Міністерство освіти і науки України
Полтавський національний технічний університет
імені Юрія Кондратюка
Кафедра обладнання нафтових і газових промислів
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
ІЗ ДИСЦИПЛІНИ «ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЇ БУРІННЯ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЇ НАФТОВИХ І ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИН»
ДЛЯ СТУДЕНТІВ ЗА НАПРЯМОМ ПІДГОТОВКИ
6.050304 «НАФТОГАЗОВА СПРАВА»
УСІХ ФОРМ НАВЧАННЯ
Полтава 2013
УДК 622.275
Рецензенти: М.Л. Зоценко, завідувач кафедрою ВНГта ГТ ПолтНТУ
ім. Ю. Кондратюка, д. т. н., професор;
О.Г. Лазаренко, к. т. н., головний інженер НТП «Бурова техніка».В.П.
Укладач – В.М. Орловський, кандидат технічних наук, доцент.
Конспект лекцій із дисципліни «Основи технології буріння та експлуатації нафтових і газових свердловин» для студентів за напрямком підготовки 6.050304 «Нафтогазова справа» усіх форм навчання. – Полтава: ПолтНТУ, 2013. – 168 с.
Рекомендовано до друку науково-методичною радою Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка
Протокол № 4 від 27.12.2013 р.
Конспект лекцій призначений для формування у студентів знань про буріння та експлуатацію нафтових і газових свердловин, необхідних при проектуванні, експлуатації, ремонті та виготовленні бурового і нафтогазовидобувного обладнання.
Код методичного видання 50.10.02.01
© Орловський В.М., 2013
ЗМІСТ
|
||
|
Перелік умовних позначень…………………………………… |
6 |
|
Вступ……………………………………………………………. |
7 |
1. |
Розвиток бурової справи на Україні …...……………………... |
9 |
1.1 |
Мета і завдання курсу …………………………………………... |
9 |
1.2. |
Розвиток бурової справи на Україні …………...………….….. |
9 |
2. |
Класифікація свердловин за призначенням. Конструкція свердловин……………………………………………………… |
16 |
2.1. |
Класифікація свердловин за призначенням ………………….. |
18 |
2.2. |
Конструкція свердловин ………………………………………. |
19 |
3. |
Основні складові процесу будівництва свердловин. Основні техніко-економічні показники будівництва свердловин ……. |
21 |
3.1. |
Основні складові процесу будівництва свердловин .………... |
21 |
3.2. |
Основні техніко-економічні показники будівництва свердловин ……………………………………………………... |
24 |
4. |
Способи і режими буріння свердловин ………………………. |
26 |
4.1. |
Способи буріння свердловин …………………………………. |
26 |
4.2. |
Режими буріння свердловин ………………………………….. |
28 |
5. |
Фізико-механічні властивості гірських порід ……………….. |
30 |
5.1. |
Загальні відомості про гірські породи ……………………….. |
30 |
5.2. |
Фізико-механічні властивості гірських порід ……………….. |
32 |
6. |
Породоруйнуючий інструмент ……………………………….... |
37 |
6.1. |
Призначення та класифікація породоруйнуючих інструментів |
37 |
6.2. |
Бурові долота для буріння свердловин суцільним вибоєм …... |
38 |
6.3. |
Бурові долота для буріння з відбором керна ………………… |
46 |
6.4. |
Бурові долота спеціального призначення ……………………. |
48 |
7. |
Промивання свердловини ………………………………………. |
50 |
7.1. |
Функції промивальної рідини та вимоги до неї ………………. |
50 |
7.2. |
Класифікація промивальних рідин …………………………… |
50 |
7.3. |
Властивості промивальних рідин …………………………….... |
52 |
8. |
Бурильна колона ……………………………………………….... |
58 |
8.1. |
Умови роботи бурильної колони ………………………………. |
58 |
8.2. |
Конструктивні особливості елементів бурильної колони ……. |
59 |
8.3. |
Технологічне оснащення бурильної колони …………………... |
66 |
9. |
Кріплення свердловин ………………………………………….. |
69 |
9.1. |
Мета і способи кріплення свердловин ……………………….... |
69 |
9.2. |
Обсадні труби та їх з’єднання ………………………………….. |
69 |
9.3. |
Оснащення низу обсадних колон …………………………….... |
73 |
10. |
Цементування свердловин ……………………………………... |
76 |
10.1. |
Мета цементування свердловин ……………………………..… |
76 |
10.2. |
Способи первинного цементування ………………………….... |
76 |
10.3. |
Тампонажні матеріали ………………………………………….. |
78 |
11. |
Первинне розкриття та випробування продуктивних пластів .. |
82 |
11.1. |
Способи первинного розкриття продуктивних пластів ………. |
82 |
11.2. |
Суть, способи та задачі випробування продуктивних горизонтів ………………………………………………………. |
84 |
12. |
Умови залягання покладів вуглеводнів. Елементи фізики нафтового пласта …………………………...…………………… |
87 |
12.1. |
Умови залягання покладів вуглеводнів ……………………….. |
87 |
12.2. |
Колекторські властивості теригенних (уламкових) гірських порід ………………………………………………………….….. |
89 |
12.3 |
Колекторські властивості карбонатних (тріщинуватих) порід . |
91 |
13. |
Режими роботи нафтових і газових покладів …………………. |
93 |
13.1 |
Джерела і характеристики пластової енергії …….……………. |
93 |
13.2 |
Режими роботи нафтових і газових покладів …………………. |
95 |
13.3 |
Нафтовилучення із пластів ……………………………………... |
99 |
14. |
Освоєння свердловин і дослідження свердловин …………….. |
102 |
14.1 |
Освоєння свердловин ………………………………………….... |
102 |
14.2 |
Методи дослідження пластів і продуктивності свердловин …. |
105 |
14.3 |
Дослідження нафтових свердловин на приплив при сталому режимі …………………………………………………………… |
106 |
15. |
Системи розробки нафтових і газових родовищ …………….... |
109 |
15.1. |
Виділення експлуатаційних об’єктів …………...…………….... |
109 |
15.2 |
Системи розробки багато пластових родовищ ………………... |
110 |
15.3 |
Системи розробки експлуатаційних об’єктів (покладів) …….. |
111 |
16. |
Методи підвищення нафто- і газовіддачі пластів …………….. |
118 |
16.1 |
Фактори, що впливають на повноту вилучення нафти й газу з покладів ………………………………………………………….. |
118 |
16.2 |
Методи збільшення нафтовіддачі пластів …………..………… |
119 |
16.3 |
Газо- і конденсатовіддача газових і газоконденсатних покладів ………………………………………………………….. |
123 |
17. |
Способи експлуатації нафтових і газових свердловин ……….. |
125 |
17.1. |
Фонтанна і газліфтна експлуатація свердловин……………….. |
125 |
17.2 |
Експлуатація свердловин глибинонасосними установками …. |
132 |
17.3 |
Вибір раціонального способу експлуатації свердловин ……… |
140 |
17.4 |
Обладнання та експлуатація газових свердловин ...................... |
141 |
18. |
Методи підвищення продуктивності свердловин …………….. |
144 |
18.1. |
Кислотна обробка пласта ………………………..……………… |
144 |
18.2. |
Гідравлічний розрив пластів …………………………………… |
148 |
18.3. |
Гідропіскоструминна перфорація ................................................ |
151 |
18.4 |
Теплофізичні методи впливу …………………………………... |
152 |
18.5. |
Імпульсно-ударний і вібраційний вплив ………………...…….. |
153 |
19. |
Боротьба з ускладненнями при експлуатації нафтових і газових свердловин. Ремонт свердловин ……………………… |
156 |
19.1. |
Боротьба з ускладненнями при експлуатації нафтових і газових свердловин ……………………………………………... |
156 |
19.2. |
Ремонт свердловин ……………………………………………… |
159 |
|
Термінологічний словник ………………………………………. |
164 |
|
Список літератури……………………………………………...... |
167 |
Перелік умовних позначень
ВНЗ – водонафтова зона.
ВНК – водонафтовий контакт
ВР – вибухові речовини.
ГНК – газонафтовий контакт.
ГРП – газорозподільчий пункт (в нафтопромисловому обладнанні).
ГРП – гідророзрив пласта (у технології видобування).
ДКС – дотискувальна компресорна станція
ІНМ – Інститут надтвердих матеріалів.
КМЦ – карбоксиметилцелюлоза.
ЛБТ – легкосплавні бурильні труби.
НГВУ – нафтогазовидобувне управління.
НКТ – насосно-компресорні труби.
ОБТ – обважнені бурильні труби.
ОЗЦ – очікування затвердівання цементу.
ПАА – поліакриламід.
ПАР – поверхнево-активні речовини.
рН – водневий показник.
СНЗ – статичне напруження зсуву.
СПО – спуско-підіймальні операції.
ССБ – сульфіт-спиртова барда.
УПЭЦН – установка занурених відцентрових електронасосів.
ШСН – штанговий свердловинний насос.
ВСТУП
Україна є однією з найстаріших нафтогазовидобувних держав світу. Бурхливий розвиток нафтової промисловості розпочався на початку другої половини XIX століття, коли зросла потреба в нафті та продуктах її переробки. Це пов’язано з винаходом і виготовленням у Львові в 1853 році гасової лампи та винаходом і застосуванням двигунів внутрішнього згоряння. Тому почали копати нафтові шахти глибиною понад 100 м, бурити свердловини за допомогою бурових верстатів, які широко застосовувались у соляному промислі.
Сьогодні в Україні відомі 273 газових, газоконденсатних і нафтових родовища, з яких майже 200 перебувають у стані розробки або дослідно-промислової експлуатації. На території України існує три нафтогазоносних регіони: Карпатський, Дніпровсько-Донецький і Причорноморсько-Кримський.
У світовому розвитку техніки і технології буріння можна умовно виділити три етапи.
Перший етап пов’язаний з промисловим освоєнням ударного способу буріння, коли порода руйнувалася спеціальним лопатевим долотом при його ударі об вибій. Утворена свердловина обсаджувалась сталевими трубами до моменту їх прихвату стінками свердловини. Після цього продовжувалося руйнування породи долотами меншого діаметра. Цей метод буріння називався канадським.
Переваги методу полягали у тому, що продуктивний пласт під час його розкриття зберігав свої фільтраційні властивості незмінними. Однак при аномальному тиску цей спосіб не забезпечував повного розкриття пласта через неконтрольоване фонтанування свердловини.
Другий етап пов’язаний з освоєнням обертового (роторного) способу, завдяки якому буріння свердловин істотно прискорилося і стало більш безпечним. Поєднання цього способу з винаходом шарошкових і алмазних безопорних доліт дозволило ефективно здійснювати буріння глибоких і надглибоких свердловин. У кінці XX століття буріння свердловин у світі здійснювалося, переважно, роторним способом. У 20 – 30-х рр. минулого століття був винайдений турбінний спосіб буріння. Турбобури, електробури та об’ємні (гвинтові) двигуни склали новий клас бурових машин – вибійних двигунів.
Третій етап пов’язаний з освоєнням спорудження похило-скерованих кущових, багатовибійних горизонтальних та горизонтально-розгалужених свердловин. Розроблено теорію проектування трас свердловин, засобів маркшейдерії, техніки для скерованого викривлення стовбура свердловини та стабілізації напрямку свердловини, та технологію такого буріння. Створені механізми викривлення, телеметричні системи з використанням вибійних двигунів дозволяють бурити похило-скеровані кущові свердловини в умовах, коли з однієї площадки буриться до 36 свердловин з виведенням їх вибоїв у точки, обумовлені проектом розробки родовища.
У промивних рідинах відбувся перехід від використання води, глинистих, полімерних, нафтоемульсійних розчинів до створення реагентів, які дозволяють регулювати фізико-хімічні та реологічні властивості бурових розчинів для різних гірничо-геологічних умов.
Відповідно до програми послідовно розглядається весь технологічний ланцюжок процесу буріння свердловин, первинного розкриття та випробування продуктивних пластів, розробки нафтових і газових родовищ та експлуатації нафтових і газових свердловин.
Метою дисципліни «Основи технології буріння та експлуатації нафтових і газових свердловин» є отримання технологічних знань про буріння та експлуатацію нафтових і газових свердловин, необхідних при проектуванні, виготовленні, експлуатації та ремонті бурового і нафтогазовидобувного обладнання.
Завданням курсу є ознайомлення з основами технології буріння та експлуатації нафтових і газових свердловин.