5. Бурение скважин

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше ее длины (рис. 2.1).

рис.2.1 Основные элементы буровой скважины: •Устье скважины (1) - пересечение трассы скважины с дневной поверхностью

•Забой скважины (2) - дно буровой скважины, перемешающееся в результате воздействия иородоразрушающего 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) или по его периферийной части (кольцевым забоем). 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:

1. Вертикальные;

2. Наклонные:

3. 11рямолинейноискривленные;

4. Искривленные;

5. Прямолинейноискривленные (с горизонтальным участком);

6. Сложноискривленные

При поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений бурят опорные, пара-метрические, структурные, поисковые разведочные, эксплуатационные, нагнетательные, наблюда­тельные и другие скважины.

-Опорные скважины закладываются в районах, не исследованных бурением, и служат для изучения состава и возраста слагающих их пород

-Параметрические скважины закладываются в относительно изученных районах с целью уточ­нения их геологического строения и перспектив нефтаиюносности.

-Структурные скважины бурятся для выявления перспективных площадей и их подготовки к исково-разведочному бурению.

-Поисковые скважины бурят с целью открытия новых промышленных залежей нефти и газа -Разведочные скважины бурятся на площадях с установленной промышленной нефтегазоносно-стью ятя изучения размеров и строения залежи, получения необходимых исходных данных ятя подсчета запасов нефти и газа, а также проектирования ее разработки.

-Эксплуатационные скважины закладываются в соответствии со схемой разработки залежи и служа! для получения нефти и газа из земных недр.

-Нагнетательные скважины используются для закачки в продуктивные горизонты воды (реже воздуха, газа) с целью поддержания пластового давлениями продления фонтанного периода разработки месторождений, увеличения Дебита эксплуатационных скважин, снабженных насосами и воздушными подъемникам.

-Наблюдательные скважины бурят для контроля за разработкой залежи промышленного значе­ния.

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 кренить ее егвол и раюбщать (изолировать) пласты, содержащие различные флюиды.

Для того, чтобы обеспечить бурение скважины до проектной глубины, ее ствол поинтервапьно закрепляют стальными цельнокатаными трубами, называемыми обсадными, а в кольцевое пространство между стенками скважины и колонной труб закачивается цемент­ный раствор, образующий при затвердевании цементный камень.

Обсадные грубы изготавливаются длиной 6-12 и собираются в колонну (соединяются) при помощи резьбы, нарезанной на концах каждой трубы и муфт.

Геологические и экологические условия обуславливают необходимость спуска не­скольких колонн, но не менее двух - кондуктора и эксплуатационной колонны.

Совокупность данных о количестве обсадных колонн, их диаметрах и глубинах спус­ка, диаметрах ствола скважины для каждой колонны, интервалах цементирования называют конструкцией скважины.

Элементы конструкции:

Направление- первая колонна из труб большого диаметра предназначенная для предотвращения размыва потоком бурового раствора рыхлых наносных пород на устье скважины.

Кондуктор - следующая за направлением колонна обсадных труб, которой крепят ствол скважины. Предназначен для перекрытия малоустойчивых горных пород и изоляции водоносных горизонтов с пресными водами.

Эксплуатационная колона - канал из обсадных труб, соединяющий недра земли с дневной поверхностью.

Глубина спуска эксплуатационной колоны определяется глубиной залегания продук­тивного пласта, а диаметр - дебитом скважины и способом эксплуатации.

Колонны труб между кондуктором и эксплуатационной колонной называют п р о м ежу г о ч н ы м и, имеющие техническое назначение.

Промежуточные колонны применяются сплошными или в виде «летучек». Летучками называют колонны, верхняя часть которых («голова») расположена ниже устья скважины. Хвостовик представляет собой «летучку», являющуюся продолжением обсадной колонны, чаще всего эксплуатационной. При креплении верхняя часть хвостовика должна заходить в предыдущую колонну не менее чем на 30 - 50 м и обеспечить герметичность соединения.

Необходимая разность диаметров скважин и муфт обсадных колонн должна выбирать­ся исходя из оптимальных величин, установленных практикой бурения и максимально обеспечивающих беспрепятственный спуск каждой колонны до проектной глубины, а также качественное их цементирование.

Минимально допустимая разность диаметров муфт обсадных труб и скважины регла­ментируется Правилами безопасности в нефтяной и газовой промышленности (ПБНГП). Проектируют конструкцию скважины исходя из заданного диаметра эксплуатационной колонны, обеспечивающей технологический процесс добычи нефти.

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.

Процесс бурения скважин на нефть и газ проводится с применением промывочных жидкостей. Как правило, это глинистый раствор, который приготавливается на буровой и облегчает процесс бурения, выполняя многочисленные функции. К главным из них отно­сятся: вынос частиц выбуренной породы и очистка забоя, укрепление стенок скважины глиной, охлаждение инструментов и оборудования (долота, турбобура, электробура и ко­лонны), передача энергии турбобуру, защита оборудования от коррозии и др.

Помимо глинистого раствора в ряде случаев применяются нефтяные и аэрированные промывочные жидкости.

Нередко в глинистый раствор добавляют различные химреагенты в целях снижения водоот­дачи или вязкости, если это требуется.

При этом под вязкостью глинистого раствора понимают внутреннее трение, т. е. способ­ность протекать через породу, а под водоотдачей — способность раствора отдавать воду пористым породам. В результате воздействия глинистого раствора на стенки скважины возникает глинистая корка, сужающая ствол скважины. В случаях, когда возникает очень толстая и рыхлая корка, снизив водоотдачу, можно существенно расширить ствол сква­жины.

Среди понизителей водоотдачи используют: УЩР — углеще-лочной реагент, ССБ — сульфит-спиртовую барду и КМЦ — карбоксилметилцеллюлозу.

Для понижения вязкости глинистого раствора, чтобы улучшить, например, продвижение пузырьков газа через столб жидкости, применяют реагенты: окзил, иитролигнин, сунил. Кроме этого, применяют реагенты специального назначения: каустическую соду, кальцини­рованную соду, жидкое стекло, поваренную соль, известь, баритхроматы и бихроматы [36].

Как правило, разбуривание интервалов продуктивных пластов проводят с применением промывочных жидкостей на нефтяной основе, к которым относятся: жидкие нефтепродук­ты, дизельное топливо, извсстково-битумные растворы и др. Однако их применение приво­дит к увеличению затрат на бурение и требует строгого соблюдения мер по охране труда и окружающей среды, так как возможны загрязнения буровых площадок нефтью.

При бурении скважин на нефть и газ возможны различные осложнения, которые приос­танавливают процесс бурения и требуют проведения подземного ремонта скважин.

В качестве примера приведём типичные осложнения, возникающие при. проводке сква­жин на Оренбургском газонефтяном объекте.

При бурении часто наблюдались обвалы верхней части осадочного комплекса, сложен­ной глинами, песчаниками и галечниками; образование каверн в галогенных породах кун-гура, в которых происходили поломы бурильного инструмента; возникало аномально высокое давление, требующее бурения на утяжелённом растворе (1,7 г/см ); поглощение глини­стого раствора (вплоть до потери циркуляции) при проходке пористых и трешиноватых пород, что в сочетании с аномально высоким давлением грозит открытыми газовыми вы­бросами; образование сальников против пористых и трещиноватых пород продуктивной толщи, что приводит к прихватам и затяжкам бурильного инструмента.

После спуска обсадных колонн в скважину производят их цементирование (цементаж). Для этого в затрубное пространство за ливают цемент, используя специальные тампонаж-ные цементы. Цементные растворы готовятся в специальных цементосмеситель-ных маши­нах, которые приезжают на буровую. Через цементировочные агрегаты, оснащенные насо­сами, происходит про давка цемента из обсадной колонны в затрубное пространство скважи­ны до определенной высоты подъёма цемента, указанной в ГТН.

Разбуривание продуктивных горизонтов в разведочных скважинах проводится колонко­выми долотами с целью отбора и последующего изучения керна. После окончания бурения продуктивных пластов проводится полный объём промыслово-геофи-зических исследова­ний скважин (ГИС).