1.5 Способы бурения скважин. Схема конструкции скважин, их элементы, технологический процесс бурения

Таблица - Способы бурения скважин

Способ бурения	Определение
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 породоразрушающий 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.
Твёрдосплавный	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-штанговый	Ударное бурение, при котором возвратно-поступательное движение, создаваемое станком, передаётся породоразрушающему инструменту бурильными трубами.
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.
Вибрационный	Механическое бурение, при котором внедрение бурового снаряда осуществляется виброударником.
Гидродинамический	Бурение, при котором горная порода разрушается высоконапорной струёй жидкости.
Термический	Бурение, при котором горная порода разрушается тепловым воздействием.
Электрофизический	Бурение, при котором разрушается горная порода под воздействием сил, возникающих в результате электрического разряда.
Взрывоударный	Бурение, при котором горная порода разрушается под воздействием сил, возникающих в результате взрыва.
Химический	Бурение, при котором горная порода разрушается под действием реагентов, вступающих с ней в химическую реакцию.
С промывкой	Бурение, при котором продукты разрушения горных пород удаляются потоком промывочной жидкости.
С продувкой	Бурение, при котором продукты разрушения горных пород удаляются потоком газа.

Скважина – цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше длины. Начало скважины называется устьем, цилиндрическая поверхность – стенкой или стволом, дно – забоем. Расстояние от устья до забоя по оси ствола определяет длину скважины, а по проекции оси на вертикаль – ее глубину. Максимальный начальный диаметр нефтяных и газовых скважин обычно не превышает 900 мм, а конечный редко бывает меньше 165 мм.

Рисунок 1- Скважина и ее элементы

Бурение скважин – сложный технологический процесс строительства ствола буровых скважин, состоящий из следующих основных операций:

• углубление скважин посредством разрушения горных пород буровым инструментом;

• удаление выбуренной породы из скважины;

• крепление ствола скважины в процессе ее углубления обсадными колоннами;

• проведение комплекса геолого-геофизических работ по исследованию горных пород и выявлению продуктивных горизонтов;

• спуск на проектную глубину и цементирование последней (эксплуатационной) колонны.

При бурении на нефть и газ порода разрушается буровыми долотами, а забой скважин обычно очищается от выбуренной породы потоками непрерывно циркулирующей промывочной жидкости (бурового раствора), реже производится продувка забоя газообразным рабочим агентом.

Скважины бурятся вертикально. При необходимости применяют наклонное бурение: наклонно-направленное, кустовое, много-забойное, двуствольное (рисунок 2).

Рисунок 2 - Виды скважин

Цели и назначение буровых скважин различные.

Эксплуатационные скважины закладывают на полностью разведанном и подготовленном к разработке месторождении. В категорию эксплуатационных входят не только скважины, с помощью которых добывают нефть и газ (добывающие скважины), но и скважины, позволяющие организовать эффективную разработку месторождения (оценочные, нагнетательные, наблюдательные).

Оценочные скважины предназначены для уточнения режима работы пласта и степени выработки участков месторождения, уточнения схемы его разработки.

Нагнетательные скважины служат для организации законтурного и внутриконтурного нагнетания в эксплуатационный пласт воды, газа или воздуха в целях поддержания пластового давления.

Наблюдательные скважины сооружают для систематического контроля за режимом разработки месторождения.

Конструкция эксплуатационной скважины определяется числом рядов труб, спускаемых в скважину и цементируемых в процессе бурения для успешной проводки скважин, а также оборудованием ее забоя (рисунок 3).

Рисунок 3 - Конструкция скважины

В скважину спускают следующие ряды обсадных труб:

• Направление – для предотвращения размыва устья.

• Кондуктор – для крепления верхних неустойчивых интервалов разреза, изоляции горизонтов с грунтовыми водами, установки на устье противовыбросового оборудования.

• Промежуточная обсадная колонна (одна или несколько) - для предотвращения возможных осложнений при бурении более глубоких интервалов (при бурении однотипного разреза прочных пород обсадная колонна может отсутствовать).

• Эксплуатационная колонна – для изоляции горизонтов и извлечения нефти и газа из пласта на поверхность. Эксплуатационную колонну оборудуют элементами колонной и заколонной оснастки (пакеры, башмак, обратный клапан, центратор, упорное кольцо и т. п.).

Конструкция скважины называется одноколонной, если она состоит только из эксплуатационной колонны, двухколонной — при наличии одной промежуточной и эксплуатационной колонн, и т. д.

Различают понятия "бурение" и "сооружение скважины". Под бурением понимают комплекс операций, в результате которых создается буровая скважина.

- Разрушение горной породы на забое.

- Удаление разрушенной породы (шлама) с забоя на поверхность.

- Закрепление стенок скважины в неустойчивых (обрушающих) породах.

Породу можно разрушать механическим, электрическим, термическим (тепловым), взрывным, химическим и другими способами.

Бурят обычно механическим способом различными породоразрушающими инструментами. При этом под воздействием статических и динамических нагрузок породоразрушающий инструмент сминает, раздавливает, режет, скалывает, дробит, истирает, уплотняет породы. Разрушение породы может происходить по всему забою или по кольцу с образованием ненарушенного столбика породы (керна).

Существуют следующие способы удаления частиц разрушенной породы:

- гидравлический, при котором продукты разрушения выносятся потоком промывочной жидкости (вода, глинистый раствор, специальные промывочные жидкости на основе нефти, полимеров и др.);

- пневматический, при котором продукты разрушения выносятся потоком сжатого воздуха или газов;

- механический, осуществляется буровым или специальным инструментом (буровой стакан, ложковый или спиральный бур, шнек, желонка), что определяется способом бурения;

- комбинированный использует два или три перечисленных выше способов одновременно или последовательно.

Стенки скважины в неустойчивых породах в процессе углубления наиболее часто закрепляют вяжущими промывочными жидкостями (глинистые, полимерные и пр.), а также цементом и цементосодержащими материалами, синтетическими смолами, замораживанием и др. Для крепления скважин на более длительное время в основном применяют стальные обсадные трубы, но могут использоваться трубы из нержавеющей стали, чугуна, асбоцемента, пластмасс и других материалов.

Под сооружением скважины понимают комплекс работ по ее подготовке, бурению и поддержанию в устойчивом состоянии, проведению в ней необходимых исследований, ликвидации или сдаче ее в эксплуатацию.

Сооружение скважины, кроме бурения предусматривает выполнение следующих видов работ:

монтаж буровой установки;

испытание и исследования в скважине - каротаж;

замер искривления и уровня жидкости, отбор проб воды, определение дебита с помощью откачек и т.п.;

тампонирование скважины с целью разобщения и изоляции водоносных и поглощающих пластов;

установка фильтра и водоподъемника в гидрогеологической скважине;

предупреждение и ликвидация аварий скважины (ликвидационное тампонирование);

разборка буровой установки и работы по рекультивации почвы.

Перечисленные виды работ выполняются буровыми, монтажными, каротажными, гидрогеологическими и другими бригадами.