Бурение скважины
Процесс искусственного образования в массиве выработки небольшого круглого сечения (скважины).
Процесс бурения скважины заключается в последовательном разрушении поверхности забоя скважины и извлечения продуктов разрушения на поверхность.
Бурение скважины — сложный технологический процесс строительства ствола буровых скважин, состоящий из следующих основных операций:
- углубление скважины посредством разрушения горных пород буровым инструментом;
- удаление выбуренной породы из скважины;
- крепление ствола скважины в процессе ее углубления обсадными колоннами;
- проведение комплекса геолого-геофизических работ по исследованию горных пород и выявлению продуктивных горизонтов;
- спуск на проектную глубину и цементирование последней (эксплуатационной) колонны.
Выделяют 4 категории бурения скважины в зависимости от их глубин:
- мелкое бурение- до 1500 м;
- бурение на средние глубины — до 4500 м;
- глубокое бурение — до 6000 м;
- сверхглубокое бурение — глубже 6000 м.
По характеру разрушения горных пород различают механические и немеханические способы бурения.
Механические способы бурения:
- вращательные (роторное, турбинное, реактивно-турбинное, с использованием электробура и винтовых забойных двигателей) — горная порода разрушается в результате вращения прижатого к забою породоразрушающего инструмента (бурового долота);
- ударные
- ударно-поворотное — удары по забою производятся периодически поворачивающимся буровым инструментом;
- ударно-вращательное — удары наносятся по непрерывно вращающемуся буровому инструменту;
- вращательно-ударное — буровой инструмент находится под большой осевой нагрузкой в постоянном контакте с забоем скважины и разрушает горную породу в результате вращения и периодически наносимых по инструменту ударов.
Немеханические способы бурения (разрушение горной породы происходит без непосредственного контакта ее с инструментом):
- термические (огнеструйное, плазменное, лазерное)
- взрывные
- электрические (электроимпульсное, электрогидравлическое, электромагнитное)
- ультразвуковое и т.д.
Немеханические способы при бурении скважины на нефть и газ пока не нашли широкого промышленного применения.
В качестве породоразрушающего инструмента при бурении скважины на нефть и газ используются буровые долота.
В процессе бурения мелких скважин выбуренную породу поднимают с забоя при помощи желонок (периодический процесс) или используя шнеки, витые штанги, циркуляцию газа, жидкости, раствора (непрерывный процесс).
При глубоком бурении на нефть и газ забой скважин обычно очищается от выбуренной породы потоком непрерывно циркулирующей промывочной жидкости (бурового раствора); реже производится продувка забоя газообразным рабочим агентом.
В процессе бурения ствол скважины отклоняется от вертикали, что является следствием геологических условий (угол залегания пластов, твердые включения, тектонические нарушения и др.), а также технических и технологических причин (плохая центровка вышки, перекос в бурильной колонне, большая осевая нагрузка и др.). Искривление ствола скважины происходит при любом способе бурения. Современный уровень техники позволяет бурить вертикальные скважины с углом отклонения ствола от вертикали не более 2-3°.
При разведке и эксплуатации залежей нефти и газа, которые находятся под участками, недоступными для установки бурового оборудования, а также для лучшего вскрытия залежи и в ряде других случаев используется искусственное искривление ствола скважины в заданном направлении (наклонное бурение: наклонно-направленное, кустовое, многозабойное, двухствольное).
Источник
2. Немеханических способов бурения
Из немеханических способов бурения известны следующие физико-механические способы: огневой, взрывной, электроимпульсный, гидравлический. Огневое бурение не зависит от крепости буримых пород. Разрушение происходит в результате появления термонапряжений в поверхностном слое породы под действием раскаленных струй газов при температуре более 2000°, вылетающих из сопел горелок со скоростью более 2000 м/с. Этим способом хорошо разрушаются кварцсодержащие породы, поскольку коэффициент линейного теплового расширения у кварца намного меньше, чем у большинства других породообразующих минералов.
Топливом при огневом бурении служит бензин или керосин, а окислителем – сжатый воздух.
При взрывном бурении порода разрушается на забое в результате взрывания’ зарядов ВВ, последовательно подаваемых на забой. Известны два варианта взрывного бурения. При первом варианте (патронное бурение) заряды твердых ВВ, снабженные детонаторами ударного действия, подают на забой по трубам потоком сжатого воздуха, поступающего от компрессора.
Во втором варианте (струйное взрывное бурение) на забой непрерывно подают жидкие компоненты ВВ (горючее и окислитель). В формирующийся заряд (с частотой от 1 до 1000 мин -1 и более) с помощью электромагнитного клапана подают небольшое количество инициирующего состава.
Практического значения взрывной способ бурения шпуров не имеет, так как коэффициент использования энергии ВВ на разрушение породы низок, при работе взрывного бура образуется значительное количество ядовитых газов, а также затруднено бурение в обводненных и трещиноватых породах.
Не вышли за рамки исследований и не получили промышленного распространения такие физико-механические способы бурения, как электрический, ультразвуковой, электрогидравлический, струями воды под высоким давлением (гидравлический), плазменный и др.
Известны также и комбинированные способы бурения скважин. Например, ударно-шарошечные долота представляют собой комбинацию погружного пневмоударника и шарошечных долот. К комбинированному относят режуще-шарошечный инструмент для бурения перемежающихся по крепости пород; долота, работающие по термомеханическому способу, и др. Но все они не имеют широкого практического использования и совсем не применяются для бурения шпуров.
Источник
Немеханические способы бурения это
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
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
