Цикл строительства скважин
Практическое занятие №5.
Тема:Бурение и заканчивание скважин.
План:
1. История развития бурения скважин
2. Цикл строительства скважин
3. Виды бурения
4. Заканчивание скважин
Цель: Освоить технологию бурения и заканчивание скважин.
Контрольные вопросы:
1. В заключается процесс заканчивание скважин?
2. Из чего состоит эрлифт?
3. Какие виды бурения вы знаете?
4. Что включает в себя цикл строительства скважины?
5. В чем суть вращательного бурения?
Глоссарий:
Свабирование - снижение уровня жидкости в скважине путем спуска в насосно-компрессорные трубы и подъема на стальном канате специального поршня (сваба).
Вращательный способ бурения - механическое бурение, при котором
разрушающее усилие создаётся непрерывным вращением породоразрушающего инструмента с приложением осевой нагрузки.
Бурение — процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники — бурового оборудования.
Освоение скважин - комплекс работ по вызову притока пластового флюида из продуктивных горизонтов на поверхность с целью достижения проектной производительности скважины.
История развития бурения скважин.
Первые скважины в истории человечества бурили ударно-канатным способом за 2000 лет до нашей эры для добычи рассолов в Китае.
До середины 19 века нефть добывалась в небольших количествах, в основном из неглубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на дневную поверхность.
Исследованиями последних лет установлено, что первая скважина на нефть была пробурена ручным вращательным способом на Апшеронском полуострове (Россия) в 1847 г. по инициативе В.Н. Семенова. В США первая скважина на нефть (25м) была пробурена в Пенсильвании Эдвином Дрейком в 1959 г. Этот год считается началом развития нефтедобывающей промышленности США. Рождение российской нефтяной промышленности принято отсчитывать от 1964 г., когда на Кубани в долине реки Кудако А.Н. Новосильцев начал бурить первую скважину на нефть (глубиной 55 м) с применением механического ударно-канатного бурения.
На рубеже 19-20 веков были изобретены дизельный и бензиновый двигатели внутреннего сгорания. Внедрение их в практику привело к бурному развитию мировой нефтедобывающей промышленности.
В 1901 г в США впервые было применено вращательное роторное бурение с промывкой забоя циркулирующим потоком жидкости. Необходимо отметить, что вынос выбуренной породы циркулирующим потоком воды изобрел в 1848 г. французский инженер Фовелль и впервые применил этот способ при бурении артезианской скважины в монастыре св. Доминика. В Росси роторным способом первая скважина была пробурена в 1902 г. на глубину 345 м в Грозненском районе.
Цикл строительства скважин
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. 1) 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.
Рис. 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 ицементном 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.
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.
Способы бурения
Существует 14 основных способов бурения. К ним относятся:
· Вращательный - механическое бурение, при котором разрушающее усилие создаётся непрерывным вращением породоразрушающего инструмента с приложением осевой нагрузки
· Роторный - вращательное бурение, при котором буровой снаряд вращается станком с вращателем роторного типа
· Турбинный - вращательное бурение, при котором породоразрушающий инструмент вращается турбобуром
· Объёмный - вращательное бурение, при котором породообразующий инструмент вращается винтовым (объёмным) двигателем
· Электробуром - вращательное бурение, при котором породоразрушающий инструмент вращается электробуром
· Алмазный - вращательное бурение, при котором горная порода разрушается породоразрушающим инструментом, армированным алмазами
· Твердосплавный - вращательное бурение, при котором горная порода разрушается породоразрушающим инструментом, армированным твёрдыми сплавами
· Дробовой - вращательное бурение, при котором горная порода разрушается дробью.
· Ударный - механическое бурение, при котором разрушающее усилие создаётся воздействием ударов породоразрушающего инструмента
· Ударно-канатный - ударное бурение, при котором возвратно-поступательное движение, создаваемое станком, передаётся породоразрушающему инструменту канатом
· Ударно-вращательный - механическое бурение, при котором разрушающее усилие создаётся в результате совместного воздействия ударов и вращения породоразрушающего инструмента
· Гидроударный - ударно-вращательное бурение, при котором удары сообщаются породоразрушающему инструменту гидроударником
· Гидродинамический - бурение, при котором горная порода разрушается высоконапорной струёй жидкости
· Химический - бурение, при котором горная порода разрушается под действием реагентов, вступающих с ней в химическую реакцию.
Заканчивание скважин
Освоение скважин в совокупности с некоторыми другими видами работ (вскрытие пласта и крепление призабойной зоны, перфорация, вызов и интенсификация притока (оттока флюида) называют заканчиванием скважин.
Освоение скважин - комплекс работ по вызову притока пластового флюида из продуктивных горизонтов на поверхность с целью достижения проектной производительности скважины.
Освоение скважин проводится после вскрытия пласта и проведения работ, связанных с монтажом наземного и скважинного оборудования. При эксплуатации скважиной нескольких продуктивных горизонтов освоение скважин проводят последовательно, в основном сверху вниз. Освоение скважин осуществляется посредством снижения давления столба промывочной жидкости в скважине ниже пластового; при этом создается депрессия на пласт, благодаря которой и происходит вызов притока пластового флюида. Для этого в случае, когда пластовое давление выше гидростатического, заменяют тяжёлую промывочную жидкость на воду, а затем (если нет притока флюида) на нефть (газовый конденсат). Если пластовое давление не превышает гидростатическое, а пласт хорошо проницаем и незагрязнён, освоение скважин достигается снижением уровня жидкости следующими способами: газированием промывочной жидкости воздухом (эрлифт) или газом (газлифт), а также свабированием и откачкой жидкости насосом. В случае низкой проницаемости или сильной загрязнённости пласта перед освоением скважин выполняют работы по интенсификации притока пластового флюида в скважину. Если пластовое давление значительно ниже гидростатического, работы по освоению скважин проводят с использованием поверхностно-активных веществ. При положительных результатах освоения скважину, после испытания на различных режимах, передают в эксплуатацию.
При заканчивании скважины выполняют следующие работы: вскрытие водоносного пласта, разглинизацию и установку фильтра, строительную и опытную откачку, дезинфекцию скважины.
При сооружении скважины, эксплуатирующей неустойчивые песчаные пласты с помощью фильтра, ее освоение заключается в формировании естественного фильтра.
Освоение скважины с помощью эрлифта - основной способ заканчивания водозаборных скважин, основанный на разрушении и выносе частиц глинистой корки и мелких фракций песка из прифильтровой зоны в ствол скважины сжатым воздухом.
Эрлифт - воздушный подъемник - состоит из двух металлических колонн, одна из которых служит для подъема воды на поверхность, а другая - для подачи воздуха в скважину.
При освоении скважины свабом можно на любой глубине достигать быстрого притока жидкости из пласта (даже при вакууме), в этом случае эффективно разрушается глинизация водоносного слоя.
Свабирование производят с помощью поршневого устройства путем его возвратно-поступательного перемещения. Основной инструмент при свабировании - поршень или плунжер. Диаметр резиновых элементов поршня должен строго соответствовать внутреннему диаметру обрабатываемой части скважины. Сваб снабжен конусообразным резиновым уплотнителем, который при спуске сваба сжимается и сваб погружается в воду, а при подъеме расширяется, плотно прижимаясь к стенке трубы и не пропуская воду.
Свабом разрушают глинистую корку, что способствует формированию естественного фильтра. Обработка скважины заключается в чередовании процессов свабирования и очистки забоя от песка.
При бурении и эксплуатации скважин в ствол, трубы, фильтр и оборудование могут попасть болезнетворные бактерии, поэтому их необходимо дезинфицировать. Дезинфекцию ствола скважины, труб и оборудования производят хлорными растворами, поскольку хлор - сильное окислительное вещество, убивающее бактерии и ускоряющее процесс "сгорания" органических веществ.
Для обеззараживания воды в ствол скважины в контейнере опускают дезинфицирующее вещество, которое растворяется в воде при спуске и подъеме контейнера. Через некоторое время полученный раствор (воды и дезинфицирующего вещества) откачивают.
Тесты:
1) Какой породообразующий инструмент используют по общему назначению для бурения сплошным забоем?
1) Долота;
2) Инструменты специального назначения;
3) Бурильные головки;
4) Алмазные головки;
5) Твердосплавные головки;
1. Чем разрушают глинистую корку?
1) Свабом
2) Долотом
3) Промывкой
4) Все ответы верны
5) Нет правильных ответов.
2. Замена бурового раствора, заполняющего ствол скважины после бурения, более легкой жидкостью - водой или нефтью это…?
1) Эрлифт
2) Освоение скважин
3) Промывка
4) Свабирование
5) Нет правильных ответов.
3. механическое бурение, при котором разрушающее усилие создаётся непрерывным вращением породоразрушающего инструмента с приложением осевой нагрузки это…?
1) Вращательный способ бурения
2) Твердосплавный способ бурения
3) Гидродинамический способ бурения
4) Гидроударный способ бурения
5) Роторный способ бурения
4. Из скольки металлических колонн состоит эрлифт?
1) 2
2) 3
3) 4
4) 5
5) 1
Литература:
1. Котик Е.П., Котик П.Т. Разработка, освоение и эксплуатация морских месторождений .
2. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник по бурению. В 4-х томах -М.: Недра, 1998. Инженера
3. Бабич В.А., Лисагор О.И., Галкин А.Г. Оборудование для бурения инженерно-геологических скважин на море и на шельфе. - Рига: ВНИИМоргео, 1996. - 127 с.
4. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник по бурению. В 4-х томах -М.: Недра, 1998. инженера