд на производство буровых работ и инструктивно-технологическую карту.

Геолого-технический наряд (ГТН) - это оперативный план работы буровой бригады. Его составляют на основе технического проекта. ГТН включает в себя: масштаб, глубину, стратиграфию, мощность, описание пород, интенсивность бурения с отбором керна, конструкцию скважин, способ испытания герметичности колонн, высоту подъема цемента за колонной, промыслово-геофизические исследования, параметры промывочной жидкости и ее обработку, категорию пород, количество долот, тип, размер, механическую скорость, тип турбобура, осевое давление, число оборотов, подача и давление насоса, диаметр втулок, подъем инструментов, интенсивность и скорость проработки скважины, раскрутка перед спуском, предполагаемый уровень падения пласта, оснастка талевой системы, примечание. Самый главный и значимый документ при бурении.

Наряд на производство буровых работ состоит из двух частей. В первой части указывают номер и глубину скважины, проектный горизонт, назначение ее и способ бурения, характеристики конструкции скважины, бурового оборудования и бурильной колонны, сроки начала и окончания работ по нормам, затраты времени на бурение и крепление отдельных интервалов и скважины в целом по нормам, плановую и нормативную скорости бурения. алмазный скважина установка долото керн

Вторую, основную часть наряда составляет нормативная карта. Эта карта позволяет определить нормативную продолжительность работ от начала бурения до перфорации эксплуатационной колонны. Для составления карты используют материалы гтн и отраслевые или утвержденные для данной площади нормы времени на выполнение всех видов работ.

Инструктивно-технологическая карта предназначена для распространения передового опыта работы, накопленного в районе. Она состоит из трех частей: режимно-технологической, инструктивной и оперативного графика строительства.

В режимно-технологической части помещают рекомендации о типоразмерах долот, забойных двигателей, параметрах режима бурения и свойствах промывочных жидкостей, при использовании которых могут быть достигнуты наиболее высокие показатели бурения. В инструктивной части освещают новые или более совершенные способы выполнения отдельных, прежде всего, наиболее трудоемких видов работ, приводят рекомендации о более рациональной организации производственного процесса с учетом особенностей конкретного участка площади.



6. Понятие о конструкции скважины, ее элементы

Система крепления ствола скважины колоннами обсадных труб, обеспечивающая достижение скважиной проектной глубины, возможность ее исследования, изоляцию проницаемых горизонтов, осуществление запроектированных режимов эксплуатации и максимальное использование пластовой энергии при добыче нефти и газа.

Конструкция скважины характеризуется числом спущенных обсадных колонн, их размерами (наружный диаметр и длина) и местоположением интервалов цементирования пространства за колоннами.

Для обоснования конструкции скважины используют опыт бурения па соседних площадях и результаты геологоразведочных работ.

Основные элементы скважины являются: устье, забой, ствол, обсадная колонна, фильтр, цементное кольцо.

Устье - это начало скважины, образованное короткой вертикальной зацементированной трубой - направлением.

Забой - это дно ствола скважины.

Ствол - это горная выработка, внутри которой располагаются обсадные колонны и производится углубление скважины.

Фильтр - участок скважины, непосредственно соприкасающийся с продуктивным нефтяным или газовым горизонтом. Фильтром может служить необсаженный колонной участок ствола, специальное устройство с отверстиями, заполненное гравием и песком, часть эксплуатационной колонны или хвостовика с отверстиями или щелями.

Цементное кольцо - затвердевший цементный раствор, закачанный в кольцевое пространство между стволом и обсадной колонной с целью его герметизации.

Цементное кольцо предназначено для надежной изоляции друг от друга интервалов геологического разреза (в том числе и продуктивных) на весь период строительства, эксплуатации и обеспечения жесткой связи обсадных колонн со стенками скважины с целью формирования прочной и герметичной постоянной крепи.

Система обсадных колонн и цементных колец за ними составляют крепь скважины. Основные характеристики скважины, это глубина, диаметр, направление. Глубина скважин зависит от назначения и колеблется от нескольких метров до нескольких километров.

Диаметр скважины задается диаметром породоразрушающего инструмента - долота. Направление скважины может быть вертикальным, горизонтальным, иметь любой угол и искривление, также бывают скважины - восстающие, то есть направленные вверх (бурятся из подземных выработок).

Конструкция скважины предусматривает крепление стенок с помощью, так называемых обсадных труб. Обсадные трубы составляются в обсадные колонны и спускаются в скважину.

Первая обсадная колонна, спускаемая в скважину, имеет максимальный диаметр и называется - направлением, предохраняет устье скважин от размыва грунта циркулирующим буровым раствором, её длина составляет - 5 м., а диаметр - 527 мм.

Следующая колонна - кондуктор, служит для перекрытия неустойчивых верхних пород и водоносных горизонтов. При бурении скважин в условиях многолетней мерзлоты направление и кондуктор выбирают с учетом будущего растепления пород.

Для предотвращения и устранения осложнений при бурении, спускают несколько промежуточных колонн.

Последняя колонна, предназначаемая для работы в продуктивном горизонте, называется экcплуатационной. При подсчете числа колонн, спущенных в скважину, направление и кондуктор не учитываются.

Низ всех спускаемых колонн, заканчивается короткой утолщенной трубой, называемой башмаком.

При больших глубинах бурения возникает необходимость спустить колонну перекрывающую определенный интервал без выхода к устью скважины. Такая колонна называется хвостовиком или потайной колонной.

После спуска каждой колонны производится цементаж затрубного пространства.

Цементаж - это операция состоящая из закачки цементного раствора в затрубное пространство колонны и последующей выдержки для застывания этого раствора.

Цементаж производится с целью разобщения пластов земной коры и закрепления спущенной колонны труб в скважине. Для цементирования используют цементный раствор - смесь вяжущих материалов (цементов), затворенных некоторым количеством воды, часто с добавками химических реагентов.

Сооружение скважины, независимо от ее назначения (разведочная, параметрическая, эксплуатационная и т.д.), включает в себя следующие основные этапы:

1. Геологическое обоснование места сооружения и составление проекта скважины, которые позволяют наилучшим образом выполнить поставленную задачу.

2. Монтаж технических средств для наиболее качественного и экономичного сооружения скважины.

3. Проводку ствола скважины, обеспечивающую высокую скорость углубления при минимальных затратах.

4. Глубинные геофизические и технологические исследования, позволяющие подробно изучить геологический разрез, термодинамические параметры вскрытых скважиной пластов, отобрать образцы горных пород и пластовых флюидов для лабораторных исследований.

5. Крепление ствола обсадными трубами и цементом, обеспечивающее длительную безаварийную эксплуатацию скважины как инженерного сооружения и ее экологическую безопасность.

6. Изготовление глубинного фильтра, обеспечивающего качественную и надежную гидродинамическую связь продуктивного пласта с полостью эксплуатационной колонны и препятствующего проникновению в колонну горной породы и других загрязняющих углеводороды примесей.

7. Оборудование устья скважины, включающее, при необходимости, подвеску колонны насосно-компрессорных труб, обеспечивающее качественное испытание скважины и дальнейшую длительную эксплуатацию ее как объекта добычи углеводородов.



7. Колонковые снаряды, их устройство (схемы) и технологии отбора керна

Колонковое бурение проводят с целью получения из скважины образцов горных пород. Керн формируется на забое скважины в процессе ее углубления с помощью породоразрушающего инструмента, который разрушает горную породу лишь по кольцевому забою и оставляет в центре нетронутый цилиндр породы. Отсюда специфическая особенность конструкции породоразрушающего инструмента для колонкового бурения состоит в том, что его вооружение располагается кольцеобразно вокруг свободного прохода для поступления керна.

Рис. Одинарный колонковый снаряд

Одна из наиболее важных характеристик колонкового породоразрушающего инструмента -- коэффициент керноотбора к_отб, равный отношению диаметра керна d_k, к наружному диаметру инструмента D_н:

к_отб = d_k / D_н:

Устройство: колонковые снаряды представляют собой гладкоствольную керноприемную трубу, оснащенную кольцевым буровым долотом или твердосплавной сменной коронкой и переходником для соединения с различным буровым инструментом или буровой установкой.

7.1 Техника и технология отбора керна при роторном способе

При бурении скважин на нефть и газ используют колонковые наборы, состоящие из бурильной головки, корпуса и керноприемной трубы. Бурильная головка, разрушая породу по периферии забоя, оставляет в забое колонку породы (керн), поступающую по мере углубления скважины в керноприемную трубу.

Корпус колонкового набора служит для соединения бурильной головки с бурильной колонной, размещения керноприемной трубы и защиты ее от механических повреждений. Керноприемная труба предназначена для приема керна, сохранения его во время бурения и при подъеме на поверхность. Для выполнения этих функций в нижней части керноприемной трубы размещены кернорватели и кернодержатели, а вверху - шаровой клапан для пропуска вытесняемой из керноприемной трубы жидкости по мере заполнения ее керном.

7.2 Техника и технология отбора керна при бурении колонковым турбодолотом

Конструкция односекционного турбодолота имеет полый вал, внутри которого устанавливается съемная колонковая труба -грунтоноска.

В нижней части грунтоноски расположен кернорватель, который удерживает керн, поступающий в колонковую трубу в процессе работы бурильной головки.



7.3 Изолированный отбор керна

Изолированный отбор керна (керн не входит в контакт с буровым раствором) в качестве изолирующего агента применяется неполярное масло, применяются стеклопластиковые и алюминиевые трубы.

Весь изолированный керн герметизируется резиновыми заглушками и фиксируется хомутами.

Основной показатель - вынос керна в %

,

где Н_к- длина полученного керна,

Н - величина проходки за тот же рейс. К стремится к 100%, но всегда меньше.

Различают 2 группы факторов, обусловливающих разрушение и потерю керна:

1) Геологические: Эти факторы устранить невозможно, но можно уменьшить их отрицательное влияние.

а) низкая прочность пород

б) низкая водоустойчивость

в) высокая трещинноватость

г) высокая абразивность ГП(быстро изнашивается вооружение бур. головок и крепежное устройство кернорвателя)

д) растепление горных пород - необходимо применять хим. реагенты с отрицательными температурами и не растворяющие лед.

2) Технико-технологические:

а) совершенствование конструкции керноотборных снарядов и колонковых долот.

б) соответствие инструмента к проходимым горным породам.

в) правильность выбора режима бурения.

г) точная компоновка низа БК.

Влияние параметров режима работы на вынос керна:

ь Осевая нагрузка. Вынос керна с увеличением осевой нагрузки сначала растет, а затем монотонно уменьшается

ь Расход бурового раствора. При увеличении расхода промывочной жидкости увеличивается давление на забое, возникает опасность размыва самого керна.

ь Частота вращения N(n). С увеличением частоты вращения вынос керна увеличивается в устойчивых горных породах, а в слабоустойчивых уменьшается при всех способах бурения.



8. Буровые установки и оборудование

Буровая установка или буровая -- комплекс бурового оборудования и сооружений, предназначенных для бурения скважин. Состав узлов буровой установки, их конструкция определяется назначением скважины, условиями и способом бурения.

Посещаемая буровая установка ZJ30/2000 CZ (показана на рисунке), где 2000 глубина бурения, ZJ30 - модель, ZJ с китайского означает - мобильная (МБ), CZ -блочного исполнения. Телескопическая, А-образная.

Буровая установка для разведки и разработки месторождений нефти и газа в общем виде включает следующее оборудование: (определение, после чего идет рисунок).

Буровая вышка (Используется для: проведения спуско-подъемных операций (СПО); поддержания бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой; размещения комплекта бурильных труб и утяжеленных бурильных труб (УБТ), извлеченных из скважины; размещения талевой системы; размещения платформы верхнего рабочего, устройства экстренной эвакуации верхнего рабочего, вспомогательного оборудования)

Буровая лебёдка (Основной исполнительный механизм для спуска и подъема бурильной колонны, медленного опускания при подаче долота на забой, спуска обсадных работ, удержания колонны на весу и др.

Система верхнего привода или ротор с вертлюгом (представляет собой подвижный вращатель, совмещающий функции вертлюга и ротора, оснащенный комплексом средств для работы с бурильными трубами при выполнении спуско-подъемных операций)

Буровые ключи (устройства, предназначенные для механизации и автоматизации сопутствующих процессов (свинчивание-развинчивание, наращивание колонны и др) в ходе спуско-подъемных операций )

Вертлюг (один из основных узлов механизма подачи бурового раствора, несёт на себе наибольшую нагрузку в процессе бурения и от его надёжности зависит безотказная работа всей буровой установки. Вертлюг обеспечивает подачу промывочной жидкости через буровой рукав от неподвижного стояка манифольда во вращающуюся колонну бурильных труб и поддержание вращающегося инструмента при бурении..)

Буровые насосы (насосы, применяемый на бурильных установках с целью обеспечения циркуляции бурового раствора в скважине, а также подъём разбуриваемой породы на поверхность. Буровой насос очищает забой и скважину от породы.)

Ёмкости (Хранение и перевозка бурового раствора без потери им рабочих свойств)

Оборудование очистки бурового раствора от шлама (Для очистки бурового раствора от шлама используется комплекс различных механических устройств: вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотделители), сепараторы, центрифуги)

Цементировочный агрегат (предназначен для нагнетания рабочих жидкостей при цементировании скважин в процессе бурения и капитального ремонта, а так же при проведении других промывочно-продавочных работ)

Ротор (предназначен для вращения бурильного инструмента и поддержания колонны бурильных труб при бурении скважины. При этом для возможности вращения бурильного инструмента используется вертлюг.)

Противовыбросовое оборудование (комплекс оборудования, предназначенный для герметизации устья нефтяных и газовых скважин в процессе их строительства и ремонта с целью безопасного ведения работ, предупреждения выбросов и открытых фонтанов.)

Генератор для обеспечения работы электроприводов оборудования ( электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока-обеспечивает электроэнергией буровую установку и ее агрегаты).

Талевая система (один из ключевых механизирующих компонентов спускоподъемных операций в ходе различных буровых работ нефтегазовой области, выполняет следующие важнейшие функции: грузоношение (спуск, подъем и поддержание на весу тяжелого бурового инструмента и обсадных труб, точечное физическое воздействие (создает на крюке необходимое усилие для высвобождения из скважины бурильной колонны, это особенно эффективно при аварийных ситуациях, возникающих в ходе работы с бурильной колонной), механическая поддержка (удерживает бурильную колонну, опущенную в скважину), состоит из трех компонентов: кронблок, талевый блок, стальной канат



9. Бурильный инструмент

Породоразрушающий инструмент (ПРИ) предназначен для разрушения горной породы на забое при бурении скважины.

По назначению породоразрушающие инструменты делятся на три группы:

1) для бурения сплошным забоем,

2) для бурения кольцевым забоем (отбор керна),

3) специального назначения (проработка и расширение старого и зарезка нового ствола, подготовка забоя к бурению алмазным долотом и др.).

Первые две группы включают 4 класса долот, отличающихся по преобладающему характеру взаимодействия с горной породой:

1)дроблящие,

2)дробяще-скалывающие (шарошечные долота с фрезерованными и твердосплавными элементами вооружения),

3)режуще-скалывающие (лопастные, секторные и другие с твердосплавный, алмазно-твердосплавным вооружением),

4) истирающе-режущие (алмазные, импрегнированные, ИСМ).

Режуще-скалывающие и истирающе-режущие долота разрушают горную породу скалыванием, резанием, истиранием при непрерывно-прерывистом контакте элементов вооружения с разрушаемой породой, обеспечиваемом вращением нагруженного в осевом направлении долота. Прерывистость контакта с породой обусловлена характером разрушения (скачкообразное разрушение горной породы) и колебаниями инструмента.

Дробяще-скалывающие долота разрушают породу дроблением, скалыванием при периодическом прерывистом контакте элементов вооружения с породой, обеспечиваемом перекатыванием шарошек по забою при вращении долота.

Основные элементы буровых долот-- корпус и рабочая (разрушающая) часть; последняя определяет три типа долот, широко применяемых в промышленности:

1)шарошечные

2)алмазные

3)лопастные

9.1 Шарошечные долота

Шарошечными долотами осуществляется свыше 90% объёма бурения на нефть и газ; эти долота наиболее производительны при бурении геологоразведочных (сплошным забоем) и взрывных скважин в крепких породах.

1 - наружная конусная присоединительная резьба (ниппель);

2 - секция (лапа) долота; 3 - каналы в лапе и цапфе для продувки опоры; 4 - цапфа лапы; 5 - твердосплавные зубки с полусферической рабочей частью; 6 - замковый палец; 7 - шарошки; 8 - подшипники качения; 9- центральный канал для продувки забоя и шарошек.



Шарошечное долото (или колонковая бурильная головка) состоит из одной, двух, трёх и более конических, сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на подшипниках качения или скольжения или же их комбинации на цапфах секций долот.

В шарошечных долотах применяется два вида промывки: по центральному каналу (рис. 4, б) и гидромониторная -- между шарошками (рис. 4, в), а в больших корпусных долотах -- их комбинация.

а- продувкой сжатым воздухом (или промывкой аэрированной жидкостью) через центральный канал и каналы в лапах;

б - промывкой через центр. канал;

в - боковой гидромониторной промывкой между шарошками

9.2 Алмазные долота

Алмазные долота (и бурильные головки) состоят из твердосплавной алмазонесущей рабочей части (матрицы) и стального корпуса с внутренней присоединительной конусной замковой резьбой.

Долота отличаются друг от друга формой рабочей части, качеством алмазов и системой промывки. Матрицы этих долот изготавливаются методом порошковой металлургии из различных металлических порошков.



1 - корпус;

2 - матрица;

3 - алмазные зерна.

9.3 Лопастные долота

Лопастное долото состоит из кованого корпуса, к которому привариваются три лопасти и более. У двухлопастного долота корпус и лопасти отштамповываются как одно целое. Лопастные долота применяются для разбуривания мягких и средней твёрдости пород. К лопастным относятся также долота для ударно-канатного бурения.

Конструкция бурильных труб определяется их назначением. Для твердосплавного и шарошечного бурения скважин диаметром 76 мм и более применяются стальные трубы муф¬тово-замкового соединения. Такие трубы имеют наружную коническую резьбу. Разъемная резьба соединений также коническая, а наружный диаметр соединений может превышать диаметр гладкой части труб.

9.4 Классификация бурильных труб (ГОСТ 631-75)

1. по категориям скважины:

а) для структурно-поискового бурения, ремонта скважин применяют трубы длиной 6; 8; 11,5 м и d=60-102 мм;

б) для глубокого эксплуатационного и разведочного бурения - l=8; 11,5 м и d=114-168 мм.

2. по способу соединения между собой:

а) сборной конструкции:

- с утолщением внутрь ТБВ (труба бурильная с утолщением внутрь);

- с утолщением наружу ТБН (труба бурильная с утолщением наружу) - применяют для турбинного бурения, имеют более широкое проходное сечение.



Но утолщение наружу ведет к увеличению наружного диаметра соединительных элементов, в связи с чем приходится применять долота большего диаметра;

Замки к трубам с утолщенными концами изготовляются трех типов, отличающихся между собой гидравлическими и прочностными характеристиками:

- ЗН - замок с нормальным проходным отверстием, значительно меньшим диаметра отверстия утолщенных концов бурильных труб. Сужение проходного отверстия значительно увеличивает потери давления при циркуляции промывочной жидкости, поэтому они мало применяются при роторном способе бурения и совершенно не используются в турбинном бурении;

- ЗШ - замок с широким проходным отверстием, близким к диаметру проходного отверстия утолщенных концов бурильных труб. Имеют наиболее широкое распространение;

- ЗУ - замок с увеличенным проходным отверстием, большим проходного отверстия утолщенных концов бурильных труб. Применятся для соединения труб с утолщенными наружу концами

- с приварными замками ТБПВ (труба бурильная с приварными замками и утолщением внутрь) и ТБПН (труба бурильная с приварными замками и утолщением внутрь).

Эти трубы имеют равнопроходное сечение по всей длине и в соединениях, что обуславливает минимальные гидравлические потери в бурильной колонне, облегченный спуск и подъем приборов контроля за положением скважины в пространстве;

б) цельной конструкции (без замка).

3. по направлению резьбы:

а) левая;

б) правая.

4. по профилю резьбы:

а) треугольной формы с углом при вершине 60. Впадины и вершины закруглены. Шаг резьбы 3,175 мм;



б) трапецеидальной формы.

5. по назначению:

а) бурильная труба БТ предназначена для бурения:

- стальные бурильные трубы СБТ;

- алюминиевые бурильные трубы АБТ;

- титановые бурильные трубы ТБТ и т.д.

б) ведущая бурильная труба ВБТ - для передачи вращения от ротора к породоразрушающему инструменту (l=15-20 м):

- квадратного сечения К;

- шестигранного сечения Ш.

в) утяжеленная бурильная труба УБТ - для создания осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, увеличения жесткости бурильной трубы. Наиболее широко применяются УБТ горячетканного изготовления. Изготовляют из сталей группы прочности Д и К без термообработки, поэтому они обладают недостаточной прочностью и износостойкостью, особенно в резьбовых соединениях. Они имеют значительные допуски на кривизну и разностенность. При вращении это приводит к возникновению динамических нагрузок, разрушению породоразрушающего инструмента и других элементов компоновки бурильной колонны.

Недостатки горячетканых УБТ в значительно степени устранены у сбалансированных утяжеленных бурильных труб УБТС.

Канал у этих труб просверливается, а не прошивается, как у горячетканых. Также осуществляется термообработка и механическая обработка по наружному диаметру. Выпускаются УБТС диаметрами от 89 до 299 мм. Изготовляются из сталей марки 40ХН2МА И 38ХНЗМФА

г) для ликвидации аварии.

6. по способу бурения:

а) для бурения ротором;

б) для бурения гидравлическим забойным двигателем;

в) для бурения с электробуром.

7. по материалам:

а) стальные бурильные трубы СБТ;

б) легкосплавные - для уменьшения веса бурильной колонны. Уменьшение веса колонны дает возможность ускорения спуско-подъемных операций и увеличения конечной глубины проходки при одной и той же грузоподъемности буровой установки. Важным достоинством ЛБТ является также их диамагнитность, что позволяет проводить замеры в колонне приборами, ориентирующимися в магнитном поле Земли (алюминиевые АБТ и титановые ТБТ);

в) беззамковые с внутренним кольцевым утолщением.

8. по способу составления колонны бурильной трубы:

а)бурильные трубы стандартной длины;

б)непрерывные бурильные трубы.

9. по магнитным свойствам:

- бурильные трубы из магнитных материалов;

- бурильные трубы из немагнитных материалов (дюрали, немагнитной стали).

10. по фактическому состоянию труб в процессе их эксплуатации:

- бурильные трубы 1-го класса;

- бурильные трубы 2-го класса;

- бурильные трубы 3-го класса.

Для добычи нефти и/или газа либо для проведения капитального ремонта скважин используют винтовой забойный двигатель (ВЗД), обладающий необходимым крутящим моментом и способный осуществлять бурение в различных направлениях в зависимости от типа используемой конструкции. Такой выбор обусловлен необходимостью разрушения горных пород с высокой эффективностью и достаточной скоростью.



9.5 Конструкция ВЗД

Винтовой забойный двигатель представляет собой симметричный роторный агрегат с применением зубчатого косого зацепления, приводимый в действие за счёт давления подаваемой жидкости.

Основными деталями винтового забойного двигателя являются его рабочие органы - статор и ротор.

Статор выполнен в виде стального корпуса, к внутренней поверхности которого привулканизирована резиновая обкладка с пятью внутренними винтовыми зубьями левого направления.

Разрез статора

Стальной ротор имеет несколько наружных винтовых зуба. Шаги винтовых линий зубьев ротора и статора пропорциональны числу зубьев.

Ротор



10. Общие сведения о технологии бурения скважин

При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее.

Классификация механических способов:- вращательное бурение;- ударное бурение.

Классификация механических вращательных способов:- роторное бурение; - бурение забойными двигателями.

Классификация забойных двигателей:

- гидравлические ЗД; - электрические ЗД (электробуры).

Классификация гидравлических ЗД:

- турбобуры; - винтовые забойные двигатели.

Вращательное бурение скважин: При вращательном бурении разрушение породы происходит в результате одновременного воздействия на долото осевой нагрузки и крутящего момента.

Характерной особенностью вращательного бурения является одновременная промывка скважины.

Основные виды вращательного бурения:

ь роторный способ;

ь турбинный способ;

ь бурение винтовыми ЗД;

ь бурение электробурами.

При роторном бурении мощность от двигателей буровой установки через трансмиссию передается ротору. Ротор вращает бурильную колонну с укрепленным на ее конце долотом. При использовании ВСП бурильную колонну вращает силовой вертлюг.

При бурении с забойным двигателем долото привинчено к валу, а бурильная колонна -- к корпусу (ЗД). При работе ЗД вращается его вал с долотом.

В настоящее время применяют три вида забойных двигателей:

ь турбобур;

ь винтовой двигатель:

ь электробур.

Турбобур и винтовой двигатель являются разновидностями гидравлических забойных двигателей.

Основные операции: углубление скважины (собственно бурение) и СПО - спускоподъемные операции. СПО включает в себя:

1. спуск долота до забоя для бурения

2. подъем отработанного долота (подъем керна)

3. аварийные работы

Для СПО вышка имеет талевую оснастку, состоящую из лебедки, крон-блока, талевого блока, крюка и талевых канатов. Один конец талевого каната мертвый и крепится к земле; второй - ходовой - крепится к лебедке.

Порядок СПО: собирают компоновку низа бурильной колонны (КНБК), которая состоит из: долота, калибровочных расширителей, центраторов, утяжеленных бурильных труб (УБТ), легкосплавных бурильных труб (ЛБТ), собственно бурильных труб.

Бурение или углубление скважины состоит из двух процессов: разрушение породы на забое; транспортировка выбуренной породы на поверхность - при помощи промывочной жидкости.

Путь промывочной жидкости:

1. емкость, где она находится

2. насосы

3. обвязка насосов

4. гибкий буровой шланг

5. вертлюг

6. колонна бурильных труб КНБК

7. долото, забой

8. затрубное пространство

9. желоба

10. вибросито

11. приемная емкость

Этот процесс цикличен, идет только во время бурения.

Полный цикл строительства включает в себя:

1. отвод земель

2. подготовка площади, подъездных путей и прокладка трубопроводов

3. транспортировка вышки, ее монтаж

4. транспортировка и монтаж бурового оборудования

5. монтаж привышечных сооружений

6. подготовительные работы

7. собственное бурение скважин

8. крепление и разобщение пластов

9. испытание и опробование

10. демонтаж вышки



11. Промывка скважины в процессе бурения

Разнообразие глин, а следовательно и глинистых растворов, обусловило выработку требований к качеству глинистого раствора, обеспечивающему как временное крепление, так и последующую быструю разглинизацию стенок скважины.

Глинистый раствор очищает забой скважины от разбуренной породы и выносит ее на поверхность, охлаждает долото во время разрушения породы, глинизирует стенки скважины и придает им устойчивость. В случае прекращения циркуляции частицы разбуренной породы, находящиеся в коллоидальном глинистом растворе, удерживаются в нем во взвешенном состоянии и не оседают на забой скважины. Поэтому нет опасений, что при прекращении циркуляции буровой инструмент будет прихвачен осевшим на забой шламом.

Наличие песка в поступающем в скважину глинистом растворе снижает способность последнего выносить породу, а абразивные свойства частиц песка приводят к разрушению и быстрому износу насоса, бурильных труб и шлангов.

11.1 Основные параметры буровых растворов

Основными параметрами буровых растворов являются плотность, вязкость, показатель фильтрации, содержание песка, водородный показатель.

Плотность с=1,09 [г/см³]. Удельный вес - вес 1 см3 промывочной жидкости - обозначается Y и выражается в г/см3. Под плотностью понимают величину, определяемую отношением массы тела к его объему. Обозначается она r и выражается в г/см3. Прибор АБР-1. Прибор состоит из мерного стакана, донышка, поплавка, стержня и съемного калибровочного груза.

Условная вязкость T=700/500 [c]. Стандартные полевые измерения вязкости бурового глинистого раствора проводятся с помощью вискозиметра буровых растворов ВБР-1 или воронкой Марша.

Вискозиметр ВБР-1, служащий для измерения условной вязкости, состоит из воронки, герметично соединенной трубки, сетки и мерной кружки.

Условная вязкость определяется временем истечения 500 см3 раствора через трубку из воронки вискозиметра, заполненной 700 см3 раствора. За исходный результат принимают среднее значение результатов трех измерений, отличающиеся между собой не более чем на 2 с.

Тиксотропные свойства - способность застудневать в покое и становиться жидкостью при перемешивании.

Показатель фильтрации ПФ=17[см³/30 мин]. Показатель фильтрации - способность раствора при определенных условиях отдавать воду пористым породам.

Чем больше в растворе свободной воды и чем меньше глинистых частиц, тем большее количество воды проникает в пласт.

Процессом фильтрации называют процесс разделения фаз дисперсной системы, происходящий при движении системы через пористую среду, размер пор которой того же порядка, что и размер частиц дисперсной фазы или меньше их.

Пластическая вязкость з[мПа*с]. Вязкость БР характеризует его сопротивление движению в циркуляционной системе буровой, а так же по каналам и трещинам пласта при поглощении.

Содержание ионов водорода в растворе или РН фильтрата: Растворы подщелачиваются нейтрализовать ионы Cl^-

рН фильтрата=8.



11.2 Очистка

Для очистки бурового раствора от шлама используется комплекс различных механических устройств: вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотделители), сепараторы, центрифуги.

В составе циркуляционной системы аппараты должны устанавливаться в строгой последовательности.

При этом схема прохождения раствора должна соответствовать следующей технологической цепочке: скважина - газовый сепаратор - блок грубой очистки от шлама (вибросита) - дегазатор - блок тонкой очистки от шлама (песко- и илоотделители, сепаратор)- блок регулирования содержания и состава твердой фазы (центрифуга, гидроциклонный глиноотделитель).

На посещаемой нами буровой установке было два уровня очистки: вибросита и гидроциклоны.



12. Заканчивание скважин

Технология заканчивания скважин состоит из ряда последовательных операций: выбора конструкции забоя скважины; бурения продуктивной толщи, т. е. выбора типа и показателей свойств бурового раствора, режима бурения; цементирования продуктивной толщи; перфорации и освоения.

Под первичным вскрытием продуктивного пласта понимают комплекс работ, связанных с разбуриванием его и обеспечением прочности и устойчивости ствола скважины в нем.

Обсадная колонна - предназначена для крепления буровых скважин, a также изоляции продуктивных горизонтов при эксплуатации; составляется из обсадных труб путём последовательного их свинчивания (иногда сваривания). Обсадные трубы, применяемые при бурении нефтяных и газовых скважин, изготовляются в осн. из стали c двумя нарезанными концами и навинченной муфтой на одном конце.

Обсадными трубами называют высокопрочные трубы большого диаметра от 114 до 508 мм, предназначенные для крепления стенок скважины после бурения, перекрытия и изоляции друг от друга нефтеносных, газоносных, водоносных пластов и пропластков.

Элементы низа обсадной колонны:

Переводники для перехода с замковой резьбы на резьбу обсадных труб предназначены для соединения колонны бурильных и обсадных труб. Представляют собой сочетание муфтового замка с ниппельным концом обсадной трубы.

Направляющие пробки, предназначенные для правильного направления спускаемой обсадной колонны по стволу скважины, изготавливают из серого чугуна.

Башмак, предназначен для придания жесткости низу обсадной колонны, представляет собой толстостенный стальной патрубок. Существует два типа башмака:

Ш БП - с направляющей чугунной пробкой, поставляемый свинченным с направляющей пробкой.

Ш Б - с фаской без направляющей пробки.

12.1 Способы цементирования

1. Сплошное цементирование. Оно же -- одноступенчатое цементирование скважин. Суть метода такова: в обсадную колонну заливается цементирующий раствор; он накрывается плотной пробкой; после этого в колонну нагнетается промывочный раствор. Пробка постепенно вытесняет цемент в пространство вокруг колонны.

2. Двухступенчатое цементирование. Скважина цементируется в два приема: нижняя, а потом верхняя ее часть. Способ применяется, если проблемно сразу приготовить нужное количество раствора или если состояние пластов грунта и температура в верхней и нижней частях скважины сильно различаются.

3. Манжетное цементирование. Эта технология цементирования скважин применяется, если нужно изолировать от грунтов лишь верхнюю часть скважины. На необходимом уровне между обсадной колонной и грунтом ставится кольцо-манжета. Раствор нагнетается выше нее через перфорацию в стволе колонны.

4. Обратное цементирование. Цементный раствор нагнетается не в колонну, а в промежуток между ней и грунтом. При этом очистной или буровой раствор вытесняется через полость колонны.

Вскрытие продуктивных пластов можно подразделить на два вида:

· Первичное вскрытие - бурение скважины;

· Вторичное вскрытие - перфорация обсадной колонны на уровне разрабатываемого продуктивного пласта.

Сущность процесса вторичного вскрытия пластов - создание каналов в цементном кольце, обсадной колонне и участках горных пород, загрязнённых в процессе бурения скважины частицами бурового раствора. Главной задачей при проведении данных работ является создание гидродинамических связей между скважинами и продуктивными пластами.

Решение этой задачи обеспечивается выбором условий перфорации, перфорационной среды, оптимальных для данных условий типоразмера стреляющей аппаратуры и плотности перфорации.

Применяют несколько видов перфорации: пулевая, торпедная, кумулятивная, гидропескоструйная.

Пулевой перфоратор представляет собой многозарядное стреляющее погружное устройство, спускаемое в скважину на каротажном кабеле.

Торпедные перфораторы отличаются от пулевых тем, что они стреляют снарядами, разрывающимися в пласте.

Кумулятивные перфораторы отличаются применением специально сформированных зарядов взрывчатого вещества, при взрыве которого образуется кумулятивная струя газа, способная пробивать мощные преграды.

Гидропескоструйные перфораторы прорезают отверстия в колонне и цементной оболочке в результате действия высокоскоростной струи жидкости, содержащей частицы кварцевого песка или другого абразива.



13. Виды осложнения при бурении скважины и их причины

Осложнения - затруднения проводки скважин.

13.1 Осложнения, вызывающие нарушение целостностистенок скважины:

Обвалы (осыпи)- во время прохождения глин, аргиллитов, глинистых сланцев. Обвалам способствует набухание этих слоев. Могут повлиять тектонические силы, проникновение пластовых вод, что приводит к выпучиванию.

Набухание- аналогично обвалам и осыпям.

Ползучесть- проявляется в породах, склонных деформироваться под давлением во времени. Породы: глины, аргиллиты, сланцы. С увеличением температуры ползучесть увеличивается.

Желобообразование- увеличение поперечного сечения ствола скважины за счет уплотнения пород. Имеет направление и может увеличиваться при СПО. Чаще возникает в искривленных стволах.

Растворение- каверны, увеличение диаметра ствола скважины при прохождении соляных пород.