21 Бурильні труби; 22 – цементне кільце навколо обсадних труб;

23 – вибійний двигун

а б

Рисунок 1.7 – Система верхнього приводу:

а – схема з двигуном постійного струму; б – загальний вигляд з гідроприводом; 1 – штропи елеватора; 2 – гідроциліндри відведення штропів елеватора; 3 – трубний маніпулятор;

4 – головка вертлюга; 5 – вертлюг-редуктор; 6 – штропи вертлюга-редуктора; 7 – система розвантажування нарізі;

8 – талевий блок; 9 – диско-колодкове гальмо; 10 – електродвигун постійного струму; 11 – рама з роликами (каретка); 12 – блок роликовий; 13 – трубний затискувач

При бурінні вибійним двигуном долото 1 згвинчене до вала, а бурильна колона – до корпуса двигуна 23 (див. рис. 1.6). При роботі двигуна обертаються його вал і долото, а корпус і бурильна колона утримуються ротором від реактивного обертання.

Характерна особливість обертового буріння – промивання свердловини спеціально приготовленою рідиною або інколи водою за весь час роботи долота на вибої. Для цього за допомогою двох (інколи одного або трьох) бурових насосів 17 (див. рис.1.6), які приводяться в роботу від двигунів 18, подається промивна рідина трубопроводом 16 у стояк 13, далі в гнучкий буровий рукав 8, вертлюг 6 і бурильну колону.

Дійшовши до долота, далі промивна рідина проходить крізь наявні в ньому отвори, і кільцевим простором між стінкою свердловини і бурильною колоною піднімається на поверхню. Тут у жолобах 15 і в очисному обладнанні (на рисунку не показано) промивна рідина очищається від породи, потім надходить до приймальних резервуарів 19 бурових насосів і знову закачується в свердловину. У міру поглиблення свердловини бурильна колона, підвішена до гака 9, за допомогою талевої системи, яка складається з кронблока (на рисунку не показано) і талевого блока 10, охоплених талевим канатом 11, подається в свердловину.

Після того як ведуча труба 7 в роторі 14 опуститься на всю довжину, вмикають лебідку, піднімають бурильну колону на довжину ведучої труби і підвішують бурильну колону за допомогою елеватора або клинів на столі ротора. Потім розгвинчують ведучу трубу 7 разом з вертлюгом 6 і опускають її в обсадну трубу, встановлену в заздалегідь пробурену трохи похилу свердловину (шурф), довжина якої дорівнює довжині ведучої труби. Шурф розміщений у правому куті вежі, приблизно посередині відстані від центра до її ноги. Після цього бурильну колону нарощують шляхом догвинчування до неї двох згвинчених між собою труб або однієї труби завдовжки близько 12 м. Знімають її з елеватора або клинів, опускають у свердловину на довжину двох труб, підвішують за допомогою елеватора або клинів на стіл ротора. Піднімають з шурфа ведучу трубу з вертлюгом, згвинчують її до бурильної колони, звільняють бурильну колону від клинів або елеватора, опускають долото до вибою і бурять далі.

Для заміни зношеного долота піднімають зі свердловини всю бурильну колону, а потім, знов спускають її. СПО ведуть за допомогою підйомного комплексу бурової установки. При обертанні барабана лебідки талевий канат намотується на барабан або змотується з нього, що і забезпечує підйом або спуск талевого блока і гака. До останнього за допомогою штропів і елеватора, підвішують бурильну колону.

При підйомі бурильну колону розгвинчують на секції (свічі), довжина яких визначається висотою вежі (нап-риклад, близько 25 м при висоті вежі 41 м). Розгвинчені секції, так звані свічі, встановлюють у магазин вежі та нижніми кінцями на підсвічник.

Спускають бурильну колону в свердловину у зворотному порядку. Отже, процес роботи долота на вибої свердловини переривається нарощуванням бурильної колони і СПО для заміни зношеного долота.

Широко застосовують, в основному, три види вибійних двигунів – турбобур, електробур і гвинтовий двигун. Останнім часом з’явились турбогвинтові вибійні двигуни, які увібрали окремі переваги турбобура і гвинтового двигуна.

При бурінні за допомогою турбобурів, гвинтових та турбогвинтових двигунів обертання вала (ротора) відбувається завдяки перетворення гідравлічної енергії потоку промивної рідини в механічну енергію на валу (роторі), з яким жорстко з’єднано долото.

При бурінні електробуром енергія до електродвигуна подається кабелем, секції якого закріплені концентрично усередині бурильної колони.

Зазвичай, верхні ділянки розрізу породи мають відкладення, які легко розмиваються в процесі буріння потоком рідини. Тому бурити свердловину починають тільки після того, як зроблять відповідні заходи проти розмивання породи під основою бурової. Для цього, ще до початку буріння свердловини, споруджують шахту до стійких порід (4…8 м) і в неї опускають трубу з вирізаним вікном у верхній частині. Простір між трубою і стінкою шахти заповнюють бутовим каменем і цементним розчином. У результаті устя свердловини надійно зміцнюється. До вікна в трубі приварюють короткий металевий жолоб, по якому в процесі буріння свердловини промивна рідина тече в циркуляційну систему. Трубу, встановлену в шахті, називають направленням.

Після установки направлення і виконання всіх інших робіт монтажною бригадою, складають акти на завершення монтажу та на початок буріння свердловини. Пробуривши нестійкі, м’які, тріщинуваті і кавернозні породи, які ускладнюють процес буріння (зазвичай 50...400 м), перекривають та ізолюють ці горизонти, для чого в свердловину спускають обсадну колону, яка складається із згвинчених сталевих труб, а її затрубний простір цементують. Перша обсадна колона дістала назву кондуктор.

Після спуску кондуктора не завжди вдається пробурити свердловину до проектної глибини через проходження нових горизонтів з проблемними умовами буріння, або через необхідність перекриття продуктивних пластів, які не підлягають експлуатації цією свердловиною. У таких випадках виникає потреба в спуску і дальшому цементуванні другої обсадної колони, яка називається технічною.

При дальшому поглибленні свердловини знов можуть зустрітися горизонти, які підлягають ізоляції. Тоді спускають і цементують третю обсадну колону, яка називається другою проміжною колоною. У цьому випадку раніше опущена обсадна колона називатиметься першою проміжною колоною. В ускладнених умовах буріння таких проміжних колон може бути три і навіть чотири. Пробуривши свердловину до проектної глибини, спускають і цементують експлуатаційну колону, призначену для підйому вуглеводнів від вибою до устя свердловини, або для нагнітання води (газу) в продуктивний пласт для підтримування тиску в ньому.

Після тампонажу кожної обсадної колони перевіряють якість цементного кільця, яке утворилося в затрубному просторі, і кожну спущену обсадну колону (крім кондуктора) обв’язують колонною головкою після тверднення цементного каменю в затрубному просторі до початку поглиблення свердловини в черговій фазі буріння.

Дані обсадних колон про їх діаметри, товщини стінок, групи міцності, глибини спуску, інтервали цементування, ступінчастості, способу спуску, тампонажу тощо, формують поняття про конструкцію свердловини. Якщо в свердловину, крім направлення і кондуктора, спускають тільки експлуатаційну колону, то конструкція такої свердловини називається двоколонною. Якщо в свердловину, крім направлення і кондуктора, спускають одну технічну і експлуатаційну колони, то конструкцію такої свердловини називають триколонною або чотириколонною (при двох технічних колонах). На рис. 1.8 показана триколонна конструкція свердловини.

Конструкцію свердловини проектують із врахуванням ускладнень (глибини залягання зон провалів, поглинань, просочування води, глибини розташування продуктивних горизонтів), виду продукту, що видобувається (нафта, газ газоконденсат), способів експлуатації і буріння, техніки і технології буріння. У результаті розвитку техніки і технології буріння конструкції нафтових і газових свердловин за останні десятиріччя зазнали значного спрощення і полегшення (зменшення витрат металу).

Рисунок 1.8 – Триколонна конструкція свердловини:

D1, D2, D3, D4 – діаметри доліт, відповідно при бурінні під направлення, кондуктор, технічну і експлуатаційну колони; d1, d2, d3, d4 – діаметри відповідно направлення, кондуктора, технічної і експлуатаційної колон; h1, h2, h3, h4 – інтервали цементування затрубного простору відповідно за направленням, кондуктором, технічною і експлуатаційною колонами; L1, L2, L3, L4 – глибина спуску відповідно направлення, кондуктора, технічної і експлуатаційної колон

Під спрощенням конструкції свердловини треба розуміти зменшення проміжків між її стінкою і обсадними колонами, що призводить до зменшення об’єму розбуреної породи і економії цементу для її кріплення.

Облегшення конструкції свердловини можливе завдяки зменшенню діаметра експлуатаційної колони, а відтак і діаметрів інших колон; при можливості відмови від застосування технічної колони; зменшення глибин спуску колон тощо. У результаті при облегшенні конструкції свердловини зменшується витрата металу на її кріплення. У спрощенні і облегшенні конструкції свердловини позитивну роль зіграло впровадження обертового способу буріння. Якщо при ударному способі буріння в свердловину опускали велике число концентрично розташованих обсадних колон (іноді до 10…12), то при роторному – тільки 2…4 колони.

Після завершення будівництва свердловини бурове і енергетичне обладнання інколи використовують при її випробуванні, а потім демонтують і перевозять на нове місце буріння.

У процесі спорудження свердловини залучається чималий штат інженерно-технічних працівників, а самим процесом механічного буріння керує бурильник. На буровій цілодобово працює бурова бригада, яка складається з двох або трьох вахт, що змінюють одна одну. Кількість працівників вахти залежить від вида приводу, компоновки, комплектації бурової установки та довжини свіч, але вахта налічує не менше ніж чотири особи.