Классификация способов бурения скважин их краткая характеристика

Классификация способов бурения скважин их краткая характеристика

Классификация способов бурения на нефть и газ приведена на рис. 2.

По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее. Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются.

Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.

Рис. 2. Классификация способов бурения скважин на нефть и газ

При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом 1, подвешенным на канате (рис. 3). Буровой инструмент включает также ударную штангу 2 и канатный замок 3. Он подвешивается на канате 4, который перекинут через блок 5, установленный на какой-либо мачте (условно не показана). Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок 6.

1 — долото; 2 — ударная штанга; 3 — канатный замок;
4 — канат; 5 — блок; 6 — буровой станок.

По мере углубления скважины канат удлиняют. Цилиндричность скважины обеспечивается поворотом долота во время работы.

Для очистки забоя от разрушенной породы буровой инструмент периодически извлекают из скважины, а в нее опускают желонку, похожую на длинное ведро с клапаном в дне. При погружении желонки в смесь из жидкости (пластовой или наливаемой сверху) и разбуренных частиц породы клапан открывается и желонка заполняется этой смесью. При подъеме желонки клапан закрывается и смесь извлекается наверх.

По завершении очистки забоя в скважину вновь опускается буровой инструмент и бурение продолжается.

Во избежание обрушения стенок скважины в нее спускают обсадную трубу, длину которой наращивают по мере углубления забоя.

В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин ударное бурение в нашей стране не применяют.

Нефтяные и газовые скважины сооружаются методом вращательного бурения. При данном способе породы дробятся не ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.

Турбобур — это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости. Электробур представляет собой электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности. Винтовой двигатель — это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.

По характеру разрушения горных пород на забое различают сплошное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонковое бурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечения керна — цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.

Все буровые долота классифицируются на три типа:

Источник

Классификация способов бурения

Процесс разрушения породы – бурение – классифицируется по принципу физического воздействия:

Механическое бурение

Разрушение скальной породы происходит под воздействием разрушающего инструмента — бура. Достоинствами данного вида бурения являются возможность отбора образцов для изучения геологического разреза, бурение скважин в заданном направлении.

Недостаток — быстрый износ рабочих поверхностей буров, приводящий к необходимости его частой замены.

Горизонтальное бурение

Метод горизонтально направленного бурения предназначен для управляемого прокладывания коммуникаций без разработки траншей, основан на использовании специального оборудования.

Бурение происходит при помощи разрушающего породу наконечника — буровой головки, которая имеет несколько отверстий для подачи в скважину специального раствора.

Буровая головка соединена с гибкой штангой, что позволяет механизатору управлять процессом строительства скважины и обходить подземные препятствия.

Гидродинамическое бурение

Осуществляется при помощи сильного напора струи жидкости, при этом происходит разрушение или растворение породы. В одном случае происходит полное разрушение породы и формирование полой скважины.

Во втором варианте струя жидкости частично разрушает породу, и дальнейшее ее удаление производится долотом. Данный метод применим при разработке мягких и рыхлых пород.

Термическое или огнеструйное бурение

При помощи теплового высокотемпературного воздействия на породу. При этом используется горелка с горящей смесью керосина и кислорода при температуре около 2300 град, под воздействием которой происходит отслаивание частиц породы.

Термомеханическое бурение

При котором порода предварительно нагревается, далее разрушается и удаляется с помощью механического бура.

Электротермическое бурение

Разработано для применения в условиях вечной мерзлоты в Антарктиде. Электротермобуром делают скважины глубиной до 1000 м.

Взрывное бурение

Разрушение породы при данном способе происходит под действием направленного взрыва. Капсулы с взрывчатым веществом подаются в забой по трубам с водой. При ударе они взрываются, и разрушенная порода вместе с водой подается наружу.

Электрофизическое бурение

Комбинированный способ с использованием электрического тока для непосредственного разрушения горных пород.

Различают электрогидравлический метод (создание высоковольтного разряда в воде – искры) и электроимпульсный (использование разницы электрического сопротивления породы и заливаемой в скважину жидкости, и подача тока высокого напряжения).

Источник

Классификация способов бурения

Классификация способов бурения на нефть и газ приведена на рис. 6.2.

По способу воздействия на горные породы различают меха­ническое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную поро­ду, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее. Немеханические способы (гидравлический, термический, электро­физический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются.

Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.

В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин ударное бурение в нашей стране не применяют.

Нефтяные и газовые скважины сооружаются методомвращательного бурения. При данном способе породы дробятся не ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.

Турбобур — это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости Электробур представляет собой электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности.Винтовой двигатель — это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращатель­ного движения использован винтовой механизм.

По характеру разрушения горных пород на забое различают сплошное и колонковое бурение. Присплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя.Колонковое бурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечениякерна — цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.

Всебуровые долота классифицируются на три типа:

1) долота режуще-скалывающего действия, разрушающие породу лопастями (лопастные долота);

2) долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями, расположенными на шарошках (шарошечные долота);

3) долота режуще-истирающего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, которые расположены в торцевой части долота (алмазные и твердосплавные долот

.

Буровое и промысловое оборудование

Бурение — это процесс сооружения скважины путем разрушения горных пород.

Бурение скважин осуществляется с помощью буровых установок, оборудования и инструмента.

Буровая установка — это комплекс наземного оборудования, необходимый для выполнения операций по проводке скважины. В состав буровой установки входят (рис. 6.4):

1. — буровая вышка;

2. — оборудование для механизации спуско-подъемных операций;

3. — наземное оборудование, непосредственно используемое при бурении;

4. — силовой привод;

5. — циркуляционная система бурового раствора;

6. — привышечные сооружения( насосная, трансформаторная, стенд для труб и т. д.)

1.Буровая вышка — это сооружение над скважиной для спуска и подъема бурового инструмента, забойных двигателей, бурильных и обсадных труб, размещения бурильных свечей (соединение двух-трех бурильных труб между собой длиной 25. 36 м) после подъема их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и атмосферных осадков.

Различают два типа вышек: башенные (рис. 6.5) и мачтовые . Их изготавливают из труб или прокатной стали.

Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А-образные). Последние наиболее распространены.

А-образные вышки более трудоемки в изготовлении и поэтому более дороги. Они менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и затем монтировать.

Рис. 6.4 Схема бурения скважины

Рис. 6.5 Башенная и мачтовая буровые вышки

Высота вышки определяет длину свечи, которую можно извлечь из скважины и от величины которой зависит продолжительность спускоподъемных операций. Чем больше длина свечи, тем на меньшее число частей необходимо разбирать колонну бурильных труб при смене бурового инструмента. Сокращается и время последующей сборки колонны. Поэтому с ростом глубины бурения высота и грузоподъемность вышек увеличиваются. Так, для бурения скважин на глубину 300. 500 м используется вышка высотой 16. 18 м, глубину 2000. 3000 м — высотой — 42 м и на глубину 4000. 6500 м — 53 м.вышки.

Буровая установка(рисунок виден при распечатывании)

1-вышка, 2-крон-блок, 3-вертлюг, 4-буровая лебедка, 5-буровой насос, 6-вспомогательная лебедка , 7-ротор, 8-пневмоключ, 9-приемные мостки, 10-пневмокомпресор, 11-электрораспределительное устройство,

12-циркуляционная система, 13-блок приготовления бурового раствора, 14-подпорный насос, 15,16- обсадные и бурильные трубы, 17- долото, 18-талевая система.

Источник

КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ И ИХ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Для бурения шпуров и скважин применяют разнообразные бурильные молотки, буровые каретки, станки и установки. Ис­пользуются разные принципы воздействия бурового инструмента на забой и очистки скважин или шпуров при бурении от продук­тов разрушения. При всех способах при бурении выполняются следующие основные операции: подготовка и установка буриль­ной машины для начала работ, бурение (разрушение породы) с очисткой забоя скважины от продуктов разрушения (буровой мелочи) наращивание бурового става для достижения требуемой глубины бурения и его разборка после окончания работ, смена из­ношенного бурового инструмента и передвижение машины на новую точку бурения.

В настоящее время на карьерах применяют вращательный и ударные (ударно-поворотный, ударно-вращательный и враща­тельно-ударный) способы бурения шпуров и скважин, которые иногда называют механическими способами бурения, а также ог­невое расширение скважин. Кроме перечисленных способов, про­водятся опытные работы по применению взрывного, электроим­пульсного разрушения пород при бурении, а также различных видов комбинированного бурения: ударно-шарошечного, магнитно-стрикционного, режуще-шарошечного и термошарошечного.

При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважины и одновременно с определенным усилием подается на забой. Величина усилия задается из расчета превышения предела прочности породы на вдавливание на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходят последовательное скалывание частиц породы с забоя и углубление инструмента по винтовой ли­нии. Продукты разрушения удаляются механическим способом с помощью витых штанг (при бурении шпуров), шнеков (при бу­рении скважин), промывкой забоя водой или продувкой возду­хом.

К вращательным способам бурения относятся: бурение шпу­ров резцами с помощью ручных и колонковых сверл; бурение скважин резцами (долотами режуще-скалывающего действия); бурение алмазным инструментом; дробовое бурение.

На карьерах применяют только вращательное бурение скважин с механическим удалением продуктов разрушения штангами-шнеками, вследствие чего этот способ бурения иногда называют шнековым.

При ударном бурении инструмент наносит удар по забою и разрушает породу под лезвием. После каждого удара инстру­мент поворачивается на некоторый угол, обеспечивая таким об­разом получение круглого сечения шпура или скважины. Разли­чают следующие виды ударного бурения.

Ударно-поворотное бурение бурильными молот­ками, при котором инструмент поворачивается только в проме­жутках между ударами специальным поворотным устройством. К ударно-поворотному относится и ударно-канатное бурение скважин.

У д а р н о — в р а щ а т е л ь н о е бурение погружными пневмоударниками и бурильными молотками с независимым вра­щением, при котором удары наносятся по непрерывно вращающе­муся инструменту. Разрушение породы при отмеченных двух спо­собах бурения происходит только за счет его внедрения при уда­рах.

Вращательное ударное бурение специальными ма­шинами, при котором удары наносятся по непрерывно вращающе­муся под большим осевым усилием инструменту. Разрушение про­исходит как за счет внедрения инструмента при ударах, так и за счет скола породы при вращении инструмента.

Бурение шарошечными долотами относится к ударному при долотах чистого качения и к вращательно-ударному при долотах, в которых зубья наряду с перекатыванием по забою срезают ее скользящим движением (долота со скольжением).

При огневом бурении разрушение породы происходит в резуль­тате термонапряжений, возникающих при быстром нагреве по­верхности породы потоками раскаленных газов (I = 2000 °С), вылетающих из сопел горелки со скоростью 2000 м/с и более.

Горелки при бурении охлаждаются водой или воздухом.

При взрывном бурении разрушение породы происходит последо­вательными взрывами на забое скважины небольших зарядов ВВ.

Для промышленного внедрения взрывного бурения нужно решить ряд сложных технических вопросов экологии и безопасности работ на станках.

При электроимпульсном бурении разрушение пород проис­ходит за счет электрического пробоя участка забоя скважины высоковольтным (до 200 кВ) разрядом. Мгновенно выделяемая энергия в канале пробоя разрушает породу, которую с забоя удаляют потоком диэлектрика, циркулирующего в скважине (соляровое масло, вода и т. п.).

При ударно-шарошечном бурении над шарошечным долотом устанавливается пневмоударник, который наносит удары с часто­той 1000—2000 в минуту по долоту, увеличивая в 1,3—1,6 раза чистую скорость бурения по сравнению с обычным шарошечным.

При магнитострикционном бурении над шарошечным доло­том устанавливается магнитостриктор мощностью 60 кВт, с по­мощью которого под действием электрического тока частотой 400 Гц — е такой же частотой и с амплитудой

1_,5 мм на долото накладываются вибрационные нагрузки. При этом значительно возрастает чистая скорость бурения, особенно при уменьшенных на 25—30 % значениях осевого усилия. Наибольший эффект можно получить в крепких монолитных породах.

При режуще-шарошечном бурении разрушение происходит резцами и шарошками одновременно или попеременно: в мягких породах резцами, а в крепких — шарошками. Этот способ бурения особенно эффективен в перемежающихся по крепости породах и при наличии в мягких породах крепких включений.

При термошарошечном бурении разрушение шарошками производится предварительно ослабленной огневым воздействием породы. Реализация этого способа затруднена из-за высоких тем­ператур на забое, при которых на нем работают шарошки.

Источник