Впервые в мире в 1803 г. бакинец Гаджи Касымбек Мансурбеков начинает морскую добычу нефти в Биби-Эйбатской бухте из двух колодцев в 18 м и 30 м от берега. Существование первого морского промысла прекратилось в 1825 г., когда сильный шторм на Каспии разрушил колодцы.
В 1834 г. директор бакинских нефтепромыслов Николай Воскобойников (1801-1860 гг.) изобрел особый перегонный снаряд для получения керосина из белой и черной нефти.
В 1837 г. в Балаханах, начал действовать первый на Апшероне и в мире нефтеперегонный завод Николая Воскобойникова (первый аналогичный завод в США будет построен в 1855 г. Самюэлем Кайером). На этом заводе впервые в мире была применена перегонка нефти вместе с водяным паром, а нефть подогревалась с помощью природного газа.
В 1846 г. в Баку на Биби-Эйбате, по предложению члена Главного управления Закавказским краем Василия Семенова (1801-1863 гг.) пробурена первая в мире скважина глубиной 21 м для разведки нефти; то есть, впервые в мире было осуществлено бурение на нефть с положительным результатом. Работа была осуществлена под руководством директора Бакинских нефтяных промыслов, Корпуса горных инженеров майора Алексеева.
В 1847 г. 8-14 июля в своих документах наместник на Кавказе, князь Михаил Воронцов (1782-1856 гг.), официально подтвердил факт окончания бурения первой в мире нефтяной скважины на берегу Каспийского моря (Биби-Эйбат) с положительным результатом.
В 1848 г. в бакинском поселке Балаханы был заложен колодец, давший 110 пудов нефти в сутки.
В 1849 г. промышленник М.Г. Селимханов на склоне горы Биби-Эйбат заложил колодец, из которого добывал 17-18 тыс. пудов нефти в год.
В России официально запрещалось бурение нефтяных скважин до 1869 г. (правительство прислушивалось к выводам иностранных специалистов, доказывающих непригодность и бесперспективность бурения для добычи нефти). К примеру; когда в 1866 г. Закавказское торговое общество ходатайствовало перед правительством о разрешении начать буровые работы, то получило отказ.
В 1869 г. откупщик И.М. Мирзоев пробурил свою первую скважину глубиной 64 м, в Балаханах, но неудачно. В 1871 г., почти на том же месте он пробуривает вторую скважину глубиной 45м, которая оказалась очень результативной: она давала в среднем до 2 тыс. пудов нефти в сутки.
С 1872 г. начинается интенсивное строительство скважин глубиной до 45-50 м, что приводит к почти полному прекращению строительства в бакинском районе новых колодцев.
С отменой откупа в бакинском районе началось усиленное бурение нефтяных скважин. Число их быстро возрастало: в 1872 г. была одна скважина, в 1873 г, - 17, в 1874 г. - 50, в 1875 г. - 65, а в 1876 г. - 101 скважина. Появились мощные фонтаны, показавшие изобилие нефти в Балаханах, Романах, Сабунчах, Забрате, Биби-Эйбате.
Первые скважины бурились вручную вращательным способом. Затем стали применять ударно-штанговое бурение с паровым приводом. При бурении в твердых горных породах использовали балансир, к одному концу которого присоединялся буровой инструмент. Другой конец балансира был соединен с ведущим шкивом посредством кривошипа. Шкив вращался паровой машиной. При бурении глубоких скважин применяли раздвижные штанги, или ножницы. Глубокие скважины крепили обсадными трубами.
Спуск и подъем бурового инструмента и обсадных труб, долбление горной породы, спуск и подъем желонки для извлечения разбуренной породы обеспечивал буровой станок, главный вал которого вращался от паровой машины. От главного вала получал движение цепной барабан, при помощи которого поднимался и опускался буровой инструмент. Балансир приводился в движение шатуном с кривошипом, насаженным на долбежном валу.
Первая установка для вращательного бурения с буровой вышкой высотой 15 м появилась в Баку в 1902 г. Станок ее состоял из трансмиссионного вала и трех шестерен. К одной шестерне передавалось движение от паровой машины единой передачей, от двух других шестерен передавалось движение барабану лебедки и ротору. Глинистый раствор для выноса разбуренной породы подавался к бурильным трубам паровым насосом.
Добыча нефти из буровых скважин производилась с помощью цилиндрических ведер длиной до 6 м. В дне ведра был устроен клапан, открывающийся вверх. Такое ведро, предназначенное для очистки скважин, называлось желонкой, а способ добычи нефти желонкой именовался тартальным.
Первые опыты по применению глубинных насосов для добычи нефти в Баку были сделаны в 1876 г. Но эти насосы быстро засорялись песком, и нефтепромышленники вернулись к привычной желонке. В 70-х гг. 19 в. В.Г. Шухов предложил компрессорный способ добычи нефти из скважин, при котором сжатый воздух использовался для подъема нефти (эрлифт). Этот способ был испытан в Баку в 1897 г. Другой способ подъема нефти из скважин - газлифт - был предложен М.М. Тихвинским в 1914 г. Из всех известных способов добычи нефти главным оставался тартальный. С его помощью в 1913 г. добывали 95 % всей нефти.
С ростом количества буровых скважин в Баку увеличивалась добыча нефти. В 1872 г. было добыто 23 тыс. т, в 1875 г. - 81 тыс. т, в 1885 г. - 1,9 млн. т, а в 1901 г. - 11,6 млн. т. В 1901 г. Бакинский район давал 95 % общей добычи нефти в России.
Число нефтеперегонных заводов в Баку также возросло, даже жилые дома стали переделывать под заводы. В качестве топлива на заводах применяли нефть, пользуясь самым примитивным способом сжигания - на поду топки. Город покрылся копотью. Жители задыхались в дыму. Администрация города еще в начале 1873 г. принудила заводчиков вынести их «заводы» на соседнюю с городом территорию, в двух верстах от него. Там с лихорадочной быстротой возник Черный город, в котором уже весной 1873г. насчитывалось 80 заводов. В конце 1870-х гг. число небольших нефтеперегонных заводов в бакинском районе дошло уже до 200. К технически совершенным относились заводы Бакинского нефтяного общества и завод И.М. Мирзоева. Передовой техникой был оснащен и завод братьев Нобель.
В 1878 г. фирмой «Бари, Сытенко и Ко» был построен по проекту В.Г. Шухова первый нефтепровод от Бакинских промыслов до Черного города. В 1879 г. завершилось строительство бакинской промысловой железной дороги. В 1907 г. началась перекачка керосина по первому в мире магистральному трубопроводу Баку - Батуми.
Бурение – это процедура разламывания горных пород специальной бурильной техникой. Бурение, как и многие другие технологии, имеет несколько направлений.
Процесс бурения включает в себя разламывание горных пород при помощи бурильной техники, в результате чего получается скважина.
Эти направления зависят от положения горного пласта:
- вертикальное;
- наклонно-направленное;
- горизонтальное.
Процесс прокладывания в земле направленного цилиндрического ствола называют бурением. Впоследствии этот канал называют скважиной. В диаметре она должна быть меньше длины. Устье скважины (начало) располагается на поверхности. Забоем и стволом называют дно и стены скважины соответственно.
Подготовка к процессу
При бурении скважин сначала:
Процесс бурения невозможен без специальной бурильной техники.
- На участок бурения подвозят бурильную технику.
- Потом начинается процесс бурения. Он заключается в углублении ствола скважины путем промывания его и бурения.
- Во избежание обрушения стенок скважин проводят разобщение пластов – работы по укреплению пластов земли. Для этого в пробуренную землю опускают и прокладывают трубы, которые соединяются в колонны. Затем все пространство между трубами и землей цементируют (тампонируют).
- Последний этап работ называется освоение скважин. В него входит вскрытие последнего пласта, установка призабойной зоны, а также перфорация и вызов оттока.
Для того чтобы начать бурение сначала, нужно осуществить подготовительные работы.
Сначала оформляют документы, разрешающие вырубку и расчистку лесного массива, но для этого нужно получить согласие лесхоза. При подготовке участка для бурения проводят следующие работы:
Перед тем как начать бурение скважин, необходимо расчистить участок от деревьев.
- разбивка зон на участки по координатам;
- вырубка деревьев;
- планировка;
- возведение поселка рабочих;
- подготовка основы для буровой;
- приготовление и разметка площадки;
- установка фундаментов под цистерны на ГСМ складе;
- устройство обволоки склада, приготовление оборудования.
Следующий этап работ – это подготовка вышкомонтажного оборудования. Для этого:
- производят монтаж техники;
- монтаж линий;
- монтаж подвышечных оснований, оснований и блоков;
- монтаж и подъем вышки;
- пусконаладочные работы.
Вернуться к оглавлению
Предварительные работы
После того, как буровая машина установлена, прибывает спецкомиссия на проверку оборудования, техники и качества труда.
Когда бурильная установка готова, начинаются работы по приготовлению к бурению. Как только буровая машина установлена и возведение сооружений закончено, буровую проверяет спецкомиссия. Мастер бригады бурения, принимая комиссию, вместе с ней следит за качеством работ, проверяет технику и исполнение охраны труда.
Например, светильники по способу исполнения должны быть во взрывобезопасном кожухе, по шахте должно быть распределено аварийное освещение на 12 V. Все замечания производимые комиссией должны быть учтены до начала работ по бурению.
До того как начать буровые работы, техника оснащается соответствующим оборудованием: шурфом под квадрат, буровыми трубами, долотом, приспособлениями малой механизации, обсадными трубами под кондуктор, контрольно-измерительными приборами, водой и т. д.
На буровой должны быть домики для жилья, беседка, столовая, баня для сушки вещей, лаборатория для анализа растворов, инвентарь для тушения пожаров, вспомогательный и рабочий инструмент, плакаты по технике безопасности, аптечки и медикаменты, склад для бурильного оборудования, вода.
После того как вышка для бурения была установлена, начинается ряд работ по переоснастке талевой системы, в процессе чего осуществляется установка оборудования и апробирование средств малой механизации. Технология забуривания начинается с установки мачты. Ее направления должно быть установлено точно по центру оси вышки.
После центровки вышки производится бурение под направление. Это опускание трубы для упрочнения скважин и заливка ее верхнего конца, который должен по направлению совпадать с желобом, цементом. После того, как направление в процессе бурения скважин было установлено, еще раз проверяют центровку между осями ротора и вышки.
В центре скважины производят бурение под шурф для квадрата и в процессе обсаживают трубой. Бурение шурфа скважины исполняется турбобуром, который во избежание слишком быстрого вращения удерживается пеньковым канатом. Одним концом он крепится к ноге вышки, а второй удерживается в руках через блочок.
Вернуться к оглавлению
Завершение
После подготовительных работ, за 2 дня до пуска буровой, организуется конференция, где участвует вся администрация (главный инженер, технолог, главный геолог и т. д.). На конференции обсуждают:
Схема строения геологических пород на месте обнаружения нефти: 1 – глины, 2 – песчаники водонасыщенные, 3 – нефтяная залежь.
- строение скважины;
- строение пород в месте геологического разреза;
- осложнения, которые могут возникнуть в процессе бурения и т. д;
- затем рассматривают нормативную карту;
- обсуждаются работы по безаварийной и скоростной проводке.
Процесс бурения может быть начат при оформлении следующих документов:
- геолого-технического наряда;
- разрешения о вводе буровой в действие;
- нормативной карты;
- вахтового журнала;
- журнала по буровым растворам;
- журнала ведения охраны труда;
- учета работы дизелей.
На буровой могут применяться следующие виды механизмов и материалов:
- цементирование оборудования;
- плакаты с надписями о безопасности и об охране труда;
- каротажное оборудование;
- питьевая вода и техническая;
- вертолетная площадка;
- цементные растворы и буровые;
- химические реагенты;
- обсадные трубы и бурильные.
Бурение скважин – метод вырубания горной породы при котором образуется шахта. Такие шахты (скважины) испытывают на наличие нефти и газа. Для этого производят перфорацию ствола скважины для провоцирования притока нефти или газа из продуктивного горизонта. Затем производится демонтаж бурильной техники и всех вышек. На скважине устанавливается пломба с указанием названия и срока бурения. После этого мусор уничтожается, все амбары зарываются, а металлолом утилизируется.
Обычно вначале максимальный диаметр скважин не превышает 900 мм. В конце он редко когда достигает 165 мм. Процесс бурения представляет собой несколько процессов, в ходе которых происходит строительство ствола скважины:
- процесс углубления дна скважин посредством раскрашивания горных пород буровым инструментом;
- удаление разломанной породы их шахты скважины;
- крепление ствола скважин;
- проведение геолого-геофизических работ по исследованию породы разлома и обнаружению продуктивных горизонтов;
- спуск и цементирование глубины.
По глубине скважины бывают следующих типов:
- мелкая – глубиной 1500 м;
- средняя – глубиной до 4500 м;
- глубокая – 6000 м;
- сверхглубокая – свыше 6000 м.
Процесс бурения – это разламывание горных пород буровыми долотами. Разломанные части этой породы вычищают потоком промывочного (жидкого) раствора. Глубина скважин увеличивается в процессе разрушения забоя по всей площади.
Вернуться к оглавлению
Возникающие осложнения
Обвал стенок скважины может произойти вследствие неустойчивой структуры породы.
При процессе бурения скважины могут возникнуть некоторые осложнения. Это могут быть:
- обвалы стен шахты;
- поглощения промывочной жидкости;
- аварии;
- неточное просверливание ствола скважин и т. д.
Обвалы могут возникнуть вследствие неустойчивой структуры породы. Их признаком могут служить;
- повышенное давление;
- слишком сильная вязкость промывочной жидкости;
- слишком большое количество обломков при промывке шахты.
Поглощение промывочного раствора происходит из-за того, что раствор, залитый в шахту, полностью засасывается пластом. Обычно это происходит тогда, когда пласты имеют пористую структуру или большую проницаемость.
Бурение – это процесс, при котором вращающийся снаряд доводят до забоя, а потом поднимают снова. При этом скважины просверливаются до коренных пород, врезаясь на 0,5-1,5 м. После этого в устье опускается труба для предотвращения размыва и для того, чтобы промывочная жидкость, выходя из скважины, попадала в желоб.
Частота вращения бурового снаряда и шпинделя зависит от физических свойств горных пород, диаметра и вида буровой коронки. Скоростью вращения управляет регулятор подачи, создающий нужную нагрузку на коронку. При этом он создает определенное давление на резцы снаряда и стенки забоя.
Прежде чем начать бурение скважины нужно составить ее проектный чертеж, где указаны:
- физические свойства пород: их твердость, устойчивость и водонасыщенность;
- глубина и наклон скважины;
- конечный диаметр скважины, на который влияет твердость пород;
- способы бурения.
Составление проекта скважин начинается с выбора ее глубины, диаметра по окончании бурения, углов забуривания, структуры.
Глубина картировочных скважин зависит от геологического анализа с последующим его картированием.
Вода – источник жизни, без которого немыслима жизнь. На протяжении всей истории люди разбивали поселения вблизи водоемов и источников. Независимо от количества воды, имеющейся в регионе проживания людей, источники обожествлялись и часто наделялись магической силой. Действительно, подземная вода или вода, бьющая из источника более полезна, способна не только утолять жажду, но и наделять энергией. Уже в наше время доказано, что вода может менять свою энергоинформационную структуру, от чего будут зависеть её целебные свойства. Чем глубже добыта вода, тем она полезнее. В древности также было замечено это свойство, поэтому на поля доставлялась вода по специальной системе водоснабжения и орошения, в результате были большие урожаи.
Бурение скважин в добиблейские времена и в Египте
Первое упоминание о водоносных скважинах имеется в Библии. В «Исходе» глава 17:1-6 говорится о том, что во время перехода народа Израиля из Египта Моисей обращался к Богу, чтобы тот дал воду его народу в пустыне. Моисей ударил жезлом по скале в указанном Господом месте, и забил источник. В данном случае артезианские воды находились близко к поверхности.
Известны скважины для воды в Египте, по найденным артефактам удалось определить их возраст – он составил не менее 5000 лет. Некоторые из скважин даже имеют надпись с датой постройки. В Египте для бурения использовали грубые каменные долота, которые крепились к деревянному шесту.
Несколько позже в древнем Иерусалиме скважины стали неотъемлемой частью городского быта. В городе имелся источник Гихон за укрепленными стенами. Вода собиралась в бассейн, вокруг которого также возвышались мощные стены. Также в Израиле в городе Давида известность получила Шахта Уорена, по некоторым мнениям относящаяся к водопроводной системе. К Гихону вело несколько шахт. Считается, что город существовал еще 12 веке до н.э., тогда же были проведены работы по бурению источника.
Источники воды в Античном мире
В Античном мире также бурили источники. Скважины найдены в районе города Сиракузы, который находился на территории Древне Сицилии. Причем источники в Древней Греции были пробиты и на территории поместий богатых горожан. Правда, эти скважины были неглубокие и не превышали 3 м, то есть с её помощью поднимали грунтовые воды, а скважину бурили шнековым способом. Шнек – это вертикальный винтовой транспортер. В наше время тоже применяется для бурения неглубоких скважин.
Напомним, что в Сиракузах, в свое время жил Архимед, который создал специальное устройство для поднятия морской воды к акведукам, по конструкции напоминающее современный насос. Но был сделано открытие, которое позволяет утверждать, что скважины шнековым способом в Греции бурили еще за 100 лет до рождения Архимеда. Благодаря таким изобретениям в городах была сделан водопровод и канализация. В Риме до сих пор находится в рабочем состоянии канал Клоака Максима, который был построен в 5 веке до н.э. как канализационный. Сегодня он используется для ливневой канализации.
Выдержки из истории бурения Древнего Китая
Наибольшего совершенства достигли технологии в Древнем Китае. В 7 веке до н.э., по упоминаниям Конфуция, бурились скважины более 512 м. В древних манускриптах полностью описана технология бурения. Для разрушения породы применялись зубила, изготовленные из металла и прикрепленные к длинным бамбуковым шестам. Бур поднимался на высоту с помощью канатов и сбрасывался в скважину. Измельченную породу смешивали с водой и вычерпывали из скважины. Такой способ был придуман китайским инженером Ли Пеном. В наше время этот метод также применяется в усовершенствованном виде и называется ударно-канатным способом бурении скважин.
Первые скважины в Европе
Первая известная европейская скважина датирована 1125 годом. Её глубина составляла 121 м. Она расположена в провинции Па-де-Кайес (Франция). В 1818 году во Франции организован специальный фонд бурения скважин из-за массового спроса. В 1833 году была пробурена первая скважина в Париже, в 1839 году ее глубина достигала уже 493 м, в 1841 году – 549 м. На этом уровне под Парижем находится водоносный пласт, а из скважины забил фонтан с высотой 34 м.
Первые скважины в России
В России скважины бурились, прежде всего, для добычи соляного раствора. Нужно сказать, что водозаборные скважины использовались по прямому назначению относительно недолго. Метод бурения начали применять для разведки полезных ископаемых.
Первые скважины для водопотребления были пробурены в 15 веке в Кремле, в 1654 году на территории Троицко-Сергиевой лавры и в Белозере. Особенно актуальны были скважины для добычи соли, такие соляные варницы упоминались в 1136 году в грамоте князя Святослава.
В России к 17 веку имелся даже собственный рукописный учебник по бурению «Роспись как зачать делать новую трубу на новом месте». В этом своде правил был собран многовековой опыт российских бурильщиков. В сборнике давались рекомендации по отбору проб грунта, рассолов и способах устранения аварий. Также имеются сведения о правилах изготовления буров и технологии бурения. Приведены 128 термины, где нет ни одного заимствованного. В среднем практиковались скважины 89 саженей (около 88 метров), что соответствует песчаному горизонту.
Можно отметить и имена легендарных русских инженеров-бурильщиков как Кирилл Арнольд, Вениамин Каяканогов, Георгий Тимофеев. Со временем для бурения стали применяться паровые машины, двигатели. Уже в 19 веке в России пробурено большое количество скважин.
Современное бурение скважин
Можно считать с началом 19 века началась современная история бурения водоносных скважин. Технологии развивались, существенно росли и возможности бурильщиков, а также снижалась стоимость бурения.
В начале 20 века буровые установки представляли собой сугубо механические системы: колонну, дифференциально-винтовые, цепные или рычажные системы для осевого усилия. Со временем установки комплектовались гидравлической подачей, а также системой, позволявшей достигнуть плавного вращения. Буровые установки комплектовались дизель-гидроэлектрическим приводом, а впоследствии и электронным управлением.
История бурения водозаборных скважин связана со следующими изобретениями:
- с изобретением шарошечного долота в США (1909);
- с созданием буровых коронок с армированием резцов (после 1920);
- с использованием мелкоалмазных коронок и долота (после 1940);
Нужно сказать, что совершенствовались только технологии, сам принцип бурения с древности практически не менялся. Кроме того, в настоящее время бурение скважин на воду постепенно ушло на второй план, бурение применяется для добычи полезных ископаемых, а средняя глубина скважины 2-3 км. В истории России имеется случай сверхглубокого бурения, ее глубина в 1992 году была свыше 12 км.
С совершенствованием технологии также изменялся характер комплектации скважин. Для защиты от промерзания и разрушения грунтовыми водами отверстие комплектуется водонепроницаемыми кессонами, образующими водонепроницаемые камеры. Кессоны в основном применяются для водозаборных скважин. Размеры кессонов: диаметр – 1 метр, высота – 2 метра. В кессонах обычно размещается оборудование водозаборной скважины, если необходимо сэкономить площадь в доме.
Во времена Древнего Рима вода шла по системе самотеком, 13 веке такой водопровод появился в Париже и Лондоне. Даже в Новгороде был найден самотечный водопровод из дерева. В Грузии вода подавалась по гончарным трубам. Этот водопровод построен в 13 веке. В 1630 году в Кремле построили первую скважину с водонапорной башней на свинцовых трубах – установки, которые используются и по сей день.
Сейчас стенки скважины могут быть закреплены целым рядом материалов доступных в момент бурения – чугунными, железобетонными, асбестоцементными, железобетонными, оцинкованными трубами. Пластиковые трубы применялись еще в 30х годах прошлого столетия. Исползовались полиэтиленовые и поливинилхлоридные трубы. Эти виды труд хорошо переносят высокие и низкие температуры. Современные трубы совмещают свойства полиэтилена и поливинилхлорида. Срок службы современных труб не менее 50 лет. Эти трубы «доставляют» воду буквально в первозданном состоянии, не изменяя химический состав. Неотъемлемой частью скважины будет и водозаборный насос. Насосы различаются по сферам применения, имеются более дорогие и менее дорогие версии, которые помогут «попасть» в нужный бюджет. В целом профессиональная компания предложит вам несколько вариантов комплектации насосов, которые будут отличаться по параметрам и стоимости.
Стоит ли бурить скважину?
Многие задаются вопросом, стоит ли бурить скважину? Безусловно, стоит. Вы обеспечите себя несравненно чистой водой. Скважины делятся на несколько типов: скважины для поднятия грунтовых вод, скважины для песочного горизонта, скважины водоносного горизонта. Самую полезную и чистую воду дадут вам последние, но даже средняя скважина 90 м может вам гарантировать хорошую и свежую воду. Какое отличие ее от грунтовых вод? Вода многократно проходит через толщу песка и очищается. Даже колодец гарантирует вам удовольствие от свежей воды, которая обладает большей энергией восстановления сил.
Самым будет сложным пробурить артезианскую скважину. Такая вода в большинстве случаев не используется для бытовых нужд. Обычно из таких скважин добывается вода с целью ее последующей продажи. Скважина бурится до известняковых пород, вода из нее бьет фонтаном. Он образуется потому, что в толще известняка вода находится под гидравлическим давлением. На сегодняшний день, несмотря на дороговизну, артезианские скважины стали самым популярным способом автономного водоснабжения. Подземные воды не требуют очистки и обеззараживания.
Основное преимущество такой скважины – это её несравненно высокая водоотдача. В среднем скважина без ремонта прослужит вам не менее 30 лет, но это при условии, что её будут бурить профессионалы.
Напомним, что артезианская вода доступна только в артезианских бассейнах, о географическом расположении которых можно уточнить в любом геодезическом бюро. При необходимости бурения, старайтесь выбирать фирму, имеющую большой и собственные мобильные буровые установки, тогда вы будете застрахованы от неприятностей эксплуатации.
Каков бы ни был бюджет автономного водоснабжения, обязательно рассмотрите разные варианты бурения. Со скважиной вы будете всегда обеспечены чистой родниковой водой.
Общие сведения о бурении нефтяных и газовых скважин
1.1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Рис. 1. Элементы конструкции скважины
Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше ее длины (Рис. 1).
Основные элементы буровой скважины:
Устье скважины (1) – пересечение трассы скважины с дневной поверхностью
Забой скважины (2) – дно буровой скважины, перемещающееся в результате воздействия породоразрушающего инструмента на породу
Стенки скважины (3) – боковые поверхности буровой скважины
Ось скважины (6) - воображаемая линия, соединяющая центры поперечных сечений буровой скважины
*Ствол скважины (5) – пространство в недрах, занимаемое буровой скважиной.
Обсадные колонны (4) – колонны соединенных между собой обсадных труб. Если стенки скважины сложены из устойчивых пород, то в скважину обсадные колонны не спускают
Скважины углубляют, разрушая породу по всей площади забоя (сплошным забоем, рис. 2 а) или по его периферийной части (кольцевым забоем рис. 2 б). В последнем случае в центре скважины остается колонка породы – керн, которую периодически поднимают на поверхность для непосредственного изучения.
Диаметр скважин, как правило, уменьшается от устья к забою ступенчато на определенных интервалах. Начальный диаметр нефтяных и газовых скважин обычно не превышает 900 мм, а конечный редко бывает меньше 165 мм. Глубины нефтяных и газовых скважин изменяются в пределах нескольких тысяч метров.
По пространственному расположению в земной коре буровые скважины подразделяются (рис. 3):
1. Вертикальнвые;
2. Наклонные;
3. Прямолинейноискривленные;
4. Искривленные;
5. Прямолинейноискривленные (с горизонтальным участком);
Рис. 3. Пространственное расположение скважин
Сложноискривленные.
Нефтяные и газовые скважины бурят на суше и на море при помощи буровых установок. В последнем случае буровые установки монтируются на эстакадах, плавучих буровых платформах или судах (рис. 4).
|
Рис. 4. Виды буровых скважин |
В нефтегазовой
отрасли бурят скважины следующего назначения:
1. Эксплуатационные – для добычи нефти , газа и газового конденсата.
2. Нагнетательные – для закачки в продуктивные горизонты воды (реже воздуха, газа ) с целью поддержания пластового давления и продления фонтанного периода разработки месторождений, увеличения дебита эксплуатационных скважин, снабженных насосами и воздушными подъемниками.
3. Разведочные – для выявления продуктивных горизонтов, оконтуривания, испытания и оценки их промышленного значения.
4. Специальные - опорные, параметрические, оценочные, контрольные – для изучения геологического строения малоизвестного района, определения изменения коллекторских свойств продуктивных пластов, наблюдения за пластовым давлением и фронтом движения водонефтяного контакта, степени выработки отдельных участков пласта, термического воздействия на пласт, обеспечения внутрипластового горения, газификации нефтей , сброса сточных вод в глубокозалегающие поглощающие пласты и др.
5. Структурно-поисковые – для уточнения положения перспективных нефте -газоносных структур по повторяющим их очертания верхним маркирующим (определяющим) горизонтам, по данным бурения мелких, менее дорогих скважин небольшого диаметра.
Сегодня нефтяные и газовые скважины представляют собой капитальные дорогостоящие сооружения, служащие много десятилетий. Это достигается соединением продуктивного пласта с дневной поверхностью герметичным, прочным и долговечным каналом. Однако пробуренный ствол скважины еще не представляет собой такого канала, вследствие неустойчивости горных пород, наличия пластов, насыщенных различными флюидами (вода, нефть , газ и их смеси), которые находятся под различным давлением. Поэтому при строительстве скважины необходимо крепить ее ствол и разобщать (изолировать) пласты, содержащие различные флюиды.
|
Обсадная труба |
|
Рис.5. Обсадная труба в скважине |
Крепление ствола скважины производится путем спуска в нее специальных труб, называемых обсадными. Ряд обсадных труб, соединенных последовательно между собой, составляет обсадную колонну. Для крепления скважин применяют стальные обсадные трубы (рис. 5).
Насыщенные различными флюидами пласты разобщены непроницаемыми горными породами - «покрышками». При бурении скважины эти непроницаемые разобщающие покрышки нарушаются и создается возможность межпластовых перетоков, самопроизвольного излива пластовых флюидов на поверхность, обводнения продуктивных пластов, загрязнения источников водоснабжения и атмосферы, коррозии спущенных в скважину обсадных колонн.
В процессе бурения скважины в неустойчивых горных породах возможны интенсивное кавернообразование, осыпи, обвалы и т.д. В ряде случаев дальнейшая углубка ствола скважины становится невозможной без предварительного крепления ее стенок.
Для исключения таких явлений кольцевой канал (кольцевое пространство) между стенкой скважины и спущенной в нее обсадной колонной заполняется тампонирующим (изолирующим) материалом (рис. 6). Это составы, включающие вяжущее вещество, инертные и активные наполнители, химические реагенты. Их готовят в виде растворов (чаще водных) и закачивают в скважину насосами. Из вяжущих веществ наиболее широко применяют тампонажные портландцементы. Поэтому процесс разобщения пластов называют цементированием.
Таким образом, в результате бурения ствола, его последующего крепления и разобщения пластов создается устойчивое подземное сооружение определенной конструкции.
Под конструкцией скважины понимается совокупность данных о числе и размерах (диаметр и длина) обсадных колонн, диаметрах ствола скважины под каждую колонну, интервалах цементирования, а также о способах и интервалах соединения скважины с продуктивным пластом (рис. 7).
Сведения о диаметрах, толщинах стенок и марках сталей обсадных труб по интервалам, о типах обсадных труб, оборудовании низа обсадной колонны входят в понятие конструкции обсадной колонны.
В скважину спускают обсадные колонны определенного назначения: направление, кондуктор, промежуточные колонны, эксплуатационная колонна.
Направление спускается в скважину для предупреждения размыва и обрушения горных пород вокруг устья при бурении под кондуктор, а также для соединения скважины с системой очистки бурового раствора. Кольцевое пространство за направлением заполняют по всей длине тампонажным раствором или бетоном. Направление спускают на глубину от нескольких метров в устойчивых породах, до десятков метров в болотах и илистых грунтах.
Кондуктором обычно перекрывают верхнюю часть геологического разреза, где имеются неустойчивые породы, пласты, поглощающие буровой раствор или проявляющие, подающие на поверхность пластовые флюиды, т.е. все те интервалы, которые будут осложнять процесс дальнейшего бурения и вызывать загрязнение окружающей природной среды. Кондуктором обязательно должны быть перекрыты все пласты, насыщенные пресной водой.
Рис. 7. Схема конструкции скважины
Кондуктор служит также для установки противовыбросового устьевого оборудования
и подвески последующих обсадных колонн. Кондуктор спускают на глубину нескольких сотен метров. Для надежного разобщения пластов, придания достаточной прочности и устойчивости кондуктор цементируется по всей длине.
Эксплуатационная колонна спускается в скважину для извлечения нефти, газа или нагнетания в продуктивный горизонт воды или газа с целью поддержания пластового давления. Высота подъема тампонажного раствора над кровлей продуктивных горизонтов, а также устройством ступенчатого цементирования или узлом соединения верхних секций обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах должна составлять соответственно не менее 150-300 м и 500 м.
Промежуточные (технические) колонны необходимо спускать, если невозможно пробурить до проектной глубины без предварительного разобщения зон осложнений (проявлений, обвалов). Решение об их спуске принимается после анализа соотношения давлений, возникающих при бурении в системе «скважина-пласт».
Если давление в скважине Рс меньше пластового Рпл (давления флюидов, насыщающих пласт), то флюиды из пласта будут поступать в скважину, произойдет проявление. В зависимости от интенсивности проявления сопровождаются самоизливом жидкости (газа ) на устье скважины (переливы), выбросами, открытым (неконтролируемым) фонтанированием. Эти явления осложняют процесс строительства скважины, создают угрозу отравлений, пожаров, взрывов.
При повышении давления в скважине до некоторой величины, называемой давлением начала поглощения Рпогл, жидкость из скважины поступает в пласт. Этот процесс называется поглощением бурового раствора. Рпогл может быть близким или равным пластовому, а иногда приближается к величине вертикального горного давления, определяемого весом расположенных выше горных пород.
Иногда поглощения сопровождаются перетоками флюидов из одного пласта в другой, что приводит к загрязнению источников водоснабжения и продуктивных горизонтов. Снижение уровня жидкости в скважине вследствие поглощения в одном из пластов обуславливает понижение давления в другом пласте и возможность проявлений из него.
Давление, при котором происходит раскрытие естественных сомкнутых трещин или образование новых, называется давлением гидравлического разрыва пласта Ргрп. Такое явление сопровождается катастрофическим поглощением бурового раствора.
Характерно, что во многих нефтегазоносных районах пластовое давление Рпл близко к гидростатическому давлению столба пресной воды Рг (далее просто гидростатическое давление) высотой Нж, равной глубине Нп, на которой залегает данный пласт. Это объясняется тем, что давление флюидов в пласте чаще обусловлено напором краевых вод, область питания которых имеет связь с дневной поверхностью на значительных расстояниях от месторождения.
Поскольку абсолютные значения давлений зависят от глубины Н, их соотношения удобнее анализировать, пользуясь величинами относительных давлений, которые представляют собой отношения абсолютных значений соответствующих давлений к гидростатическому давлению Рг, т.е.:
Рпл* = Рпл / Рг;
Ргр* = Ргр / Рг;
Рпогл* = Рпогл / Рг;
Ргрп* = Ргрп / Рг.
Здесь Рпл – пластовое давление; Ргр – гидростатическое давление бурового раствора; Рпогл – давление начала поглощения; Ргрп – давление гидроразрыва пласта.
Относительное пластовое давление Рпл* часто называют коэффициентом аномальности Ка. Когда Рпл* приблизительно равно 1,0, пластовое давление считается нормальным, при Рпл* большем 1,0 – аномально высоким (АВПД), а при Рпл* меньшем 1,0 – аномально низким (АНПД).
Одним из условий нормального неосложненного процесса бурения является соотношение
а) Рпл* < Ргр* < Рпогл*(Ргрп*)
Процесс бурения осложняется, если по каким либо причинам относительные давления окажутся в соотношении:
б) Рпл* > Ргр* < Рпогл*
или
в) Рпл* < Ргр* > Рпогл* (Ргрп*)
Если справедливо соотношение б), то наблюдаются только проявления, если в), то наблюдаются и проявления и поглощения.
Промежуточные колонны могут быть сплошными (их спускают от устья до забоя) и не сплошными (не доходящими до устья). Последние называются хвостовиками.
Принято считать, что скважина имеет одноколонную конструкцию, если в нее не спускаются промежуточные колонны, хотя спущены и направление и кондуктор. При одной промежуточной колонне скважина имеет двухколонную конструкцию. Когда имеются две и более технические колонны, скважина считается многоколонной.
Конструкция скважины задается следующим образом: 426, 324, 219, 146 – диаметры обсадных колонн в мм; 40, 450, 1600, 2700 – глубины спуска обсадных колонн в м; 350, 1500 – уровень тампонажного раствора за хвостовиком и эксплуатационной колонной в м; 295, 190 – диаметры долот в мм для бурения скважины под 219 – и 146 –мм колонны.
1.2. СПОСОБЫ БУРЕНИЯ СКВАЖИН
Бурить скважины можно механическим, термическим, электроимпульсным и другими способами (несколько десятков). Однако промышленное применение находят только способы механического бурения – ударное и вращательное. Остальные пока не вышли из стадии экспериментальной разработки.
1.2.1. УДАРНОЕ БУРЕНИЕ
Ударное бурение. Из его всех разновидностей наибольшее распространение получило ударно-канатное бурение (рис. 8).
|
Рис. 8. Схема ударно-канатного бурения скважин |
Буровой снаряд, который состоит из долота 1, ударной штанги 2, раздвижной штанги-ножниц 3 и канатного замка 4 , спускают в скважину на канате 5, который, огибая блок 6, оттяжной ролик 8 и наравляющий ролик 10, сматывается с барабана 11 бурового станка. Скорость спуска бурового снаряда регулируют тормозом 12. Блок 6 установлен на вершине мачты 18. Для гашения вибраций, возникающих при бурении, применяются амортизаторы 7.
Кривошип 14 при помощи шатуна 15 приводит в колебательное движение балансирную раму 9. При опускании рамы оттяжной ролик 8 натягивает канат и поднимает буровой снаряд над забоем. При подъеме рамы канат опускается, снаряд падает, и при ударе долота о породу последняя разрушается.
По мере углубления скважины канат удлиняют, сматывая его с барабана 11. Цилиндричность скважины обеспечивается поворотом долота в результате раскручивания каната под нагрузкой (во время приподъема бурового снаряда) и скручивания его при снятии нагрузки (во время удара долота о породу).
Эффективность разрушения породы при ударно-канатном бурении прямо пропорциональна массе бурового снаряда, высоте его падения, ускорению падения, числу ударов долота о забой в единицу времени и обратно пропорциональна квадрату диаметра скважины.
В процессе разбуривания трещиноватых и вязких пород возможно заклинивание долота. Для освобождения долота в буровом снаряде применяют штангу-ножницы, изготовленные в виде двух удлиненных колец, соединенных друг с другом подобно звеньям цепи.
Процесс бурения будет тем эффективнее, чем меньшее сопротивление долоту бурового снаряда оказывает накапливающаяся на забое скважины выбуренная порода, перемешанная с пластовой жидкостью. При отсутствии или недостаточном притоке пластовой жидкости в скважину с устья периодически доливают воду. Равномерное распределение частиц выбуренной породы в воде достигается периодическим расхаживанием (приподъемом и опусканием) бурового снаряда. По мере накопления на забое разрушеной породы (шлама) возникает необходимость в очистке скважины. Для этого с помощью барабана поднимают буровой снаряд из скважины и многократно спускают в нее желонку 13 на канате 17, сматываемом с барабана 16. В днище желонки имеется клапан. При погружении желонки в зашламленную жидкость клапан открывается и желонка заполняется этой смесью, при подъеме желонки клапан закрывается. Поднятую на поверхность зашламленную жидкость выливают в сборную емкость. Для полной очистки скважины приходится спускать желонку несколько раз подряд.
После очистки забоя в скважину опускают буровой снаряд, и процесс бурения продолжается.
При ударном бурении скважина, как правило, не заполнена жидкостью. Поэтому, во избежание обрушения породы с ее стенок, спускают обсадную колонну, состоящую из металлических обсадных труб, соединенных друг с другом с помощью резьбы или сварки. По мере углубления скважины обсадную колону продвигают к забою и периодически удлиняют (наращивают) на одну трубу.
Ударный способ более 50 лет не применяется на нефтегазовых промыслах России. Однако в разведочном бурении на россыпных месторождениях, при инженерно-геологических изысканиях, бурении скважин на воду и т.п. находит свое применение.
1.2.2. ВРАЩАТЕЛЬНОЕ БУРЕНИЕ СКВАЖИН
При вращательном бурении разрушение породы происходит в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего момента. Под действием нагрузки долото внедряется в породу, а под влиянием крутящего момента скалывает ее.
Существует две разновидности вращательного бурения – роторный и с забойными двигателями.
При роторном бурении (рис. 9) мощность от двигателей 9 передается через лебедку 8 к ротору 16 - специальному вращательному механизму, установленному над устьем скважины в центре вышки. Ротор вращает бурильную колонну и привинченное к ней долото 1. Бурильная колонна состоит из ведущей трубы 15 и привинченных к ней с помощью специального переводника 6 бурильных труб 5.
Следовательно, при роторном бурении углубление долота в породу происходит при движении вдоль оси скважины вращающейся бурильной колонны, а при бурении
с забойным двигателем – невращающейся бурильной
колонны. Характерной особенностью вращательного бурения является промывка
При бурении с забойным двигателем долото 1 привинчено к валу, а бурильная колонна – к корпусу двигателя 2. При работе двигателя вращается его вал с долотом, а бурильная колонна воспринимает реактивный момент вращения корпуса двигателя, который гасится невращающимся ротором (в ротор устанавливают специальную заглушку).
Буровой насос 20, приводящийся в работу от двигателя 21, нагнетает буровой раствор по манифольду (трубопроводу высокого давления) 19 в стояк - трубу 17, вертикально установленную в правом углу вышки, далее в гибкий буровой шланг (рукав) 14, вертлюг 10 и в бурильную колонну. Дойдя до долота, промывочная жидкость проходит через имеющиеся в нем отверстия и по кольцевому пространству между стенкой скважины и бурильной колонной поднимается на поверхность. Здесь в системе емкостей 18 и очистительных механизмах (на рисунке не показаны) буровой раствор очищается от выбуренной породы, затем поступает в приемные емкости 22 буровых насосов и вновь закачивается в скважину.
В настоящее время применяют три вида забойных двигателей – турбобур, винтовой двигатель и электробур (последний применяют крайне редко).
При бурении с турбобуром или винтовым двигателем гидравлическая энергия потока бурового раствора, двигающегося вниз по бурильной колонне, преобразуется в механическую на валу забойного двигателя, с которым соединено долото.
При бурении с электробуром электрическая энергия подается по кабелю, секции которого смонтированы внутри бурильной колонны и преобразуется электродвигателем в механическую энергию на валу, которая непосредственно передается долоту.
По мере углубления скважины бурильная колонна, подвешенная к полиспастной системе, состоящей из кронблока (на рисунке не показан), талевого блока 12, крюка 13 и талевого каната11, подается в скважину. Когда ведущая труба 15 войдет в ротор 16 на всю длину, включают лебедку, поднимают бурильную колонну на длину ведущей трубы и подвешивают бурильную колонну с помощью клиньев на столе ротора. Затем отвинчивают ведущую трубу 15 вместе с вертлюгом 10 и спускают ее в шурф (обсадную трубу, заранее установленную в специально пробуренную наклонную скважину) длиной, равной длине ведущей трубы. Скважина под шурф бурится заранее в правом углу вышки примерно на середине расстояния от центра до ее ноги. После этого бурильную колонну удлиняют (наращивают), путем привинчивания к ней двухтрубной или трехтрубной свечи (двух или трех свинченных между собой бурильных труб), снимают ее с клиньев, спускают в скважину на длину свечи, подвешивают с помощью клиньев на стол ротора, поднимают из шурфа ведущую трубу с вертлюгом, привинчивают ее к бурильной колонне, освобождают бурильную колонну от клиньев, доводят долото до забоя и продолжают бурение .
Для замены изношенного долота поднимают из скважины всю бурильную колонну, а затем вновь спускают ее. Спуско-подъемные работы ведут также с помощью полиспастной системы. При вращении барабана лебедки талевый канат наматывается на барабан или сматывается с него, что и обеспечивает подъем или спуск талевого блока и крюка. К последнему с помощью штропов и элеватора подвешивают поднимаемую или спускаемую бурильную колонну.
При подъеме БК развинчивают на свечи и устанавливают их внутри вышки нижними концами на подсвечники, а верхние заводят за специальные пальцы на балконе верхового рабочего. Спускают БК в скважину в обратной последовательности.
Таким образом процесс работы долота на забое скважины прерывается наращиванием бурильной колонны и спуско-подъемными операциями (СПО)для смены изношенного долота.
Как правило, верхние участки разреза скважины представляют собой легкоразмываемые отложения. Поэтому пред бурением скважины сооружают ствол (шурф) до устойчивых пород (3-30 м) и в него спускают трубу 7 или несколько свинченных труб (с вырезанным окном в верхней части) длиной на 1-2 м больше глубины шурфа. Затрубное пространство цементируют или бетонируют. В результате устье скважины надежно укрепляется.
К окну в трубе приваривают короткий металлический желоб, по которому в процессе бурения буровой раствор направляется в систему емкостей 18 и далее, пройдя через очистительные механизмы (на рисунке не показаны), поступает в приемную емкость 22 буровых насосов.
Трубу (колонну труб) 7, установленную в шурфе, называют направлением. Установка направления и ряд других работ, выполняемых до начала бурения , относятся к подготовительным. После их выполнения составляют акт о вводе в эксплуатацию буровой установки и приступают к бурению скважины.
Пробурив неустойчивые, мягкие, трещиноватые и кавернозные породы, осложняющие процесс бурения (обычно 400-800 м), перекрывают эти горизонты кондуктором 4 и цементируют затрубное пространство 3 до устья. При дальнейшем углублении могут встретиться горизонты, также подлежащие изоляции, такие горизонты перекрываются промежуточными (техническими) обсадными колоннами.
Пробурив скважину до проектной глубины, спускают и цементируют эксплуатационную колонну (ЭК).
После этого все обсадные колонны на устье скважины обвязывают друг с другом, применяя специальное оборудование . Затем против продуктивного пласта в ЭК и цементном камне пробивают несколько десятков (сотен) отверстий, по которым в процессе испытания, освоения и последующей эксплуатации нефть (газ ) будут поступать в скважину.
Сущность освоения скважины сводится к тому, чтобы давление столба бурового раствора, находящегося в скважине, стало меньше пластового. В результате создавшегося перепада давления нефть (газ ) из пласта начнет поступать в скважину. После комплекса исследовательских работ скважину сдают в эксплуатацию .
На каждую скважину заводится паспорт, где точно отмечаются ее конструкция, местоположение устья, забоя и пространственное положение ствола по данным инклинометрических измерений ее отклонений от вертикали (зенитные углы) и азимута (азимутальные углы). Последние данные особенно важны при кустовом бурении наклонно-направленных скважин во избежание попадания ствола бурящейся скважины в ствол ранее пробуренной или уже эксплуатирующейся скважины. Фактическое отклонение забоя от проектного не должно превышать заданных допусков.
Буровые работы должны выполняться с соблюдением законов об охране труда и окружающей природной среды. Строительство площадки под буровую, трасс для передвижения буровой установки, подъездных путей, линий электропередач, связи, трубопроводов для водоснабжения, сбора нефти и газа , земляных амбаров, очистных устройств, отвал шлама должны осуществляться лишь на специально отведенной соответствующими организациями территории. После завершения строительства скважины или куста скважин все амбары и траншеи должны быть засыпаны, вся площадка под буровую – максимально восстановлена (рекультивирована) для хозяйственного использования.
1.3. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ 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. Со второй половины 19 века спрос на нефть стал возрастать в связи с широким использованием паровых машин и развитием на их основе промышленности, которая требовала больших количеств смазочных веществ и более мощных, чем сальные свечи, источников света.
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.
Одной из труднейших проблем, возникших при бурении скважин, особенно при роторном способе, была проблема герметизации затрубного пространства между обсадными трубами и стенками скважины. Решил эту проблему русский инженер А.А. Богушевский, разработавший и запатентовавший в 1906 г. способ закачки цементного раствора в обсадную колонну с последующим вытеснением его через низ (башмак) обсадной колонны в затрубное пространство. Этот способ цементирования быстро распространился в отечественной и зарубежной практике бурения .
В 1923 г. выпускник Томского технологического института М.А. Капелюшников в соавторстве с С.М. Волохом и Н.А. Корнеевым изобрели гидравлический забойный двигатель – турбобур, определивший принципиально новый путь развития технологии и техники бурения нефтяных и газовых скважин. В 1924 г. в Азербайджане была пробурена первая в мире скважина с помощью одноступенчатого турбобура, получившего название турбобура Капелюшникова.
Особое место занимают турбобуры в истории развития бурения наклонных скважин. Впервые наклонная скважина была пробурена турбинным способом в 1941 г. в Азербайджане. Совершенствование такого бурения позволило ускорить разработку месторождений, расположенных под дном моря или под сильно пересеченной местностью (болота Западной Сибири). В этих случаях бурят несколько наклонных скважин с одной небольшой площадки, на строительство которой требуется значительно меньше затрат, чем на сооружение площадок под каждую буровую при бурении вертикальных скважин. Такой способ сооружения скважин получил наименование кустового бурения.
В 1937-40 гг. А.П. Островским, Н.Г. Григоряном, Н.В. Александровым и другими была разработана конструкция принципиально нового забойного двигателя – электробура.
В США в 1964 г. был разработан однозаходный гидравлический винтовой забойный двигатель, а в 1966 в России разработан многозаходный винтовой двигатель, позволяющий осуществлять бурение наклонно-направленных и горизонтальных скважин на нефть и газ .
В Западной Сибири первая скважина, давшая мощный фонтан природного газа 23 сентября 1953 г. была пробурена у пос. Березово на севере Тюменской области. Здесь, в Березовском районе зародилась в 1963 г. газодобывающая промышленность Западной Сибири. Первая нефтяная скважина в Западной Сибири зафонтанировала 21 июня 1960 г. на Мулымьинской площади в бассейне реки Конда.
Бурением называется воздействие спецтехники на почвенные слои, в результате чего в земле образуется скважина, через которую будут добывать ценные ресурсы. Процесс бурения нефтяных скважин осуществляется по разным направлениям работы, которые зависят от расположения почвенного или горного пласта: оно может быть горизонтальным, вертикальным либо наклонным.
В результате работы в земле образуется цилиндрическая пустота в виде прямого ствола, или скважина. Ее диаметр может быть различным в зависимости от назначения, но он всегда меньше параметра длины. Начало скважины расположено на поверхности почвы. Стены называются стволом, а дно скважины – забоем.
Ключевые этапы
Если для водных скважин может использоваться среднее и легкое оборудование, то спецтехника для бурения нефтяной скважины может использоваться только тяжелая. Процесс бурения может осуществляться только при помощи специального оборудования.
Сам процесс делится на следующие этапы:
- Подвоз техники на участок, где будет производиться работа.
- Собственно бурение шахты. Процесс включает в себя несколько работ, одна из которых – углубление ствола, которое происходит при помощи регулярного промывания и дальнейшего разрушения горной породы.
- Чтобы ствол скважины не был разрушен и не засорил ее, пласты породы укрепляют. С этой целью в пространство прокладывают специальную колонну из соединенных между собой труб. Место между трубой и породой закрепляют цементным раствором: эта работа носит название тампонирования.
- Последней работой является освоение. На нем вскрывается последний пласт породы, формируется призабойная зона, а также проводится перфорация шахты и отток жидкости.
Подготовка площадки
Для организации процесса бурения нефтяной скважины потребуется провести также подготовительный этап. В случае, если разработка ведется в области лесного массива, требуется, помимо оформления основной документации, заручиться согласием на работы в лесхозе. Подготовка самого участка включает следующие действия:
- Вырубка деревьев на участке.
- Разбитие зоны на отдельные части земли.
- Составление плана работ.
- Создание поселка для размещения рабочей силы.
- Подготовка основания для буровой станции.
- Проведение разметки на месте работы.
- Создание фундаментов для установки цистерн на складе с горючими материалами.
- Обустройство складов, завоз и отладка оборудования.
После этого необходимо заняться подготовкой оборудования непосредственно для бурения нефтяных скважин. В этот этап входят следующие процессы:
- Установка и проверка техники.
- Проводка линий для энергоснабжения.
- Монтаж оснований и вспомогательных элементов для вышки.
- Установка вышки и подъем на нужную высоту.
- Отладка всего оборудования.
Когда оборудование для бурения нефтяных скважин будет готово к эксплуатации, необходимо получить заключение от специальной комиссии, что техника находится в исправном состоянии и готова к работе, а персонал обладает достаточными знаниями в области правил безопасности на производстве подобного рода. При проверке уточняется, правильную ли конструкцию имеют осветительные приборы (они должны иметь устойчивый к взрывам кожух), установлено ли по глубине шахты освещение с напряжением 12В. Замечания, касающиеся качества работы и безопасности, необходимо принять во внимание заранее.
До начала работ по бурению скважины необходимо установить шурф, завезти трубы для укрепления бурового ствола, долото, малую спецтехнику для вспомогательных работ, обсадные трубы, приборы для измерений в ходе бурения, обеспечить водоснабжение и решить другие вопросы.
Буровая площадка содержит объекты для проживания рабочих, технические помещения, лабораторное строение для анализа проб почвы и получаемых результатов, склады для инвентаря и малого рабочего инструмента, а также средства для медицинской помощи и средства безопасности.
Особенности бурения нефтяной скважины
После установки начинаются процессы по переоснащению талевой системы: в ходе этих работ монтируется оборудование, а также апробируются малые механические средства. Установка мачты открывает процесс забуривания в почву; направление не должно разойтись с осевым центром вышки.
После того, как завершается центровка, проводится создание скважины под направление: под этим процессом понимается установка трубы для усиления ствола и заливка начальной части цементом. После установки направления центровка между самой вышкой и роторными осями регулируется повторно.
Бурение под шурф осуществляется в центре ствола, и в процессе работы делается обсадка при помощи труб. При бурении шурфа используется турбобур, для регулировки скорости вращения необходимо удерживать его посредством каната, который фиксируется на самой вышке, а другой частью удерживается физически.
За пару суток до запуска буровой установки, когда прошел подготовительный этап, собирается конференция с участием членов администрации: технологов, геологов, инженеров, бурильщиков. К вопросам, обсуждаемым на конференции, относятся следующие:
- Схема залегания пластов на нефтяном месторождении: слой глины, слой песчаника с водоносами, слой нефтяных залежей.
- Конструктивные особенности скважины.
- Состав горной породы в точке исследований и разработок.
- Учет возможных трудностей и осложняющих работу факторов, которые могут появиться при бурении нефтяной скважины в конкретном случае.
- Рассмотрение и анализ карты нормативов.
- Рассмотрение вопросов, связанных с безаварийной проводкой.
Документы и оборудование: основные требования
Процесс бурения скважины под нефть может начаться только после оформления ряда документов. К ним относятся следующие:
- Разрешение о начале эксплуатации буровой площадки.
- Карта нормативов.
- Журнал по растворам для бурения.
- Журнал по обеспечению охраны труда в работе.
- Учет функционирования дизелей.
- Вахтовый журнал.
К основному механическому оборудованию и расходным материалам, которые используются в процессе бурения скважины, относятся следующие виды:
- Оборудование для цементирования, сам цементный раствор.
- Оборудование для обеспечения безопасности.
- Каротажные механизмы.
- Техническая вода.
- Реагенты для различных целей.
- Вода для питья.
- Трубы для обсадки и собственно бурения.
- Площадка под вертолет.
Типы скважин
В процессе бурения нефтяной скважины в горной породе формируется шахта, которую проверяют на наличие нефти либо газа посредством перфорации ствола, при котором происходит стимуляция притока искомого вещества из продуктивной области. После этого бурильная техника демонтируется, скважина пломбируется с указанием даты начала и окончания бурения, а затем мусор вывозится, а металлические части подвергаются утилизации.
При начале процесса диаметр ствола составляет до 90 см, а к концу редко доходит до 16,5 см. В ходе работы строительство скважины делается в несколько этапов:
- Углубление дня скважины, для чего используется буровое оборудование: оно размельчает горную породу.
- Удаление обломков из шахты.
- Закрепление ствола при помощи труб и цемента.
- Работы, в ходе которых исследуется полученный разлом, выявляются продуктивные расположения нефти.
- Спуск глубины и ее цементирование.
Скважины могут отличаться по заглубленности и делятся на следующие разновидности:
- Небольшие (до 1500 метров).
- Средние (до 4500 метров).
- Углубленные (до 6000 метров).
- Сверхуглубленные (более 6000 метров).
Бурение скважины подразумевает измельчение цельного пласта породы долотом. Полученные части удаляют посредством вымывания специальным раствором; глубина шахты делается больше при разрушении всей забойной площади.
Проблемы в ходе бурения нефтяных скважин
В ходе бурения скважин можно столкнуться с рядом технических проблем, которые замедлят или сделают работу практически невозможной. К ним относятся следующие явления:
- Разрушения ствола, обвалы.
- Уход в почву жидкости для промывки (удаления частей породы).
- Аварийные состояния оборудования или шахты.
- Ошибки в сверлении ствола.
Чаще всего обвалы стенок происходят из-за того, что горная порода обладает нестабильной структурой. Признаком обвала является увеличенное давление, большая вязкость жидкости, которая используется для промывки, а также повышенное число кусков породы, которые выходят на поверхность.
Поглощение жидкости чаще всего случается в случае, если залегающий ниже пласт целиком забирает раствор в себя. Его пористая система или высокая степень впитываемости способствует такому явлению.
В процессе бурения скважины снаряд, который движется по часовой стрелке, доходит до места забоя и поднимается обратно. Проведение скважины доходит до коренных пластов, в которые происходит врезка до 1,5 метра. Чтобы скважина не была размыта, в начало погружается труба, она же служит средством проведения промывочного раствора напрямую в желоб.
Буровой снаряд, а также шпиндель может вращаться с разной скоростью и частотой; этот показатель зависит от того, какие виды горных пород требуется пробить, какой диаметр коронки будет сформирован. Скорость контролируется посредством регулятора, который регулирует уровень нагрузки на коронку, служащую для бурения. В процессе работы создается необходимое давление, которое оказывается на стены забоя и резцы самого снаряда.
Проектирование бурения скважины
Перед началом процесса по созданию нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, в котором обозначаются следующие аспекты:
- Свойства обнаруженных горных пород (устойчивость к разрушению, твердость, степень содержания воды).
- Глубина скважины, угол ее наклона.
- Диаметр шахты в конце: это важно для определения степени влияния на него твердости горных пород.
- Метод бурения скважины.
Проектирование нефтяной скважины необходимо начинать с определения глубины, конечного диаметра самой шахты, а также уровня бурения и конструктивных особенностей. Геологический анализ позволяет разрешить эти вопросы вне зависимости от типа скважины.
Методы бурения
Процесс создания скважины для добычи нефти может осуществляться несколькими способами:
- Ударно-канатный метод.
- Работа с применением роторных механизмов.
- Бурение скважины с использованием забойного мотора.
- Бурение турбинного типа.
- Бурение скважины с использованием винтового мотора.
- Бурение скважины посредством электрического бура.
Первый способ относится к наиболее известным и проверенным методам, и в этом случае шахту пробивают ударами долота, которые производятся с определенной периодичностью. Удары делаются посредством влияния веса долота и утяжеленной штанги. Поднятие оборудования происходит из-за балансира оборудования для бурения.
Работа с роторным оборудованием основана на вращении механизма при помощи ротора, который ставится на устье скважины через трубы для бурения, которые осуществляют функцию вала. Бурение скважин малого размера производится посредством участия в процессе шпиндельного мотора. Роторный привод соединен с карданом и лебедкой: такое устройство позволяет контролировать скорость, с которой вращаются валы.
Бурение при помощи турбины производится посредством передачи вращающегося момента колонне от мотора. Такой же способ позволяет передавать и энергию гидравлики. При этом методе функционирует только один канал подачи энергии на уровне до забоя.
Турбобур – это особый механизм, который преобразует энергию гидравлики в давлении раствора в механическую энергию, которая и обеспечивает вращение.
Процесс бурения нефтяной скважины состоит из опускания и подъема колонны в шахту, а также удерживание на весу. Колонной называется сборная конструкция из труб, которые соединяются друг с другом посредством специальных замков. Главной задачей является передача различных типов энергии к долоту. Таким образом осуществляется движение, приводящее к углублению и разработке скважины.
