shammazov_ONGD

Кроме того, при поиске, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений бурят картировочные, сейсморазведочные, специальные

идругие скважины.

6.3.Классификация способов бурения

Классификация способов бурения на нефть и газ приведена

на рис. 6.2.

Бурение скважин на нефть и газ

винтовой электробур турбобур двигатель

Рис. 6.2. Классификация способов бурения скважин на нефть и газ

По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта

с породой источника воздействия на нее. Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются.

Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.

При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом 1, подвешенным на канате (рис. 6.3). Буровой инструмент включает также ударную штангу 2 и канатный замок 3. Он подвешивается на канате 4, который перекинут через блок 5, установленный на какой-либо мачте (условно не показана). Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок 6.

Рис. 6.3. Схема ударного бурения: 1—долото; 2—ударная штанга; 3—канатный замок; 4—канат; 5—блок; 6—буровой станок

По мере углубления скважины канат удлиняют. Цилиндричность скважины обеспечивается поворотом долота во время работы.

Для очистки забоя от разрушенной породы буровой инструмент периодически извлекают из скважины, а в нее опускают желонку, похожую

на длинное ведро с клапаном в дне. При погружении желонки в смесь из жидкости (пластовой или наливаемой сверху) и разбуренных частиц породы клапан открывается и желонка заполняется этой смесью. При подъеме желонки клапан закрывается и смесь извлекается наверх.

По завершении очистки забоя в скважину вновь опускается буровой инструмент и бурение продолжается.

Во избежание обрушения стенок скважины в нее спускают обсадную трубу, длину которой наращивают по мере углубления забоя.

В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин удар­ ное бурение в нашей стране не применяют.

Нефтяные и газовые скважины сооружаются методом вращательного бурения. При данном способе породы дробятся не ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.

Турбобур—это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости. Электробур представляет собой электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности. Винтовой двигатель—это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.

По характеру разрушения горных пород на забое различают сплош-

ное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонковое бурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечения керна—ци- линдрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.

Все буровые долота классифицируются на три типа:

1)долота режуще-скалывающего действия, разрушающие породу лопастями (лопастные долота);

2)долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями, расположенными на шарошках (шарошечные долота);

3)долота режуще-истирающего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, которые расположены в торцевой части долота (алмазные и твердосплавные долота).

Рис. 6.4. Схема бурения скважины

6.4. Буровые установки, оборудование и инструмент

Бурение скважин осуществляется с помощью буровых установок, оборудования и инструмента.

Буровые установки Буровая установка—это комплекс наземного оборудования, необходимый для выполнения опера-

ций по проводке скважины. В состав буровой установки входят (рис. 6.4):

•буровая вышка;

•оборудование для механизации спускоподъемных операций;

•наземное оборудование, непосредственно используемое при бурении;

•силовой привод;

•циркуляционная система бурового раствора;

•привышечные сооружения.

Буровая вышка—это сооружение над скважиной для спуска и подъема бурового инструмента, забойных двигателей, бурильных и обсадных труб, размещения бурильных свечей (соединение между собой двух-трех бурильных труб общей длиной 25…36 м) после подъема их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и атмосферных осадков.

Различают два типа вышек: башенные (рис. 6.5) и мачтовые (рис. 6.6). Их изготавливают из труб или прокатной стали.

Башенная вышка представляет собой правильную усеченную четырех­ гранную пирамиду решетчатой конструкции. Ее основными элементами являются ноги 1, ворота 2, балкон верхнего рабочего 3, подкронблочная площадка 4, козлы 5, поперечные пояса 6, стяжки 7, маршевая лестница 8.

Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А-об- разные). Последние наиболее распространены.

В конструкцию мачтовой вышки А-образного типа входят подъемная стойка 1, секции мачты 2, 3, 4, 6, пожарная лестница 5, монтажные козлы 7 для ремонта кронблока, подкронблочная рама 8, растяжки 9, 10, 14, оттяжки 11, тоннельные лестницы 12, балкон верхнего рабочего 13, предохранительный пояс 15, маршевые лестницы 16, шарнир 17.

А-образные вышки более трудоемки в изготовлении и поэтому более дороги. Они менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и затем монтировать.

Основные параметры вышки—грузоподъемность, высота, емкость «магазинов» (хранилищ для свечей бурильных труб), размеры верхнего и нижнего оснований, длина свечи, масса.

Грузоподъемность вышки—это предельно допустимая вертикальная статическая нагрузка, которая не должна быть превышена в процессе всего цикла проводки скважины.

Рис. 6.5. Вышка ВМ-41:

1—нога; 2—ворота; 3—балкон; 4—подкронблочная площадка;

5—монтажные козлы; 6—поперечные пояса; 7—стяжки; 8—маршевая лестница

Рис. 6.6. Мачтовая вышка А-образного типа:

1—подъемная стойка; 2, 3, 4, 6—секция мачты; 5—пожарная лестница;

7—монтажные козлы для ремонта кронблока; 8—подкронблочная рама; 9, 10, 14—растяжки; 11—оттяжки; 12—тоннельные лестницы; 13—балкон; 15—предохранительный пояс; 16—маршевые лестницы; 17—шарнир

Высота вышки определяет длину свечи, которую можно извлечь из скважины и от величины которой зависит продолжительность спускоподъемных операций. Чем больше длина свечи, тем на меньшее число частей необходимо разбирать колонну бурильных труб при смене бурового инструмента. Сокращается и время последующей сборки колонны. Поэтому с ростом глубины бурения высота и грузоподъемность вышек увеличиваются. Так, для бурения скважин на глубину 300…500 м используется вышка высотой 16…18 м, глубину 2000…3000 м—высотой 42 м и на глубину 4000…6500 м—53 м.

Емкость «магазинов» показывает, какая суммарная длина бурильных труб диаметром 114…168 мм может быть размещена в них. Практически вместимость «магазинов» показывает на какую глубину может быть осуществлено бурение с помощью конкретной вышки.

Размеры верхнего и нижнего оснований характеризуют условия работы буровой бригады с учетом размещения бурового оборудования, бурильного инструмента и средств механизации спускоподъемных операций. Размер верхнего основания вышек составляет 2 × 2 м или 2,6 × 2,6 м, нижнего 8 × 8 м или 10 × 10 м.

Общая масса буровых вышек составляет несколько десятков тонн.

Оборудование для механизации спускоподъемных операций вклю­ чает талевую систему и лебедку.

Талевая система состоит из неподвижного кронблока (рис. 6.7), установленного в верхней части буровой вышки, талевого блока (рис. 6.8), соединенного с кронблоком талевым канатом, один конец которого крепится к барабану лебедки, а другой закреплен неподвижно, и бурового крюка. Талевая система является полиспастом (системой блоков), который в буровой установке предназначен, в основном, для уменьшения натяжения талевого каната, а также для снижения скорости движения бурильного инструмента, обсадных и бурильных труб.

Иногда применяют крюкоблоки—совмещенную конструкцию талевого блока и бурового крюка.

На крюке подвешивается бурильный инструмент: при бурении—с помощью вертлюга, а при спускоподъемных операциях—с помощью штропов и элеватора (рис. 6.9).

Буровая лебедка предназначена для следующих операций:

•спуска и подъема бурильных и обсадных труб;

•удержания на весу бурильного инструмента;

•подтаскивания различных грузов;

•подъема оборудования и вышек в процессе монтажа установок и т. п.

Буровая установка комплектуется буровой лебедкой соответствующей грузоподъемности.

Рис. 6.7. Кронблок:

1—шкивы; 2—ось; 3—рама; 4—предохранительный кожух; 5—вспомогательные шкивы

Рис. 6.8. Талевый блок:

1—траверса; 2—шкивы; 3—ось; 4— предохранительные кожухи; 5—щеки; 6—серьга

Рис. 6.9. Схема подвешивания бурильной трубы при спускоподъемных операциях: а) схема; б) элеватор; 1—бурильная труба; 2—элеватор; 3—штроп

Для механизации операций по свинчиванию и развинчиванию замковых соединений бурильной колонны внедрены автоматические буровые ключи АКБ-3М и подвесные ключи ПБК-1, пневматический клиновой захват ПКР-560 для механизированного захвата и освобождения бурильных труб.

Ключ АКБ-3М (рис. 6.10) устанавливается между лебедкой и ротором на специальном фундаменте. Его основными частями являются блок ключа 1, каретка с пневматическими цилиндрами 2, стойка 3 и пульт управления 4. Блок ключа—основной механизм, непосредственно свинчивающий и развинчивающий бурильные трубы. Он смонтирован на каретке, которая перемещается при помощи двух пневматических цилинд­ ров по направляющим: либо к бурильной трубе, установленной в роторе, либо от нее.

Зажимные устройства, как и механизм передвижения блока ключа, работают от пневматических цилиндров, включаемых с пульта управления 4. Для этого в систему подается сжатый воздух от ресивера.

Ключ ПБК-1 подвешивается в буровой на канате. Высота его подвес­ ки регулируется пневматическим цилиндром с пульта управления.