Буровые работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Буровые работы

Введение

Буровые работы англ. Drilling; нем. Bohrarbeiten f pl) - определенная совокупность и последовательность выполнения операций при строительстве эксплуатационных и исследовательских скважин и бурении горнотехнических скважин.

К буровым работам входит: сооружение буровой вышки и привышечных сооружений, монтаж (а также демонтаж) бурового оборудования, бурение (в т.ч. крепеж), освоения и испытания скважин. Бурение сопровождения-джуеться креплением ствола скважины (ее участков по глубине) обсадными колоннами, а также вспомогательными и ремонтными работами, которые в основном имеют также циклический характер. Главные критерии оценки эффективности бурения

- Скорость бурения, стоимость метра прохождения, качество строительства скважин и доведение их до проектных глубин, кроме того, для геолого-разведочных бурительных работ

- Репрезентативность и достоверность геолого-геофизической и технологической информации, прирост запасов нефти и газа на метр прохождения, для эксплуатационных - дебит скважины.

Эффективность бурения возрастает с уменьшением количества рейсов, расходуемый на бурение скважины в конкретных горно-геологических условиях, времени, затраченных в среднем на один рейс, с увеличением скорости цикла строительства скважины, а также с уменьшением части всех расходов, связанных с ликвидацией последствий аварий, осложнений, брака в работе и простоев скважин по организационным причинам.

1. Понятие о скважине

Скважиной называется горная выработка, имеющая при малом диаметре достаточно значительную длину. Началом скважины называется устья, а ее конец - забоем. Пространство от устья до забоя скважины называется стволом. Скважины могут быть вертикальные или наклонные.

Главное назначение скважины - извлечение нефти, газа или воды сположу на поверхность, то есть скважина является каналом, соединяющим нефтяной, газовый или водяной пласт с поверхностью земли.

Техническое состояние скважины - конструкция их забоев, герметичность и качество цементирования обсадных колонн, надежность и герметичность устьевого оборудование - основа эффективного освоения скважин, долгой и бесперебойной эксплуатации. Продукция скважины может быть поднята на поверхность или за счет пластовой энергии, либо за счет совместного влияния пластовой энергии и энергии, подаваемой в скважину с поверхности.

Энергия тратится на подъем продукции от забоя до устья скважины, на преодоление сопротивления в устьевой обвязке, сепараторах, замерных устройствах, трубопроводах промышленного сбора. Оборудованием скважины называют все те части ее конструкции, обеспечивающие отбор продукции в необходимом режиме и проведения всех технологических операций в процессе эксплуатации.

2. Классификация способов бурения

Бурение скважины шнековым способом

Шнек - это стальная труба, на которую навита спираль из стальной ленты. По внешнему виду напоминает шнек штопор или бур, которым рыбаки сверлят зимой лед. Между собой шнеки соединяются с помощью резьбы, шестигранника или шпонок. Шнековый способ бурения заключается в разрушении породы благодаря вращению бура. Разрушенная порода поднимается по шнековой спирали вверх и удаляется из скважины. Высота породы по спирали шнека становится возможным потому, что шнек вращается быстрее, чем порода. Сила трения удаляется породы о стенки скважины больше силы трения породы о стальной шнек, поэтому порода не вращается вместе со шнеком, а скользит по нему. Подобно тому, как гайка, накручивая на болт, перемещается вдоль оси болта, удаляется порода перемещается вдоль оси шнека вверх. Шнековый способ бурения наиболее подходит для бурения неглубоких скважин в рыхлых и мягких породах. Шнековым способом бурят скважины 30-50 м.

Бурение скважины роторным способом

При роторном способе бурения скважины порода разрушается с помощью вращающегося бура. Вращение на бур передается от ротора, расположенного на поверхности, с помощью колонны бурильных труб. Роторный способ позволяет бурить скважины диаметром от 76 мм до 215 мм. При использовании долот различного диаметра роторный способ позволяет бурить внутри обсадных труб. Чтобы закрепить стенки скважины и предотвратить с обрушения, в скважину опускают обсадные трубы, а дальнейшее бурение проводят долотом меньшего диаметра.

Бурение скважины колонковым способом

Колонковый метод бурения состоит в том, вращающийся бур в форме кольца разрушает породу не по всему сечению забоя а только по краям. Разрушенная порода вымывается промывочной жидкостью, которая нагнетается в колонну буровых труб с помощью насоса. Внутренняя часть (керн) остается внутри труб. Периодически керн отрывают от дна и поднимают на поверхность.

Ударно-канатный способ бурения

Наиболее простой в технологическом плане способ ударно-канатного бурения скважины заключается в том, что буровое долото поднимают на тросе над забоем и затем отпускают. Долото ударяется о дно скважины и разрушает породу, которая затем удаляется с помощью желонки.Буриння скважины шнековым способом

Шнек - это стальная труба, на которую навита спираль из стальной ленты. По внешнему виду напоминает шнек штопор или бур, которым рыбаки сверлят зимой лед. Между собой шнеки соединяются с помощью резьбы, шестигранника или шпонок. Шнековый способ бурения заключается в разрушении породы благодаря вращению бура. Разрушенная порода поднимается по шнековой спирали вверх и удаляется из скважины. Высота породы по спирали шнека становится возможным потому, что шнек вращается быстрее, чем порода. Сила трения удаляется породы о стенки скважины больше силы трения породы о стальной шнек, поэтому порода не вращается вместе со шнеком, а скользит по нему. Подобно тому, как гайка, накручивая на болт, перемещается вдоль оси болта, удаляется порода перемещается вдоль оси шнека вверх. Шнековый способ бурения наиболее подходит для бурения неглубоких скважин в рыхлых и мягких породах. Шнековым способом бурят скважины 30-50 м.

Бурение скважины роторным способом

При роторном способе бурения скважины порода разрушается с помощью вращающегося бура. Вращение на бур передается от ротора, расположенного на поверхности, с помощью колонны бурильных труб. Роторный способ позволяет бурить скважины диаметром от 76 мм до 215 мм. При использовании долот различного диаметра роторный способ позволяет бурить внутри обсадных труб. Чтобы закрепить стенки скважины и предотвратить с обрушения, в скважину опускают обсадные трубы, а дальнейшее бурение проводят долотом меньшего диаметра.

Бурение скважины колонковым способом

Колонковый метод бурения состоит в том, вращающийся бур в форме кольца разрушает породу не по всему сечению забоя а только по краям. Разрушенная порода вымывается промывочной жидкостью, которая нагнетается в колонну буровых труб с помощью насоса. Внутренняя часть (керн) остается внутри труб. Периодически керн отрывают от дна и поднимают на поверхность.

Ударно-канатный способ бурения

Наиболее простой в технологическом плане способ ударно-канатного бурения скважины заключается в том, что буровое долото поднимают на тросе над забоем и затем отпускают. Долото ударяется о дно скважины и разрушает породу, которая затем удаляется с помощью желонки.

3. Буровые установки

Буровая установка - комплекс машин и механизмов, предназначенный для бурения, крепления скважин, а также шахтных стволов. Буровые установки для разведки месторождений полезных ископаемых, разработки месторождений нефти, газа, подземных вод и глубинных геологических исследований по способу монтажа и транспортировки разделяют на разборные (стационарные) и неразборные.

Разборные буровые установки предназначены для сооружения скважин глубиной 2000-10000 г.

Неразборные буровые установки, разделяют на самоходные и несамоходные.

Самоходные буровые установки постоянно смонтированные на транспортном средстве (автомашине, тракторе, самоходной буровой основе, буровом судне).

Несамоходные буровые установки перевозимых на транспортном средстве, не имеет двигателя.

В состав буровой установки могут входить следующие узлы:

буровые сооружения (буровая вышка, основание, укрытие);

буровые механизмы (буровая лебедка, вращательное или вращательно-подающий механизм);

энергетическое оборудование (двигатели внутреннего сгорания, дизель-генераторная станция, преобразователи энергии, электро-, гидродвигатели);

оборудование для работы с жидкими, газожидкостным и газообразными очистными агентами (буровой насос, компрессор, резервуар, машины и механизмы для приготовления, очистки и обработок буровых агентов, трубопроводы, буровые шланги и вертлюг);

оборудование и буровой инструмент для механизации спусковую-подъемных операций (ключи, клиновые захваты, элеваторы, спайдеры);

противовыбросовое оборудование;

система управления буровой установки и контрольно-измерительные приборы.

Цикл строительства скважины

В цикл строительства скважины входят:

подготовительные работы;

монтаж вышки и оборудования;

подготовка к бурению;

процесс бурения;

крепление скважины обсадными трубами и ее тампонаж;

вскрытие пласта и испытание на приток нефти и газа.

В ходе подготовительных работ выбирают место для буровой, прокладывают подъездную дорогу, подводят системы электроснабжения, водоснабжения и связи. Если рельеф местности неровный, то планируют площадку.

Монтаж вышки и оборудования производится в соответствии с принятой для данных конкретных условий схемой их размещения. Оборудование стараются разместить так, чтобы обеспечить безопасность в работе, удобство в обслуживании, низкую стоимость строительно-монтажных работ и компактность в расположении всех элементов буровой.

В общем случае (рис. 24) в центре буровой вышки 1 располагают ротор 3, а рядом с ним - лебедку 2. За ней находятся буровые насосы 19, силовой привод 18, площадка горюче-смазочных материалов 11, площадка для хранения глинопорошка и химреагентов 9 и глиномешалка 17. С противоположной стороны от лебедки находится стеллаж мелкого инструмента 14, стеллажи 5 для укладки бурильных труб 4, приемные мостки 12, площадка отработанных долот 7 и площадка ловильного инструмента 10 (его используют для ликвидации аварий). Кроме того, вокруг буровой размещаются хозяйственная будка 8, инструментальная площадка 6, очистная система 15 для использованного бурового раствора и запасные емкости 16 для хранения бурового раствора, химических реагентов и воды.

Рисунок 1 - Типовая схема размещения оборудования,

инструмента, запасных частей и материалов на буровой:

1 - буровая вышка; 2 - лебедка; 3 - ротор; 4 - бурильные трубы;

5 - стеллажи; 6 - инструментальная площадка; 7 - площадка отработанных

долот; 8 - хозяйственная будка; 9 - площадка глинохозяйства; 10 - площадка

ловильного инструмента; 11 - площадка горюче-смазочных материалов;

12 - приемные мостки; 13 - верстак слесаря; 14 - стеллаж легкого инструмента;

15 - очистная система; 16 - запасные емкости; 17 - глиномешалка;

18 - силовой привод; 19 - насосы

Различают следующие методы монтажа буровых установок: поагрегатный, мелкоблочный и крупноблочный.

При поагрегатном методе буровая установка собирается из отдельных агрегатов, для доставки которых используется автомобильный, железнодорожный или воздушный транспорт.

При мелкоблочном методе буровая установка собирается из 16...20 мелких блоков. Каждый из них представляет собой основание, на котором смонтированы один или несколько узлов установки.

При крупноблочном методе установка монтируется из 2...4 блоков, каждый из которых объединяет несколько агрегатов и узлов буровой.

Блочные методы обеспечивают высокие темпы монтажа буровых установок и качество монтажных работ. Размеры блоков зависят от способа, условий и дальности их транспортировки.

После этого последовательно монтируют талевый блок с кронблоком, вертлюг и ведущую трубу, присоединяют к вертлюгу напорный рукав. Далее проверяют отцентрированность вышки: ее центр должен совпадать с центром ротора.

Подготовка к бурению включает устройство направления I (рис. 2) и пробный пуск буровой установки.

Рис. 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.

Назначение направления описано выше. Его верхний конец соединяют с очистной системой, предназначенной для очистки от шлама бурового раствора, поступающего из скважины, и последующей подачи его в приемные резервуары буровых насосов.

Затем бурится шурф для ведущей трубы и в него спускают обсадные трубы.

Буровая комплектуется долотами, бурильными трубами, ручным и вспомогательным инструментом, горюче-смазочными материалами, запасом воды, глины и химических реагентов. Кроме того, недалеко от буровой располагаются помещение для отдыха и приема пищи, сушилка для спецодежды и помещение для проведения анализов бурового раствора.

В ходе пробного бурения проверяется работоспособность всех элементов и узлов буровой установки.

Процесс бурения начинают, привинтив первоначально к ведущей трубе квадратного сечения долото. Вращая ротор, передают через ведущую трубу вращение долоту.

Во время бурения происходит непрерывный спуск (подача) бурильного инструмента таким образом, чтобы часть веса его нижней части передавалась на долото для обеспечения эффективного разрушения породы.

В процессе бурения скважина постепенно углубляется. После того как ведущая труба вся уйдет в скважину, необходимо нарастить колонну бурильных труб. Наращивание выполняется следующим образом. Сначала останавливают промывку. Далее бурильный инструмент поднимают из скважины настолько, чтобы ведущая труба полностью вышла из ротора. При помощи пневматического клинового захвата инструмент подвешивают на роторе. Далее ведущую трубу отвинчивают от колонны бурильных труб и вместе с вертлюгом спускают в шурф - слегка наклонную скважину глубиной 15... 16 м, располагаемую в углу буровой. После этого крюк отсоединяют от вертлюга, подвешивают на крюке очередную, заранее подготовленную трубу, соединяют ее с колонной бурильных труб, подвешенной на роторе, снимают колонну с ротора, опускают ее в скважину и вновь подвешивают на роторе. Подъемный крюк снова соединяют с вертлюгом и поднимают его с ведущей трубой из шурфа. Ведущую трубу соединяют с колонной бурильных труб, снимают последнюю с ротора, включают буровой насос и осторожно доводят долото до забоя. После этого бурение продолжают.

При бурении долото постепенно изнашивается и возникает необходимость в его замене. Для этого бурильный инструмент, как и при наращивании, поднимают на высоту, равную длине ведущей трубы, подвешивают на роторе, отсоединяют ведущую трубу от колонны и спускают ее с вертлюгом в шурф. Затем поднимают колонну бурильных труб на высоту, равную длине бурильной свечи, подвешивают колонну на роторе, свечу отсоединяют от колонны и нижний конец ее устанавливают па специальную площадку - подсвечник, а верхний -на специальный кронштейн, называемый пальцем. В такой последовательности поднимают из скважины все свечи. После этого заменяют долото и начинают спуск бурильного инструмента. Этот процесс осуществляется в порядке, обратном подъему бурильного инструмента из скважины.

Крепление скважины обсадными трубами и ее тампонаж осуществляются согласно схемы, приведенной на рис. 1. Целью тампонажа затрубного пространства обсадных колонн является разобщение продуктивных пластов.

Хотя в процессе бурения продуктивные пласты уже были вскрыты, их изолировали обсадными трубами и тампонированием, чтобы проникновение нефти и газа в скважину не мешало дальнейшему бурению. После завершения проходки для обеспечения притока нефти и газа продуктивные пласты вскрывают вторично перфорационным способом. После этого скважину осваивают, т.е. вызывают приток в нее нефти и газа. Для чего уменьшают давление бурового раствора на забой одним из следующих способов:

промывка - замена бурового раствора, заполняющего ствол скважины после бурения, более легкой жидкостью - водой или нефтью;

поршневание (свабирование) - снижение уровня жидкости в скважине путем спуска в насосно-компрессорные трубы и подъема на стальном канате специального поршня (сваба). Поршень имеет клапан, который открывается при спуске и пропускает через себя жидкость, заполняющую НКТ. При подъеме же клапан закрывается, и весь столб жидкости, находящийся над поршнем, выносится на поверхность.

От использовавшихся прежде способов уменьшения давления бурового раствора на забой, продавливания сжатым газом и аэрации (насыщения раствора газом) в настоящее время отказались по соображениям безопасности.

Таким образом, освоение скважины в зависимости от конкретных условий может занимать от нескольких часов до нескольких месяцев.

После появления нефти и газа скважину принимают эксплуатационники, а вышку передвигают на несколько метров для бурения очередной скважины куста или перетаскивают на следующий куст.

бурение скважина пласт порода

4. Промывка скважин

Промывка скважин - одна из самых ответственных операций, выполняемых при бурении. Первоначально назначение промывки ограничивалось очисткой забоя от частичек выбуренной породы и их выносом из скважины, а также охлаждением долота. Однако по мере развития бурового дела функции бурового раствора расширились. Теперь сюда входят:

1. вынос частиц выбуренной породы из скважины;

2. передача энергии турбобуру или винтовому двигателю;

3. предупреждение поступления в скважину нефти, газа и воды;

4. удержание частичек разбуренной породы во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции;

5. охлаждение и смазывание трущихся деталей долота;

6. уменьшение трения бурильных труб о стенки скважины;

7. предотвращение обвалов пород со стенок скважины;

8. уменьшение проницаемости стенок скважины, благодаря коркообразованию.

9. Соответственно буровые растворы должны удовлетворять ряду требований:

10. выполнять возложенные функции;

11. не оказывать вредного влияния на бурильный инструмент и забойные двигатели (коррозия, абразивный износ и т.д.);

12. легко прокачиваться и очищаться от шлама и газа;

13. быть безопасными для обслуживающего персонала и окружающей среды;

14. быть удобными для приготовления и очистки;

15. быть доступными, недорогими, допускать возможность многократного использования.

5. Осложнения, возникающие при бурении

В процессе проводки скважины возможны разного рода осложнения, в частности: обвалы пород, поглощения промывочной жидкости, нефте-, газо- и водопроявления, прихваты бурильного инструмента, аварии, искривление скважин.

Обвалы пород

Обвалы пород возникают вследствие их неустойчивости (трещиноватости, склонности разбухать под влиянием воды). Характерными признаками обвалов являются:

значительное повышение давления на выкиде буровых насосов;

резкое повышение вязкости промывочной жидкости;

вынос ею большого количества обломков обвалившихся пород и т.п.

Поглощения промывочной жидкости

Поглощение промывочной жидкости - явление, при котором жидкость, закачиваемая в скважину, частично или полностью поглощается пластом. Обычно это происходит при прохождении пластов с большой пористостью и проницаемостью, когда пластовое давление оказывается меньше давления столба промывочной жидкости в скважине.

Интенсивность поглощения может быть от слабой до катастрофической, когда выход жидкости на поверхность полностью прекращается.

Для предупреждения поглощения применяют следующие методы:

1. промывка облегченными жидкостями;

2. ликвидация поглощения закупоркой каналов, поглощающих жидкость (за счет добавок в нее инертных наполнителей - асбеста, слюды, рисовой шелухи, молотого торфа, древесных опилок, целлофана; заливки быстросхватывающихся смесей и т.д.);

3. повышение структурно-механических свойств промывочной жидкости (добавкой жидкого стекла, поваренной соли, извести и т.п.).

Нефте-, газо- и водопроявления

Газо-, нефте- и водопроявления имеют место при проводке скважин через пласты с относительно высоким давлением, превышающим давление промывочной жидкости. Под действием напора воды происходит ее перелив или фонтанирование, а под действием напора нефти или газа - непрерывное фонтанирование или периодические выбросы.

К мероприятиям, позволяющим избежать газо-, нефте- и водопроявлений, относятся: правильный выбор плотности промывочной жидкости; предотвращение понижения ее уровня при подъеме колонны бурильных труб и при поглощении жидкости.

Прихваты бурильного инструмента

Прихваты бурильного инструмента возникают по следующим причинам: образование на стенках скважины толстой и липкой корки, к которой прилипает бурильный инструмент, находящийся без движения; заклинивание бурильного инструмента в суженных частях ствола или при резких искривлениях скважины, при обвалах неустойчивых пород, при осаждении разбуренной породы в случае прекращения циркуляции.

Ликвидация прихватов - сложная и трудоемкая операция. Поэтому необходимо принимать все возможные меры, чтобы их избежать.

Аварии

Аварии, возникающие при бурении, можно разделить на четыре группы:

1. аварии с долотами (отвинчивание долота при спуске инструмента вследствие недостаточного его закрепления, слом долота в результате перегрузки и т.д.);

2. аварии с бурильными трубами и замками (слом трубы по телу; срыв резьбы труб, замков и переводников и т.д.);

3. аварии с забойными двигателями (отвинчивание; слом вала или корпуса и т.д.);

4. аварии с обсадными колоннами (их смятие; разрушение резьбовых соединений; падение отдельных секций труб в скважину и т.д.).

Для ликвидации аварий применяют специальные ловильные инструменты: шлипс, колокол, метчик, магнитный фрезер, паук и другие. Однако лучше всего предотвращать аварии, строго соблюдая правила эксплуатации оборудования, своевременно осуществляя его дефектоскопию, профилактику и замену.

6. Искривление скважин

При бурении вертикальных скважин вращательным способом часто встречается самопроизвольное искривление скважин, т.е. отклонение их ствола от вертикального. Искривление вертикальных скважин влечет за собой ряд проблем: нарушение запланированной сетки разработки нефтяных и газовых месторождений, повышенный износ бурильных труб, ухудшение качества изоляционных работ, невозможность использования штанговых насосов при эксплуатации скважин и т.д.

Причинами искривления скважин являются геологические, технические и технологические факторы. К геологическим - относятся наличие в разрезе скважин крутопадающих пластов; частая смена пород различной твердости; наличие в породах, через которые проходит скважина, трещин и каверн. Техническими факторами, способствующими искривлению скважин, являются несовпадение оси буровой вышки с центром ротора и осью скважины; наклонное положение стола ротора; применение искривленных бурильных труб и т.д. К технологическим факторам, обуславливающим искривление скважин, относятся создание чрезмерно высоких осевых нагрузок на долото; несоответствие типа долота, количества и качества промывочной жидкости характеру проходимых пород.

В соответствии с перечисленными факторами принимаются меры по предотвращению искривления скважин. В сложных геологических условиях применяется особая компоновка низа бурильной колонны, включающая калибраторы и центраторы. Кроме того, необходимо: монтаж оборудования проводить в соответствии с техническими условиями; тип долота выбирать соответственно типу пород; снижать нагрузку на долото и т.д.

Заключение

Итак, добыча нефти играет очень важную роль в жизни общества и каждого человека в частности.

Издавна добычу нефти человек использовал в своих бытовых целях, но в очень малых количествах. С развитием науки, промышленности и техники потребность в них резко возросла. А именно в таких отраслях народного хозяйства: в энергетике, транспорте, тяжелой и легкой промышленности и в быту. В настоящее время ни один процесс производства не проходит без продуктов переработки горючих полезных ископаемых. А чтобы удовлетворить потребность в этих породах человечество изобрело множество способов добычи и переработки. Для улучшения продуктов переработки человек был вынужден больше узнать об их образовании, происхождения, залегания, физические и химические свойства. И в результате этих исследований она классифицировала их.

Но ни одна деятельность, которая является результатом добычи и использования нефти не проходит без последствий. И чтобы их не допускать и предупреждать их, нужно: осваивать новые экологически безопасные способы добычи, переработки, альтернативные источники энергии и новые методы нейтрализации вредных веществ после сжигания.

Список литературы

1. Лисичкин С.М., Очерки по истории развития отечественной нефтяной промышленности, М.Л., 2004; Разведочное колонковое бурение, М., 2007;

2. Федюкин В.А., Проходка шахтных стволов и скважин бурением, М., 2000; Огневое бурение взрывных скважин, М., 2002;

3. Волков С.А., Сулакшин С.С., Андреев М.М., Буровое дело, М., 2005;

4. Куличихин Н.И., Воздвиженский Б.И., Разведочное бурение, М., 2006;Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых, М., 2006;

5. Вадецкий Ю.В., Бурение нефтяных и газовых скважин, М., 2007;

6. В.И. Кудинов., Основы нефтегазопромыслового дела, М-И., 2008

Размещено на Allbest.ru