1. Понятие о скважине. Параметры, характеризующие положение оси скважины в пространстве.

Скважина – цилиндрическая горная выработка, имеющая длину во много раз больше диаметра, сооружаемая без доступа в нее человека

Основные понятия скважины:

- устье скважины – место на поверхности земли, с которой началось бурение скважины.

- ось скважины – воображаемая линия, проходящая через условные центры поперечных сечений скважины.

- стенка скважины – боковая поверхность скважины.

- забой – поверхность дна скважины, по которой происходит разрушение горной породы буровым инструментом в процессе углубления скважины.

- ствол скважины – пространство в массиве горных пород, ограниченное контурами скважины, т.е. ее устьем, стенкой и забоем. Имеет условно цилиндрическую форму.

- глубина скважины - расстояние от устья до забоя, измеренное по вертикали.

- длина ствола скважины - расстояние от устья до забоя, измеренное по оси скважины.

Параметры характеризующие пространственное расположение скважины:

Н – глубина скважины – это расстояние по вертикали от устья до горизонтальной плоскости, в которой лежит забой скважины (для определения гидростатического давления Р=ρgH);

L – длина скважины – расстояние от устья до забоя по оси скважины(для определения длины бурильной, обсадной колонны);

В – проложение – это кротчайшее расстояние в горизонтальной плоскости от забоя до проекции устья на эту плоскость;

Θ – зенитный угол – угол между касательной в точке и вертикалью проведенной через эту точку;

φ – угол наклона ствола скважины - угол между касательной в точке и горизонталью проведенной через эту точку;

α – азимут – угол между направлением на север и касательной в точке по часовой стрелке в направлении бурения.

2. Способы бурения нефтяных и газовых скважин, их краткая характеристика.

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, подвешенным на канате. Буровой инструмент включает также ударную штангу и канатный замок. Он подвешивается на канате, который перекинут через блок, установленный на какой-либо мачте. Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок.

В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин ударное 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 сплошное 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 - цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины.

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).

3. Цикл строительства скважины

В цикл строительства скважины входят:

1. подготовительные работы;

2. монтаж вышки и оборудования;

3. подготовка к бурению;

4. процесс бурения;

5. крепление скважины обсадными трубами и ее тампонаж;

6. вскрытие пласта и испытание на приток нефти и газа.

В ходе подготовительных работ выбирают место для буровой, прокладывают подъездную дорогу, подводят системы электроснабжения, водоснабжения и связи. Если рельеф местности неровный, то планируют площадку.

Монтаж вышки и оборудования производится в соответствии с принятой для данных конкретных условий схемой их размещения. Оборудование стараются разместить так, чтобы обеспечить безопасность в работе, удобство в обслуживании, низкую стоимость строительно-монтажных работ и компактность в расположении всех элементов буровой.

Подготовка к бурению включает устройство направления и пробный пуск буровой установки.

Процесс бурения начинают, привинтив первоначально к ведущей трубе квадратного сечения долото. Вращая ротор, передают через ведущую трубу вращение долоту.

Во время бурения происходит непрерывный спуск (подача) бурильного инструмента таким образом, чтобы часть веса его нижней части передавалась на долото для обеспечения эффективного разрушения породы.

Крепление скважины обсадными трубами и ее тампонаж. Целью тампонажа затрубного пространства обсадных колонн является разобщение продуктивных пластов.

После завершения проходки для обеспечения притока нефти и газа продуктивные пласты вскрывают вторично перфорационным способом. После этого скважину осваивают, т.е. вызывают приток в нее нефти и газа. Для чего уменьшают давление бурового раствора на забой одним из следующих способов:

1. промывка - замена бурового раствора, заполняющего ствол скважины после бурения, более легкой жидкостью - водой или нефтью;

2. поршневание (свабирование) - снижение уровня жидкости в скважине путем спуска в насосно-компрессорные трубы и подъема на стальном канате специального поршня (сваба). Поршень имеет клапан, который открывается при спуске и пропускает через себя жидкость, заполняющую НКТ. При подъеме же клапан закрывается, и весь столб жидкости, находящийся над поршнем, выносится на поверхность.

4. Физико-механические свойства горных пород, их краткая характеристика.

К таким свойствам горных пород, в первую очередь, следует отнести их твердость и абразивность, упругость и пластичность, пористость и плотность, трещиноватость и устойчивость и др.

Твердость характеризует способность горной породы сопротивляться внедрению в нее резца, пуансона или другого индентора (твердого тела).

Абразивность - это особое свойство пород, выражающееся в способности изнашивать породоразрушающий инструмент в процессе бурения.

Упругость - способность породы восстанавливать первоначальную форму и объем после прекращения действия внешних усилий.

Хрупкость - способность горной породы разрушаться без заметной пластической деформации под воздействием внешних усилий.

Пластичность - способность породы необратимо изменять, без нарушения сплошности, свою форму и размеры под действием внешних усилий.

Пористость - наличие в породе пустот (пор); оценивается коэффициентом пористости, представляющим собой отношение суммарного объема пор и пустот в породе к объему породы.

Плотностью породы - это масса единицы объема породы с естественной влажностью и ненарушенным строением.

Устойчивость - способность породы длительное время сохранять первоначальное положение при вскрытии ее в массиве (при бурении скважин, проходке шахт и других горных выработок).

Трещиноватость - совокупность в породе трещин различного происхождения и разных размеров.

Влагоёмкость - способность породы удерживать то или иное количество влаги.

Водопроницаемость - способность породы пропускать воду при наличии перепада давлений.

Водопоглощение - способность сухой породы впитывать воду при выдерживании ее в воде при атмосферном давлении и комнатной температуре.

Зернистость - совокупность расположения частиц в породе, которые могут различаться по своему внутреннему строению, форме или размеру. Различаются породы мелко-, средне- и крупнозернистые.

Каверность - наличие в породе пустот (каверн).

Сланцеватость - сложение горных пород, делящихся на тонкие плоские параллельные слои, плоские плитки или пластинки.

Слоистость - повторяющаяся в разрезе неоднородность осадков: по составу, крупности зерна, окраске и другим особенностям.

Предел прочности при сжатии - максимальная величина сжимающего напряжения, испытываемого породой в момент разрушения образца; определяется как отношение нагрузки, разрушающей образец, к первоначальной площади его поперечного сечения 

Предел прочности при растяжении - максимальное растягивающее напряжение, испытываемое породой в момент разрушения образца: определяется как отношение нагрузки, разрушающей образец, к первоначальной площади его поперечного сечения.

Предел прочности при скалывании - максимальное скалывающее напряжение, испытываемое породой в момент разрушения образца; определяется как отношение нагрузки, разрушающей образец, к площади сдвига.

Предел прочности при изгибе - максимальное изгибающее напряжение, испытываемое породой в момент разрушения образца; определяется как отношение изгибающего момента, разрушающего образец, к моменту сопротивления соответствующего сечения.

Разрушающее напряжение - мера внутренних сил в деформируемой породе, вызывающих ее разрушение.

Удельная контактная работа разрушения - полная работа разрушения, отнесенная к площади контакта резца (алмаза, шарошки и т.п.) с породой. 5. Породоразрушающий инструмент для вращательного способа бурения: конструктивные особенности, область применения.

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ - способ сооружения скважин путём разрушения горной породы за счёт вращения прижатого к забою породоразрушающего инструмента (долото, коронка).

Основные разновидности вращательного бурения, используемого для сооружения исследовательских и эксплуатационных скважин, — роторное бурение (вращение передаётся инструменту через бурильную колонну ротором, установленным в буровой вышке), турбинное бурение (вращение инструмента двигателем-турбобуром непосредственно на забое), роторно-турбинное бурение (вращение инструмента турбобуром, установленным в забойном агрегате, вращаемом через колонну ротором), реактивно-турбинное бурение (вращение инструмента турбобуром, агрегат вращается от реактивных моментов), электробурение (вращение инструмента электромотором непосредственно на забое), бурение объёмным двигателем (вращение инструмента винтовым гидравлическим двигателем на забое).

Вращательное бурение неглубоких (главным образом взрывных) скважин осуществляется путём передачи вращательного момента через штангу от бурового станка к породоразрушающему инструменту либо шарошечного типа, либо лопастного с удалением пород по витым штангам — шнекам; принцип вращательного бурения используется также при бурении свёрлами. Вращение бурового инструмента в комбинации с ударом применяют, например, при вращательно-ударном бурении, ударно-вращательном бурении. При вращательном бурении породы разрушаются по всему забою или по кольцевому пространству с отбором керна (колонковое бурение). В зависимости от горнотехнических условий при вращательном бурении сооружают вертикальные, горизонтальные, наклонные, разветвлённые и кустовые скважины. 6. Выбор породоразрушающего инструмента для конкретных условий

• Выбор типа породоразрушающего инструмента базируется на информации о физико-механических свойствах пород и литологическом строении разреза пород и, во многом, зависит от конкретных региональных условий.

• Выбор типа бурового раствора и расчет необходимого количества материалов для поддержания его свойств.

Поскольку выбор породоразрушающего инструмента, наиболее полно отвечающего геолого-техническим условиям, - сложная задача, в каждом конкретном случае могут понадобиться уточнения. 

- Инструмент для бурения неглубоких скважин - при ручном медленновращательном бурении скважин глубиной до 50м в качестве породоразрушающих инструментов используют спиральные и ложковые буры.

- Долота для ударно-канатного бурения - при ударно-канатном бурении используются плоские, двутавровые крестовые и округляющие долота.

- Инструмент для колонкового бурения - по характеру разрушения горной породы породоразрушающий инструмент для бурения на полезные ископаемыеподразделен на следующие классы:

• режущего и режуще-плавающего,

• скалывающего и дробяще-скалывающего,

• истирающего действий.