Этапы строительства скважины в бурении

Многие не задумываются, как бурят скважину на нефть и для добычи газа, и не знают, насколько это сложный и интересный процесс. Бурению предшествует особая подготовка, в ходе которой могут возникнуть некоторые сложности. Существуют разные типы скважин, как и технологии бурения. На сегодняшний день разработано высокотехнологичное оборудование для создания, но этим процессом управляют не только программные комплексы, но и человек. В этой статье мы расскажем, что такое бурение и каким оно бывает, из каких стадий состоит, какие сложности сопровождают данный процесс, какие ошибки могут допустить специалисты.

Начать стоит с определения. Бурение — это устранение в определенной области слоя почвы, чтобы образовалась скважина для извлечения каких-либо природных ресурсов. Чтобы разрушить породу, необходимо мощное оборудование. Скважиной называют такое отверстие, длина которого намного больше, чем ширина. Дно скважины — это забой, места выхода на поверхность — устье, пространство между ними — ствол.

Этапы организации процесса строительства скважины

Длина ствола и глубина — это не одно и то же. Глубина скважины — это вертикальная проекция от забоя до поверхности земли. Это важно, так как для добычи нефти и газа скважины могут быть наклонными и даже горизонтальными.

Как происходит бурение?

Оно состоит из нескольких этапов:

• подготовка техники, доставка на объект. Техника может прийти своим ходом, приехать на других транспортных средствах и даже прилететь на вертолете, все зависит от степени труднодоступности;
• само бурение. Самая продолжительная стадия — углубление ствола;
• принятие мер против разрушения. Если не останавливать его, то в стволе образуется пробка. Для этого стенки укрепляются, на определенном этапе закладывается армирующая колонна. Чтобы трубы, из которых состоит эта колонна, зафиксировались, их скрепляют с почвой цементом. Это называется тампонирование;
• освоение. После вскрытия нижнего слоя образуется область, которую называют призабойной зоной. Чтобы обеспечить возможность работы на скважине, необходимо перфорировать шахту и наладить систему оттока грунтовых вод.

Подготовка

Включает не только подготовку объекта, но и работу с документацией. Какие именно документы потребуются, зависит от локализации. К примеру, ему это будет разработка лесных земель, то это не получится сделать без вырубки деревьев. А чтобы их вырубить, нужно получить на это разрешение — порубочный паспорт.

Когда все разрешения получены, специалисты приступают к подготовительной деятельности на местности. Сначала составляется план, участок делится на зоны. Затем устраняют все мешающие объекты, обычно это деревья. После этого можно размещать рабочих, а для этого нужно создать жилой поселок. Первая задача рабочих — размещение буровой установки, также нужны фундаменты, на которых будут стоять цистерны с горючими веществами.

Общие понятия о скважине и ее строительстве

В подготовку входит проверка всего оборудования и техники, монтаж электрических линий. Когда все готово, можно устанавливать буровую вышку и поднимать ее на высоту в соответствии с планом разработки.

Перед тем, как приступить к бурению, все оборудование проверят еще раз, весь технологический комплекс должен быть отлажен и работать как часы.

Не считая периода на оформление документов, подготовка на месте займет в среднем 1-5 месяцев. После достижения полной готовности к эксплуатации на объект выезжает комиссия. В ее компетенции определить исправность техники, наличие достаточных знаний у работников, соблюдение техники безопасности. Всегда проверяется устройство приборов освещения, каждый из них должен иметь взрывоустойчивый корпус. При наличии каких-либо замечаний разработка не начнется до их устранения.

На любой буровой площадке всегда присутствуют:

• условия для жизни работников, соответствующие погоде и климату. Обязательно организуется водопровод;
• достаточное количество технических помещений;
• лаборатория, в которой оперативно исследуют грунт и породы, взятые на пробу;
• складские помещения для хранения крупного инвентаря и мелкого оборудования;
• все необходимое для соблюдения техники безопасности и оказания медпомощи.

О технологических особенностях

У разработки нефтяных месторождений есть своя специфика. Для добычи воды можно использовать среднее или даже легкое оборудование, то в данном случае необходима тяжелая техника. Сперва необходимо установить буровую мачту, ее направление должно строго совпадать с осью вышки, которая проходит по центру.

Для соответствия производится центровка, после чего ствол уже будет идти в строго определенном направлении. Чтобы укрепить ствол, закладывается труба, начало заливается цементом определенной фракции. Затем необходимо вновь отцентровать вышку с осью.

Рядом создают еще одну небольшую скважину, ее называют шурф. Туда опускают ведущую трубу в периоды, когда бурение прерывается. Чтобы сделать, пользуются ротором и турбобуром, при использовании последнего нужно собрать подводящую трубу и долото. На вышке будет зафиксирован канат, его предназначение — в управлении скоростью вращения.

В последние дни перед стартом добычи собирается консилиум. На нем присутствуют инженеры-технологи, бурильщики и геологи, другие специалисты. Они обсуждают и оценивают важнейшие моменты, как особенности конкретного объекта, состав породы, которую предстоит бурить, предусматривают возможные проблемы и способы их разрешения.

Если тебе интересны способы добычи других природных ресурсов, обратись к статье “Извлечение цветных металлов по инновационным технологиям”.

Какие бывают скважины?

При создании скважины образуется шахта, специалисты проверяют, содержат ли она нефть и газ. Чтобы это сделать, ствол перфорируют с намерением спровоцировать выход искомого веществ. Пробы отправляются на анализ, а вся техника разбирается. Пробуренное отверстие запечатывают, указывая даты проведения работ.

Размер скважин бывает разным, в начале диаметр может достигать 90 см, ближе к концу диаметр сужается и редко превышает 16 см. Существует классификация по глубине, она определяет разновидности, как:

• небольшие — до 1500 метров;
• средние — 1500-4500 метров;
• углубленные — 4500-600 метров;
• сверхуглубленные — больше 6000 метров.

Чтобы пробурить любую из них, требуется разрушить целостность породы, для этого применяют долото. Оно разбивает пласт на части, которые нужно удалить. Для избавления от раздробленных частей используют буровой раствор.

Возможные сложности

Добыча нефти и газа — процесс непростой, который сопровождается многочисленными проблемами. Как правило, это возникающие технические сложности. Они могут сделать работу более тяжелой или существенно ее замедлить, могут вовсе заставить остановить процесс. Задача геологов, инженеров и других инженеров, специализирующихся на разработках — предусмотреть все сложности и разработать план действий на случай возникновения каждой из них.

Самые распространенные проблемы — это:

• обвалы породы, разрушение ствола;
• впитывание почвой раствора для промывки;
• техническая неисправность оборудования;
• выход из строя шахты;
• ошибки при бурении.

Стенки могут обвалиться, когда работать приходится с нестабильными горными породами. Распознать обвал можно по таким признакам, как рост давления и повышение вязкости промывочного раствора. Еще один верный признак: когда на поверхность начинает выходить больше кусков породы, чем должно.

Раствор должен растворять породу, но иногда он просто впитывается ей. Так происходит, когда жидкость забирает нижележащий пласт. Вероятность повышается при высокой впитываемости и пористой структуре этого пласта. Чтобы скважину не размывало, требуется погрузить в начало трубу, которая проводит раствор в желоб, чтобы тот шел целенаправленно.

Как будут вращаться буровой вал и шпиндель — одинаково или на разных скоростях и частотах, зависит от типа пробиваемой породы и диаметра коронки, служащей для бурения. Скоростью управляют через регулятор, он дозирует нагрузку на коронку. Необходимо создать подходящее давление и на стенки, и на резцы коронки.

Как проектируют?

Бурение скважины начинается на бумаге, когда составляют проект. Он выполняется с чертежами и обязательно включает в себя такие данные:

• характеристики пород. Насколько они плотные и твердые, сколько содержат воды, имеют ли тенденцию к разрушению и осыпанию;
• какая будет глубина и при каком угле наклона;
• сколько будет составлять диаметр в конце. Это необходимо для расчетов, насколько на дне будет ощутимой плотность породы;
• какие технологии будут использоваться, основные мы рассмотрим ниже.

Чтобы решить все эти моменты и определить другие функциональные особенности, проводят геологический анализ.

Способы бурения

Чаще всего используют такие технологии, как:

• ударно-канатная;
• с использованием роторной техники или забойного мотора;
• турбинной технологией;
• с винтовым мотором;
• электрическим буром.

Самый проверенный и практичный метод был назван первым — ударно-канатный. Он предполагает пробивание долотом с конкретной периодичностью. Сила удара формируется весом самого инструмента и утяжеления в виде штанги. Обратное движение выполняется за счет балансира.

При использовании роторной техники бурение осуществляет вращающийся механизм. Ротор устанавливается на устье через трубы, он работает, как вал. Если это небольшая скважина, то будет достаточно шпиндельного двигателя. Привод ротора присоединяется к лебедке и кардану, благодаря этому можно управлять скоростью.

Турбина создает вращающий момент, это воздействие двигателем на колонну, используется гидравлическая энергия. Турбобур создает из энергии гидравлики механическую, она и будет вращать элементы.

Мы рассмотрели, как бурят скважину на нефть, прошлись по всем необходимым работам и способам бурения. Общий вывод такой: главная задача при разработке — передать энергию на долото, чтобы создать движение, направленное на углубление. Отличие технологий в типе энергии и способе ее передачи.

Источник: geekometr.ru

Конструкция нефтяной скважины: схема, устройство, строительство и разработка

Нефтяной промысел — наиважнейшая отрасль промышленности. Нефть и ее производные применяются во всех областях жизни. При этом не имеет значения, где именно она добывается — в родной стране или экспортируется. Добыча нефти происходит благодаря бурению скважин — глубоких цилиндрических стволов, которые пробуривают в пластах горных пород. Нефтяная скважина имеет круглый разрез.

Специфика заключается в том, что бурильщик не может проникнуть в нее, однако, помимо собственно скважины, имеется колодец с шахтой и доступом к ним.

Конструкция нефтяной скважины

Скважины в основной своей массе строятся вертикально, хотя иногда бурение проходит под необходимым углом.

Конструкция состоит из трех отделов:

1. Устье — верхняя часть, необходимая для того, чтобы предотвращать возможные обвалы, разрушения рыхлых пород.
2. Забой — нижняя часть, создана для укрепления колонн на глубине и добычи полезного ископаемого из продуктивного пласта.
3. Ствол — средняя часть, которая уходит вниз, задает путь бурению и удаляет разрушенные породы из скважины.

Строительство скважины происходит в несколько шагов:

1. Буровая установка заглубляет ствол скважины благодаря разрушению пород.
2. Удаляется природный материал, который возник в процессе бурения.
3. Укрепляются стенки в момент погружения.
4. Изучаются размеры слоя нефти.
5. Колонна спускается на необходимую глубину.

Само ископаемое добывается двумя методами:

1. Методом фонтанирования. Этот способ работает при накоплении в пластах чрезмерного давления, благодаря которому углеводороды вырываются наверх.
2. Методом нагнетания. Вода, газ, различные смеси и прочие вещества подаются в скважину для того, чтобы создать искусственное избыточное давление.

Устройство нефтяной скважины

Нефтяная скважина имеет такие характеристики, как длина и диаметр. Под длиной подразумевается промежуток между устьем, находящимся на поверхности земли, и забоем. Под глубиной — проекция длины ствола на вертикальную ось.

Первый шаг в добыче нефти — это проектные работы скважины, конструкция которой разрабатывается с учетом некоторых требований:

1. Геофизическое оборудование должно проникнуть на нижнюю часть ствола.
2. Требуется максимально прочно укрепить стенки ствола во избежание обрушений.
3. Необходимо разделить пласты, исключить вероятность перетекания нефти и воды из одного пласта в другой.
4. Должна быть возможность герметизировать устье с помощью противовыбросового оборудования, предупреждающего открытые фонтаны.

Процесс бурения происходит в определенной последовательности:

1. Бурится ствол на глубину 3 м, пока не появятся устойчивые горные породы. Затем в скважину устанавливается труба, задающая направление. Бутовые камни, которые заливаются бетонным раствором, придают ей устойчивость.
2. Далее скважина заглубляется на 500–800 м. Так образуется кондуктор, который необходим для того, чтобы изолировать рыхлые слои грунта, ведь они делают сложнее процесс добычи нефти.
3. Устанавливается промежуточная колонна обсадных труб. Ее создают в случае, если невозможно в один прием пробурить скважину до пластов, содержащих нефть.
4. Устанавливается эксплуатационная колонна, которая выполняет важную задачу — перекрытие продуктивного пласта и обеспечение поступления нефти в трубу. Этот шаг предотвращает утечку полезного ископаемого в другие пласты и не допускает поступления воды в него.

Как только конструкция готова, вскрывается пласт и извлекается нефть. Далее специальными перфораторами пробиваются отверстия в нижней части колонны и вокруг бетонного кольца, которые необходимы для поступления нефти.

Виды нефтяных скважин

Тип скважины зависит, в первую очередь, от тех условий, в которых находится пласт. Поэтому для того, чтобы разработать месторождение нефти, необходимо определиться с типом выработки. Они отличаются между собой тем, как отклоняется угол ствола от вертикальной оси. Бывают вертикальные, наклонно-направленные и горизонтальные.

Последние, к примеру, абсолютно горизонтального расположения не имеют, ведь пласты лежат по-разному. Поэтому пробурить прямую линию невозможно. Учитывая все это, можно сделать более емкое толкование: под горизонтальной нефтяной скважиной подразумевается конструкция, имеющая вид длинного ствола, который бурится под определенным углом. Этот наклон высчитывается исходя из того, куда направлен целевой пласт.

Многоствольные и многозабойные скважины имеют два ствола и более. Когда «рукав» находится над пластом, тогда выработка называется многоствольной. В данном случае подразумевается несколько точек, в которых работник может пробить пласт. Когда ответвления располагаются непосредственно в пласте, тогда скважина называется многозабойной, то есть при наличии единственной точки пробитий может быть много.

Скважины для добычи нефти бывают нескольких категорий:

• добывающие — приспособлены для того, чтобы добывать нефть, газ иди газовый конденсат;
• нагнетательные — требуются для закачки воды в пласты;
• опорные скважины применяются для того, чтобы найти, провести разведку и добыть нефть. С их помощью идет исследование состава пластов, возраста породы;
• параметрические скважины. Они позволяют рассчитать перспективность района относительно добычи нефти;
• структурные возводят с целью определения перспективных площадей;
• поисковые — ищут места залежей нефти;
• разведочные — дают возможность исследовать параметры пластов, их структуру, провести оценку количества залежей, раздобыть необходимую информацию, которая пригодится в ходе составления проекта будущей скважины;
• наблюдательные — контролируют процесс разработки;
• дублирующие — вступают в эксплуатацию в результате непредвиденных ситуаций, аварий или когда основной скважине требуется ремонт;
• специальные — нужны для того, чтобы сбрасывать воды, ликвидировать фонтаны.

Бурение нефтяных скважин

Для того чтобы добраться до нефти, нужно в ходе бурения скважины определиться с методом воздействия на горные породы. Оно может быть механическим, термическим, электрическим и физико-химическим. В настоящее время применяется исключительно механический метод, имеющий различные режимы бурения.

Бурение механическим способом бывает:

• ударным;
• вращательным.

Ударный метод состоит в использовании долота — специального буровой установки, состоящей из ударной штанги и канатного замка. В буровой мачте ставится блок, в котором находится долото, подвешенное на канате. С помощью вращательных движений долота, которое приходит в движение благодаря специальному буровому станку, происходит распад горных пород.

В ходе бурения долото вращается, в результате чего ствол принимает цилиндрическую форму. В итоге появляется разрушенная горная порода, которую удаляют из ствола при помощи желонки, представляющей собой вытянутое ведро с клапаном на днище. Прежде чем начать очищать шурф, из него достают долото, затем спускают желонку, открывают клапан. После заполнения ведра водой и кусочками грунта клапан прикрывается, и ведро поднимается. Как только ствол будет полностью очищен, бурение продолжится.

Вращательный метод также подразумевает использование долота. Однако применяется он несколько иначе, нежели при ударной методике. Долото проникает вглубь горных пластов, работая по вертикали и одновременно вращаясь. Это сочетание двух видов воздействия дает возможность устройству разрушать и измельчать породу.

В Российской Федерации бурение нефтяных скважин происходит в основном при помощи вращательного метода.

Этапы разработки нефтяной скважины

Чтобы разработать месторождение нефти, нужна кропотливая и сложная работа на протяжении длительного времени. Работам, связанным с бурением скважин, предшествует скрупулезная подготовка, которая заключается в проведении специальных мероприятий. Она состоит из последовательных этапов:

Источник: uglevodorody.ru

Бурение нефтяных скважин

В результате бурения в земле образуется скважина, через которую будет осуществляться добыча ресурсов. Бурение осуществляется по разным направлениям — в зависимости от расположения горного или почвенного пласта: наклонным, вертикальным или горизонтальным. Образуется скважина, ее диаметр может быть различным, но всегда меньше параметра длины.

Начало скважины располагается на поверхности почвы, стены называются стволом, дно скважины – забоем.

Этапы бурения

Для бурения нефтяных скважин используется исключительно тяжелая техника, сам процесс осуществляется с помощью специального оборудования.

Основные этапы бурения – подвоз техники к месту работ и непосредственно бурение шахты.

Процесс бурения шахты включает в себя ряд работ – углубление ствола при помощи промывания и разрушения горной породы. Ствол скважины укрепляют, чтобы он не разрушился и не засорился – для этого прокладывается специальная колонна из соединенных между собой труб, место между трубой и породой закрепляется цементным раствором. Такой вид работ называется тампонирование.

Освоение – финальные работы. При освоении вскрывается последний пласт породы, формируется призабойная зона, проводится перфорация шахты и отток жидкости.

Подготовительный этап

Для организации процесса бурения скважины необходим подготовительный этап.

При проведении разработки в лесном массиве необходимо получить согласие на проведение работ в лесном хозяйстве.

Подготовка участка

• Вырубка деревьев;
• Разделение зоны на отдельные участки земли;
• Создание поселения для размещения сотрудников;
• Подготовка основания для буровой станции;
• Разметка на месте проведения работ;
• Возведение фундаментов для установки цистерн с горючими материалами;
• Обустройство складов;
• Завоз и наладка оборудования для бурения нефтяных скважин;

Подготовка оборудования

• Установка и проверка техники;
• Проводка линий для энергоснабжения;
• Монтаж оснований и вспомогательных элементов для вышки;
• Установка вышки, подъем на нужную высоту;
• Отладка оборудования.

При полной готовности оборудования к бурению нефтяных скважин необходимо получить заключение специальной комиссии о том, что техника исправна и готова к работе, сотрудники обладают достаточными знаниями о технике безопасности на производстве данного типа.

При проверке следует уточнить правильность конструкции освещения (взрывоустойчивый кожух), по глубине шахты должно быть установлено освещение с напряжением 12В.

Перед началом работ устанавливается шурф, завозятся трубы для укрепления ствола шахты, малая спецтехника для вспомогательных работ, приборы для измерений в ходе бурения, также решаются вопросы с водоснабжением и т. д.

На буровой площадке также содержатся следующие объекты – лаборатория для анализа проб, склад для инвентаря, средства медпомощи, средства безопасности, технические помещения и помещения для проживания сотрудников.

Особенности бурения нефтяной скважины

После установки техники начинается этап переоснащения талевой системы – монтируется оборудование, апробируются механические средства.

Установка мачты открывает процесс забуривания в почву — направление не должно разойтись с осевым центром вышки.

После завершения центровки создается скважина под направление — устанавливается труба для усиления ствола и заливка начальной части цементом. Как только направление установлено — между вышкой и роторными осями повторно регулируется центровка.

В центре ствола осуществляется бурение под шурф, в процессе делается обсадка при помощи труб. При бурении шурфа используется турбобур. Турбобур удерживается посредством зафиксированного на вышке каната для регулировки скорости вращения. За двое суток до запуска буровой собирается конференция с участием администрации – технологов, инженеров, бурильщиков, геологов.

На конференции обсуждаются следующие вопросы:

• Схема залегания пластов на месторождении (слой глины, песчаника, нефтяных залежей;
• Конструктивные особенности;
• Состав горной породы в точке разработки и исследования;
• Основные факторы и трудности, которые могут возникнуть при бурении и осложнить работу;
• Анализ карты нормативов;
• Вопросы, связанные с безаварийной проводкой.

Основные требования

Бурение нефтяной скважины может начаться после оформления ряда документов:

• Решение о начале эксплуатации буровой площадки;
• Карта нормативов;
• Журнал по обеспечению охраны труда в работе;
• Учет функционирования дизелей;
• Вахтовый журнал.

Виды механического оборудования и расходные материалы, используемые в процессе бурения скважины:

• Цементный раствор и оборудование для цементирования;
• Каротажные системы;
• Оборудование для обеспечения безопасности;
• Техническая вода;
• Реагенты;
• Питьевая вода;
• Трубы для обсадки и бурения;
• Вертолетная площадка.

Этапы строительства скважины

В ходе работы строительство скважины делится на несколько этапов:

• Углубление скважины путем размельчения горной породы с помощью бурового оборудования;
• Удаление обломков из шахты;
• Закрепление ствола при помощи труб и цемента;
• Исследование полученного разлома с целью выявления продуктивного расположения нефти;
• Спуск глубины и ее цементирование.

По заглубленности шахты делятся на:

• Небольшие – до 1500м;
• Средние – до 4500м;
• Углубленные – до 6000м;
• Сверхуглубленные – более 6000м.

В ходе бурения скважин есть вероятность столкновения с рядом технических проблем, которые могут замедлить или сделать невозможной дальнейшую работу. К ним относятся следующие явления:

• Обвалы и разрушения ствола;
• Уход в почву жидкости для промывки;
• Аварийные состояния шахты или оборудования;
• Ошибки в сверлении ствола.

Обвалы стенок могут произойти из-за нестабильной структуры горной породы. Признаки обвала – повышенное давление, большая вязкость жидкости для промывки, увеличенное число кусков породы, которые выходят на поверхность.

Проектирование

Перед началом процесса бурения нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, с указанием следующих аспектов:

• Свойства обнаруженных пород – твердость, степень содержания воды, устойчивость к разрушению;
• Глубина скважины и угол наклона;
• Диаметр шахты в конце – это важно для определения степени влияния на него твердости горных пород;
• Метод бурения скважины.

Проектирование нефтяной скважины следует начинать с определения глубины и конечного диаметра шахты, конструктивных особенностей, уровня бурения. Решить эти вопросы позволяет геологический анализ.

Источник: asgard-service.com