СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Тема 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬСТВЕ СКВАЖИН

Учебные вопросы:

1.Понятие о буровой скважине, ее классификация.

2.Технологическая схема бурения скважин.

3.Понятие о конструкции скважины.

4.Цикл строительства скважин.

1.Понятие о буровой скважине, ее классификация.

1.1.Понятие о скважине.

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка в земной коре,

сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше длины.

Основные элементы буровой скважины:

• Устье скважины – пересечение трассы скважины с дневной поверхностью

(начало скважины).

• Забой скважины – дно буровой скважины, перемещающееся в результате воздействия породоразрушающего инструмента на породу

•Ось скважины — воображаемая линия, соединяющая центры поперечных сечений буровой скважины

•Ствол или стенка скважины – пространство в недрах, занимаемое буровой скважиной (боковая (цилиндрическая) поверхность).

•Обсадные колонны – колонны соединенных между собой обсадных труб.

Если стенки скважины сложены из устойчивых пород, то в скважину обсадные

колонны не спускают.

Длина скважины – это длина скважины по осевой линии ствола от устья до забоя.

Глубина скважины – проекция оси на вертикаль от устья до забоя,

глубины нефтяных и газовых скважин изменяются в пределах от нескольких

десятков до нескольких тысяч метров.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Диаметр скважины находится в пределах 1000…59 мм, уменьшается от

устья к забою ступенчато на определенных интервалах. Максимальный

начальный диаметр нефтяных и газовых скважин обычно не превышает 900

мм, а конечный редко бывает меньше 165 мм (рис.1).

Рис. 1. Скважина и ее элементы

1.2. Классификация скважин.

Скважины можно классифицировать по профилю ствола и фильтра, назначению, степени совершенства и конструкции фильтра, количеству обсадных колонн, расположению на поверхности земли и т.д.

I.По профилю ствола и фильтра скважины бывают:

1.Вертикальные (прямые) - искривления (обычно менее десятой доли градуса на

10 м длины) и малой суммарной величины отклонения от вертикали ( 1 – 2о);

2.Искривленные:

а) наклонные – непроизвольный наклон к вертикале небольшой, более 5

град,

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

б) наклонно-направленные (направленно-ориентированные):

горизонтальные - отклонении скважины от вертикали на 90о.

восстающие - отклонении скважины от вертикали более 90о

Ось ствола скважины всегда имеет пространственное искривление разных степеней. В контрактах на бурение обычно есть специальный пункт, согласно которому скважина не должна отклоняться от вертикали более чем на 2° (США 5°) – это вертикальная скважина (глубина скважины равна ее длинне).

Специально искривленные скважины под необходимыми углами и с заданной интенсивностью искривления называются наклонно-

направленными.

II. По целевому назначению:

1)Исследовательские:

1.Опорные скважины – бурятся для:

-изучения геологического строения и гидрогеологических условий залегания осадочной толщи пород;

-выявления закономерностей распространения комплексов отложений, благоприятных для нефтенакоплений.

При бурении опорных скважин стремятся вскрыть фундамент, или, по крайней мере, бурят до технически возможных глубин (Пример: Кольская скважина).

Результаты всесторонне исследуются в комплексе с другими геологогеофизическими данными, полученными ранее и используют для:

-выяснения общих закономерностей геологического строения района,

-предварительной оценки перспектив его нефте-и газоносности,

-составления перспективного плана геологоразведочных работ;

-подсчета прогнозных запасов нефти и газа.

2.Параметрические скважины.

–для более детального изучения геологического строения разреза, особенно на больших глубинах,

- выявления наиболее перспективных площадей с точки зрения проведения на них геологоразведочных работ.

По результатам бурения скважин уточняют стратиграфический разрез и наличие благоприятных для скопления нефти и газа структур, корректируют

данные о нефтегазоносности района и прогнозные запасы нефти и газа.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

3.Структурные скважины.

-служат для тщательного изучения выявленных при бурении опорных и параметрических скважин структур;

-для подготовки проекта поисково-разведочного бурения на эти структуры. Результаты бурения и геофизических исследований используют для:

-изучения характера залегания,

-определения возраста и физических свойств пород, слагающих разрез,

-точной отбивки опорных (маркирующих) горизонтов;

-построения структурных карт.

4.Поисковые скважины - бурят на подготовленных на основе результатов предыдущего бурения и геолого-геофизических исследований площадях:

- с целью открытия новых месторождений нефти и газа или на ранее открытых месторождениях для поисков новых залеганий нефти и газа.

- изучают разрез и его нефтегазоносность с отбором проб горных пород, воды, газа и нефти, а при вскрытии продуктивной толщи испытывают скважины на приток нефти и газа с помощью специальных механизмов и аппаратуры.

5.Разведочные скважины - бурят на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью:

- с целью оконтуривания месторождения; - сбора исходных данных для составления проекта его разработки.

В процессе разведочного бурения продолжают исследование разреза и его нефтегазоносности примерно в таком же объеме, как и при поисковом бурении.

2) Эксплуатационные:

6. Эксплуатационные скважины бурят на полностью разведанном и подготовленном к разработке месторождении для добычи нефти и газа.

7. Оценочные скважины позволяющие организовать эффективную разработку месторождения и предназначены для:

-уточнения режима работы пласта;

-степени выработки интересующих участков залежи,

-выявления и уточнения границ продуктивных полей.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

8.Нагнетательные скважины позволяющие организовать эффективную разработку месторождения и служат для:

- организации законтурного и внутриконтурного нагнетания в эксплуатационный пласт воды, газа или воздуха в целях поддержания пластового давления.

9.Наблюдательные скважины служат для:

-осуществления систематического контроля за изменением давления, положением водо-нефтяного (ВНК), газо-водяного (ГВК) и газо-нефтяного (ГНК) контактов в процессе эксплуатации пласта.

3) Специальные скважины бурят для:

-сброса промысловых вод в непродуктивные поглощающие пласты,

-разведки и добычи воды,

-подготовки структур для подземных газохранилищ и закачки в них газа,

-ликвидации открытых фонтанов нефти и газа.

III.По степени совершенства выделяют скважины:

сверхсовершенные,

совершенные,

несовершенные: по степени вскрытия продуктивных пластов,

по характеру вскрытия продуктивных пластов.

IV По конструкции фильтра скважины классифицируют на:

незакрепленные,

закрепленные эксплуатационной колонной,

закрепленные вставным щелевым или сетчатым фильтром,

закрепленные гравийно-песчаным фильтром.

V По количеству находящихся в скважине колонн выделяют скважины:

одноколонные (только эксплуатационная колонна),

многоколонные (двух-, трех-, п-колонные).

VI По расположению на поверхности земли скважины различают:

расположенные на суше,

шельфовые,

морские.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Нефтяные и газовые скважины бурятся на суше и море с применением специальных буровых установок, мощность которых достигает 1500 и более кВт.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА БУРЕНИЯ СКВАЖИН.

Бурение - это процесс сооружения скважины путем разрушения горных пород.

Бурение скважин – сложный технологический процесс строительства ствола буровых скважин, состоящий из следующих основных операций:

углубление скважин посредством разрушения горных пород буровым инструментом;

удаление выбуренной породы из скважины;

крепление ствола скважины в процессе ее углубления обсадными колоннами;

проведение комплекса геолого-геофизических работ по исследованию горных пород и выявлению продуктивных горизонтов;

спуск на проектную глубину и цементирование последней (эксплуатационной) колонны.

Виды и способы бурения

1. Виды бурения по глубине (м)

мелкое (до 1500)

на средние глубины (до 4500),

глубокое (до 6000),

сверхглубокое (глубже 6000)

Примечание. Глубина Кольской скважины – 12650 м.

Скважины углубляют, разрушая породу по всей площади забоя

(сплошным забоем, рис. 2 а) или по его периферийной части (кольцевым забоем рис. 2 б). В последнем случае в центре скважины остается колонка породы – керн, которую периодически поднимают на поверхность для непосредственного изучения.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Классификация способов бурения на нефть и газ приведена в таблице 21

Таблица 21. Способы бурения на нефть и газ

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 бурения пока не нашли широкого промышленного применения и находятся в стадии разработки.

Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.

При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом 1, подвешенным на канате (рис. 2). 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

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

обеспечивает буровой станок 6. По мере углубления скважины канат удлиняют. Цилиндричность скважины обеспечивается поворотом долота во время работы.

Рис. 2. Схема ударного бурения:

1 — долото; 2 - ударная штанга; 3—канатный замок; 4—канат;

5 — блок; 6—буровой станок

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.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

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 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 использов ан 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 (по периферийной его части) с целью извлечения керна - цилиндрического 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.

Несколько близко расположенных скважин образуют куст (скважины наклонные + 1 вертикальная). Разбуривание участка таким способом называется кустовым бурением.

При необходимости применяют наклонное бурение: наклоннонаправленное, кустовое, много-забойное, двуствольное (рис. 3).

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Рис. 3. Виды скважин

При спуске в скважину нескольких эксплуатационных колонн для одновременной добычи нефти и газа с разных горизонтов скважина называется

многорядной.

Для увеличения области дренирования пласта от основного ствола скважины бурят несколько дополнительных наклонных стволов (многозабойная скважина). Продуктивность такой скважины зависит от длины дополнительных стволов, радиуса дренирования и количества дополнительных стволов. Продуктивность характеризуется отношением Lотв/Rк. Скважины бывают большого, нормального, уменьшенного и малого диаметров.

3.ПОНЯТИЕ О КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИНЫ

Скважины представляют собой дорогостоящие капитальные сооружения, служащие многие десятилетия.

Скважины диаметром более 760 мм – большого диаметра. Скважины, основной ствол которых под эксплуатационную колонну 140 мм бурятся

долотом 190,5 мм, принято относить к уменьшенным.

Для выполнения этих задач продуктивный пласт соединяется с дневной поверхностью герметичным, прочным и долговременным каналом. Это достигается путем крепления ствола скважины и разобщения (изоляции) пластов, содержащих различные флюиды.