книги / Нефтегазовое дело. Полный курс

Спускоподъемные операции долж ны проводиться в соответствии с режимно-технологической картой. В процессе бурения и после его окон­ чания ведущую трубу и первую свечу следует поднимать из скваж ины на первой скорости. При вскры тии газоносных пластов и поглощ ающ их горизонтов СПО следует проводить на пониженных скоростях во избе­ жание гидравлического разры ва пород и вы зова притока флю идов из пласта. При подъеме из скваж ины бурильной колонны наруж ны е по­ верхности труб долж ны очищ аться от остатков бурового раствора, при этом в скважину необходимо доливать буровой раствор с теми ж е пока­ зателями. Посадка бурильной колонны на ротор долж на производить­ ся плавно без ударов. П ериодически долж на проводиться деф ектоско­ пия спускоподъемного оборудования.

7.4.О БО РУ Д О В А Н И Е И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ БУРЕНИ Я СК В А Ж И Н

При бурении вращ ательны м способом помимо передачи р аз­ рушающему инструменту вращ ательного движ ения необходимо обеспе­ читьдостаточный наж им на горную породу, а такж е создать условия для удаления с забоя продуктов разруш ения. Д ля осущ ествления этих ф ун ­ кций применяют следую щ ее оборудование: ротор или забойный двига­ тель, вертлюг с буровым шлангом, буровой насос и силовой привод.

Буровой р о т о р — это редуктор, поддерж иваю щ ий колонну буриль­ ных труб и передаю щ ий ей вращ ение от горизонтального вала транс­ миссии через ведущ ую бурильную трубу. В едущ ая бурильная труба — это четырехили ш естигранная труба из высококачественной молиб­ деновой стали длиной до 16,5 м.

Ведущая бурильная труба проходит сквозь вкладыш в буровом ро­ торе и по мере углубления скваж ины м ож ет перемещ аться вниз сквозь вкладыш. Ротор, вклады ш и ведущ ая бурильная труба вращ аю тся как единое целое. Условием бурения явл яется вращ ение ротора по часовой стрелке. При вращ ении в противополож ную сторону бурильная труба вывинчивается.

Станина ротора воспринимает все нагрузки, возникающ ие в процессе бурения, а такж е при спускоподъемны х операциях. Стол ротора вра­ щается на подш ипниках качения. В разны х конструкциях роторов диа­ метр отверстия в столе изм еняется от 360 до 1260 мм, допустим ая ста­ тическая нагрузка на стол — от 1250 до 8000 кН, м аксим альная частота вращения стола от 20 до 350 об/мин. П ри необходимости предупредить

вращ ение бурильной колонны от действия реактивного момента ротор застопоривается защ елкой. Скорость вращ ения ротора изменяю т при помощи передаточны х м еханизмов лебедки. В ряде случаев применя­ ют индивидуальны й привод к ротору, не связанны й с лебедкой.

В ер тлю г соединяет талевую систему с бурильной колонной, обес­ печивая при этом вращ ение подвеш енной на крю ке колонны и подачу в нее промывочной ж идкости. Вертлю г состоит из двух узлов: невраща- ю щ ейся части, которая подвеш ивается к подъемному крю ку, и враща­ ю щ ейся части, к которой подвеш ивается бурильная колонна. В разных конструкциях вертлю гов их масса изм еняется от 220Ü до 5670 кг, а мак­ сим альная допускаем ая нагрузка от 2500 до 5000 кН. Для соединения с бурильным инструментом на ниж ний коней ствола вертлю га навинчи­ вается переводник с левой резьбой.

При бурении скваж ин на море, наклонно-направленны х и горизон­ тальны х скваж ин все чащ е и спользуется принципиально новый тип оборудования — верхний привод (силовой вертлю г), который выполня­ ет ф ункции крю ка, вертлю га, ротора и м еханических ключей. При его использовании не требуется ведущ ая бурильная труба. Преимущества верхнего привода: экономия врем ени в процессе наращ ивания труб: уменьш ение вероятности прихватов бурового инструмента; Повыше­ ние точности проводки скваж ин; сниж ение вероятности выброса флю­ ида из скваж ины через бурильную колонну.

Буровые насосы предназначены для подачи под давлением промывоч­ ной жидкости в скважину. Для бурения используются горизонтальные двух­ цилиндровые поршневые насосы двойного действия (дуплексы) и трехци­ линдровые поршневые насосы одностороннего действия (триплексы).

Схема работы бурового насоса: кривош ипно-ш атунны й механизм придает возвратно-поступательное движ ение поршню внутри цилинд­ ра. Всасываю щ ие клапаны и всасываю щ ий трубопровод соединены с растворной емкостью. Н агнетательны е клапаны и напорная линия со­ единены с компенсатором давления. При движ ении порш ня вправо в левой части цилиндра создается р азр яж ен и е (вакуум). Л евы й всасыва­ ющ ий клапан откры вается, и раствор под действием атмосферного дав­ ления поступает из резерву ара в цилиндр. Одновременно раствор из правой полости цилиндра вы тесняется в напорную линию через пра­ вый нагнетательны й клапан. П ри обратном движ ении порш ня всасы­ вание происходит в правой полости цилиндра, а нагнетание — в левой. Таким образом, при движ ении порш ня в какую -либо сторону в одной части цилиндра происходит всасы вание, а в другой — нагнетание ра­ створа, т. е. наблю дается двойное действие насоса.

Подача насоса — это количество промывочной жидкости, подавае­ мое насосом в единицу времени. М аксимальную подачу 60 л /с и м акси­ мальное давление на вы ходе 53 М Па разви вает насос УНТБ 1600, им е­ ющий массу 35 800 к г В состав нагнетательной линии бурового насоса входят; нагнетательный трубопровод, компенсаторы, задвиж ки и сто­ як. На горизонтальном участке трубопровода монтируются м агистраль­ ные и пусковые задвиж ки, предохранительная пластина, датчики д ав ­ ления и расхода бурового раствора.

Циркуляционная с и с т е м а служ и т для сбора и очистки бурового раствора, приготовления его новых порций и закачки очищенного р а ­ створа в скважину. Она вклю чает в себя кроме буровых насосов систе­ му отвода использованного раствора от устья скваж ины , механические средства отделения от раствора выбуренной породы, емкости для хи ­ мической обработки раствора, накопления и отстоя очищенного раство­ ра, блок приготовления свеж его раствора.

Стояк — вертикальны й участок нагнетательного трубопровода — в верхней части имеет горловину с ф ланцем для присоединения буро­ вого шланга, в ниж ней части патрубок с задвиж кой для присоединения промывочных агрегатов.

Компенсатор (воздуш ный колпак) служ ит для уменьш ения коле­ баний давления, вы зы ваем ы х неравномерностью подачи насосом про­ мывочной жидкости. Компенсатор — это резервуар, в котором воздуш ­ ная подушка является своеобразной пруж иной, сглаж иваю щ ей пуль­ сации давления.

Из нагнетательной линии промывочная ж идкость поступает в гиб­ кий буровой шланг и далее через ствол вертлю га к вращ аю щ имся бу­

рильным трубам. Буровой ш ланг состоит из нескольких слоев резины, прорезиненной ткани и м еталлических плетенок. Б уровы е шланги вы­ пускаю тся длиной до 18 м, диаметром до 100 мм и рассчитаны на давле­ ние до 10 МПа. Д ля более вы соких давлений использую тся металличес­ кие рукава, состоящ ие из отдельны х ш арнирно соединенных секций.

Силовой привод — это совокупность двигателей, регулирующ их их работу устройств и передаю щ их энергию к исполнительны м механиз­ мам буровой установки. П ривод основных исполнительны х механиз­ мов — л ебед ки , буровы х насосов и ротора н азы вается главным приво­ дом. В зависимости от вида двигателя и типа передачи он может быть электрическим , дизельны м , дизель-гидравлическим , дизель-электри- ческим и газотурбинным.

Привод лебедки долж ен обеспечивать:

•требуем ы й диапазон изм енения скоростей подъем а и крутящих моментов;

•плавное увеличение скорости подъема по мере уменьш ения нагруз­

ки на крюк.

П ривод вращ ателя долж ен обеспечивать:

• требуемы й диапазон регулирования частоты вращ ения долота;

• стабильность заданной частоты вращ ения долота;

•автоматическое уменьш ение частоты вращ ения по мере роста кру­ тящ его момента, когда мощность двигателя недостаточна для его реализации .

П ривод насоса долж ен обеспечивать:

•задан н ы й ди ап азон р егули рован и я подачи промы вочной жид­ кости;

•стабильность подачи при изменении крутящ его момента на валу

насоса.

Д изельны й привод прим еняется в районах, не обеспеченных элект­ роэнергией. Основной их недостаток — отсутствие реверса. Дизель-гид- равлический привод содерж и т встроенны й м еж ду дизелем и трансмис­ сией пром еж уточны й м еханизм — турбопередачу. П рименение турбо­ передачи обеспечивает плавность и устойчивость работы.

Н аибольш им преимущ еством обладает привод от электродвигате­ лей постоянного тока, который удобен в управлении и м ож ет плавно изм енять реж им работы лебедки или ротора в ш ироком диапазоне на­ грузок. Тиристорны е преобразователи в таких приводах обеспечивают преобразование переменного тока в постоянный ток и плавное регули­ рование частоты вращ ения вала двигателя от нуля до максимально до­ пустимой.

В процессе бурения основная часть мощности потребляется буро­ выми насосами и ротором, а в процессе спускоподъемны х операций (СПО) — лебедкой и компрессором. Во врем я СПО привод им еет резко переменную нагрузку — от нулевой до максимальной. Поэтому сило­ вой привод долж ен обладать способностью приспосабливаться к изм е­ нениям нагрузок и скорости работы исполнительных механизмов.

7.5.ПОЛНЫ Й ЦИКЛ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВА Ж И Н

О бщ ая н о р м ати вн ая п р о д о л ж и тел ьн о сть стр о и тел ьства скважин представляет сумму продолж ительности вы полнения следу­ ющих видов работ.

1.П одготовительны е р а б о т ы к строительству буровой установки. При этом проводится строительство подъездны х путей, линий эл ект­ ропередач и связи, трубопроводов, бурение скваж ин на воду, вы равни ­ вание площадки и обвалование и др.

2.С тр о и тел ьн о -м о н таж н ы е р а б о ты , в процессе которых осущ е­ ствляется сборка буровой, м онтаж на новой точке. Оборудование разм е­ щают так, чтобы обеспечить безопасность в работе и удобство в обслу­ живании. При агрегатном методе монтаж а буровая установка доставля­ ется на точку и м онтируется из отдельны х агрегатов. При мелкоблочном методе буровая собирается примерно из 20 ранее собранных блоков. При крупноблочном м етоде установка м онтируется и з 2— 4 блоков, каж ды й из которых объединяет несколько кинем атически связанны х агрегатов

иузлов. Размеры блоков зависят от способа и дальности их транспор­ тировки. После этого монтирую т талевую систему, вертлюг, ведущ ую трубу и напорный рукав. Д алее проверяю т отцентрированность вы ш ­

ки: ее центр долж ен совпадать с центром ротора.

3. П одготовительны е р а б о т ы к бурению , вклю чаю щ ие осмотр и наладку оборудования, оснастку талевой системы, бурение и крепле­ ние шурфа для ведущ ей трубы , установку направления и др. Б уровая комплектуется долотами, бурильны м и трубами, вспомогательным ин­ струментом, горю че-смазочными м атериалам и, запасом воды, глины и химических реагентов.

4. Проводка с тв о л а и крепление скважины . Процесс бурения начи ­ нают с присоединения долота к ведущ ей трубе. Вращ ением ротора пе­ редают через ведущ ую трубу вращ ение долоту. В процессе бурения происходит непрерывны й спуск (подача) бурильного инструмента. Пос­ ле того как ведущ ая труба вся уйдет в скваж ину, осущ ествляю т нара-

щивание колонны бурильных труб. Наращ ивание колонны осуществ­ ляется при остановленной циркуляции бурового раствора.

Крепление скважин осуществляют обсадными трубами и тампони­ рованием затрубного пространства. Целью тампонажа является разоб­ щение продуктивных и других пластов геологического разреза. После завершения проходки для обеспечения притока неф ти и газа продук­ тивные пласты вскрывают вторично перфорационным способом.

Началом бурения скважины считается момент первого спуска бу­ рильной колонны, а окончанием — завершение выброса бурильных труб на мостки после промывки скважины и испытания обсадной колонны на герметичность.

Эксплуатация буровых установок обходится дорого, поэтому все они работают круглосуточно. За пультом управления установки стоит бу­ ровой мастер, который после окончания смены заполняет сменный ра­ порт. Вторым человеком смены на буровой является верховой рабочий, который следит за работой циркуляционной системы.

Бурение скважины — наиболее трудоемкий этап ее строительства. Для определения продолжительности этого этапа составляется баланс календарного времени Тбк, включающий в себя следующ ие элементы:

• производительное время бурения:

где tM— продолж ительность м еханического бурен и я; £сп — продолжительность спускоподъемных операций; £пв— время, зат­ раченное на подготовительно-вспомогательные работы; £кр — про­ должительность крепления скважин;

• время на ремонтные и профилактические работы £п

рем*

•время на ликвидацию осложнений toc;

•непроизводительное время £н.

Баланс календарного времени и его отдельные элементы служат ос­ новой определения различных скоростей бурения.

5. Оборудование уст ья, испытание скважины на приток, сдача сква­ жины в эксплуатацию. Приток нефти и газа в скважину вызывают умень­ шением давления бурового раствора на забой. Этого добиваются или за­ меной раствора на более легкий, или поршневанием. В зависимости от условий на освоение скважины может потребоваться несколько месяцев.

6. Демонтаж уст ановки, транспортировка на новую точку, восста­ новление площадки, рекультивация земель.

Все перечисленные процессы взаимосвязаны. Буровым и вышкомон­ тажным бригадам выдаются наряды на выполнение этих работ. В геоло-

го-техническом наряде приводятся сведения о геологических условиях проходки, составе пород, проектной глубине, цели и реж им ах бурения.

Показатели темпов бурения и строительства скваж ин оцениваю тся по механической, рейсовой, технической, ком мерческой и цикловой скоростям.

Механическая ск о р о с ть — это средняя скорость углубления забоя непосредственно при р азруш ен и и породы долотом. Она м ож ет бы ть определена по долоту, по интервалу, по скваж ине, по буровому пред ­ приятию, по компании, по стране.

Техническая с к о р о с т ь о п р ед ел яется отнош ением длины ствола скважины к производительному времени работы буровой бригады (про­ должительность вы полнения работ, указанны х в п. 4).

Коммерческая с к о р о с ть определяется отнош ением длины ствола к продолжительности вы полнения работ, указанны х в пп. 3,4 и 5. Эта ско­ рость бурения определяется величиной проходки за один м есяц рабо­ ты буровой установки (м /станко-м есяц).

На величину ком м ерческой скорости влияю т технологические и организационные ф акторы . Д ля увеличения этой скорости необходимо сокращать непроизводительное врем я, избегать осложнений, ускорять проведение основных операций, соверш енствовать буровую технику и технологии. По уровню коммерческой скорости рассчиты вается необ­ ходимое количество буровы х бригад и установок для выполнения пла­ нового объема буровых работ.

Цикловая с к о р о сть определяется отнош ением длины пробуренно­ го ствола к продолж ительности вы полнения работ, указанны х в пп. 2,3, 4,5 и 6.

Техническая ско р о сть бурения (в м/ст.-мес.О пределяется величиной проходки буровой установки за один месяц производительных работ.

7.6.ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫ Е РА БО ТЫ К БУРЕНИЮ СК ВА Ж И Н Ы

Схема разм ещ ения наземны х сооруж ений и оборудования буровых установок определяется целями, условиями бурения и геогра­ фическим местоположением скваж ины . В зависимости от этого распо­ ложение оборудования, конструкция привы ш ечны х сооружений и ф у н ­ даментов сущ ественно отличаю тся друг от друга.

Нельзя рекомендовать единые д л я всех схему располож ения обо­ рудования, способ транспортировки и организацию м онтаж но-демон-

таж н ы х работ. Д ля каждого нефтяного района разрабаты ваю тся свои рациональны е схемы разм ещ ения и компоновки оборудования. Основ­ ными ф акторам и, которы е принимаю тся во внимание, являю тся:

• сокращ ение времени и удеш евление работ, связанны х с провод­ кой скваж ины ;

• безопасное проведение работ и удобство обслуж ивания;

• м аксим альная сохранность окруж аю щ ей природной среды.

П ри редкой сетке залож ен и я скваж ин в районах с суровым клима­ том каж д ая буровая п редставляет собой законченное хозяйство с ком­ плексом сооруж ений, вклю чаю щ их в себя ж илы е и культурно-бытовые объекты. При бурении скважин в районах распространения вечной мерз­ лоты основанием бурового и силового оборудования могут быть мерзлые грунты и даж е лед. Буровые установки на Крайнем Севере отличаются большими размерами привыш ечных сооружений, что объясняется необ­ ходим остью о б есп еч и ть теп л о е х р ан ен и е всп о м о гател ьн ы х мате­ риалов и ж идкостей.

Ч асто природные условия (например, болотистая местность) застав­ ляю т бурить с предварительно отсы панны х островов или использовать м е т о д кустового б урен ия, при котором устья скваж ин размещаются на площ адке в одну линию ч ерез каж ды е 3— 5 м. В последнем случае типовая схема м онтаж а-дем онтаж а буровой установки предусматри­ вает передвиж ение в пределах куста только выш ечно-лебедочного бло­ ка, при этом насосно-емкостная группа с системой циркуляции и очис­ тки раствора располагается стационарно.

По окончании м онтаж а оборудование, строительства привышечных сооруж ений, вклю чая амбар для хранения бурового ш лама и других загрязняю щ их вещ еств, буровая установка приним ается специальной комиссией, которая проверяет правильность и качество строительно­ монтаж ны х работ. П риемка оборудования и сооруж ений оформляется соответствую щ им актом.

До начала работ установка уком плектовы вается буровыми инстру­ ментами, долотами, бурильными и обсадными трубами, необходимым запасом горю че-смазочны х м атериалов, воды, глины и химических ре­ агентов.

Сооруж ение скваж ины начинаю т с установки направления для за­ щ иты грунта в районе устья скваж ины от обвалов и разм ы ва промы­ вочной жидкостью . П ри устойчивы х породах в ш ахте глубиной до о м устанавливаю т вертикально направление из труб. Ось направления и ось вы ш ки долж ны совпадать. Верхний конец направления должен до­ ходить до ж елоба, по которому буровой раствор из скваж ины направ­

ляется в циркуляционную систему. После установки направления ш ах ­ ту засыпают камнем и заливаю т цементным раствором. При неустой­ чивых породах под направление бурится скваж ина глубиной до 20 м.

После заверш ения оснастки талевой системы и подвески ведущ ей трубы с помощью дом крата вы полняю т центрирование выш ки. Стол ротора должен быть установлен горизонтально, его центр долж ен со­ впадать с центром вы ш ки и направления. После установки ротора бу­ рят шурф для ведущ ей трубы , который необходим для нахож дения в нем ведущей трубы во врем я наращ ивания бурильных труб. Ш урф глу­ биной до 16 м бурится на расстоянии до 2 м от оси скваж ины и обсаж и­ вается трубой диаметром 273 мм.

Перед началом бурения скваж ины или куста скваж ин У правлением буровых работ проводится пусковая конф еренция с участием всего со­ става буровой бригады. К проведению пусковой конференции привле­ каются главные специалисты : технологи, геологи, механики, энергети ­ ки и экономисты, а такж е представители общ ественных организаций. Во время пусковой конф еренции бригада подробно знакомится с констругцией скважины, геологическим разрезом , свойствами пород, ож и ­ даемыми осложнениями и реж им ам и бурения. Здесь ж е обсуж даю тся технические м ероприятия по обеспечению скоростной и безаварийной проводке скважины.

Бурение скважины м ож ет быть начато при наличии на буровой сле­ дующих документов:

•геолого-технического наряда;

•режимно-технологической карты или проекта бурения;

•акта о вводе в эксплуатацию буровой установки с разреш ением на начало бурения государственного надзорного органа;

•наряда на буровые работы.

Геолого-технический н аряд (ГТН) состоит из двух частей: геологи­ ческой части и технической.

Геологическая ч а с т ь кроме конструкции скваж ины содерж ит сле­

дующие данные:

•горизонты, глубины, х арактер пород и углы падения пластов, ко­ торые будут пройдены скважиной;

•интервалы, которые будут буриться с отбором керна и ш лама из

промывочной ж идкости;

• глубины замера кривизны и производства каротаж ны х работ;

•интервалы глубин, на которы х могут ож идаться нефтегазоводопроявления, поглощения промывочной ж идкости и другие ослож ­ нения, связанные с наруш ением целостности ствола;

•поинтервальное качество промывочной ж идкости (плотность, вяз­ кость, водоотдача и процент содерж ания песка);

•способ испы тания на герметичность эксплуатационной колонны, а такж е интервал прострела отверстий.

Техническая ч а с т ь наряда содерж ит следую щ ие указания:

• типы долот и их разм еры ;

• число рейсов долотом каж дого типа и разм ера;

• число оборотов и осевая нагрузка на долото;

• реж им ы работы буровы х насосов;

• указан ия по спускоподъемны м операциям (оснастка талевой сис­

темы, число свечей, интервалы расш ирения ствола перед спуском обсадных труб).

В геолого-техническом наряде приводятся общ ие данны е по сква­ жине: название м есторож дения, номер и координаты скважины , цель бурения и проектная глубина. П риводится перечень бурового оборудо­ вания. В специальной таблице приводится перечень необходимых бу­ рильны х труб.

П ервичны ми документами всего технологического комплекса про­ цесса бурения скваж ин являю тся буровой ж урнал, диаграмма индика­ тора массы (веса) и суточный рапорт бурового мастера.

Буровой ж урнал заполняется каж дой сменой (вахтой) и в хроноло­ гическом порядке содерж и т излож ение всех процессов от начала до окончания бурения скважины . В ж урнал подробно вносятся все виды геолого-технических ослож нений, п рим ен явш иеся методы борьбы с ними и расходы материалов.

Б урильная колонна осущ ествляет связь м еж ду буровым обо­ рудованием на поверхности и долотом на забое скважины . Основные ее функции: подводить энергию к долоту; обеспечивать подачу бурового раствора к забою; создавать осевую нагрузку на долото; воспринимать реактивны й момент долота и забойного двигателя.

О сновными э л ем е н та м и бурильной колонны являю тся: ведущая труба; бурильные трубы , которые ф ормирую т основную часть колон­ ны; утяж еленны е бурильны е трубы, повыш аю щ ие ж есткость колонн:, и создаю щ ие необходимую нагрузку на долото; бурильны е замки, со­