книги / Нефтегазовое дело. Полный курс

диаметр. Головка эксплуатационной колонны располагается вы ш е всех и имеет наименьш ий диаметр. В сякий р аз при бурении и обсаж ивании очередного интервала скваж и н ы блок превенторов снимаю т и затем заново устанавливаю т на новой головке.

Головка насосно-компрессорной колонны имеет меньш ий разм ер и расположена поверх головок обсадных колонн. Она поддерж ивает с по­ мощью подвески насосно-компрессорную колонну, а такж е герм етизи ­ рует затрубное пространство.

В газовых скваж инах газ поднимается на поверхность самостоятель­ но. В некоторых скваж инах (ф онтанирую щ их) неф ть на ранних стади ­ ях разработки месторождений такж е мож ет самостоятельно поднимать­ ся на поверхность по насосно-компрессорной колонне. На устье таких скважин устанавливается ф о н т а н н а я а р м а т у р а , представляю щ ая со­ бой систему труб, фитингов, клапанов и приборов для управления по­ током поступающего флю ида.

Последним м ероприятием перед сдачей скваж ины в эксплу ­ атацию является вызов п р и т о к а ж и д к о с т и из пласта, который возмо­ жен в том случае, когда давление на забое скваж ины м еньш е пластово­ годавления. Вызов притока на ф онтанны х скваж инах производится при собранной фонтанной арм атуре. Все работы по освоению скваж ин за к ­ лючаются в очистке забоя от грязи, песка, бурового раствора и пониж е­ нии давления на забое. Д ля вскры тия продуктивны х горизонтов в экс­ плуатационной колонне и цементном кольце пробиваю тся отверстия.

В плане испы таний скваж ины долж но быть указано: геолого-геофи­ зическая характеристика объекта; интервал и плотность перфорации; тип перфоратора; порядок вы зова притока; допустимый предел сн и ж е­ ния давления в эксплуатационной колонне; схемы оборудования лиф та и устья скважины.

При освоении ф онтанны х скваж ин вы зов притока производится про­ мывкой, нагнетанием в скваж ину сж атого воздуха или порш неванием (свабированием). П ри пром ы вке от грязи и глинистой корки буровой раствор постепенно зам ещ ается водой или нефтью . П ромывку осущ е­ ствляют при собранной арм атуре на устье скваж ины со спущ енными насосно-компрессорными т р у б а м и (НКТ).

Для вызова притока неф ти к забою сж аты й воздух нагнетается в межтрубное пространство, вы тесняя ж идкость в НКТ. В этом случае трубы опускают на такую глубину, которая позволяет давлением комп-

рессора продавить заполняющую НКТ жидкость. Плотность жидкости за счет растворения в ней воздуха уменьшается и через какое-то время наступает выброс.

Свабирование — это процесс удаления воды или бурового раствора из скважины до такого уровня, чтобы в скважину могли поступать нефть и газ. При освоении скважин поршневанием (свабированием) в спущен­ ные до фильтра НКТ опускают на стальном канате поршень с открыва­ ющимся вверх клапаном. Поршень свободно погружается в жидкость, при подъеме вверх клапан закрывается и весь столб жидкости, находя­ щийся над поршнем, выносится на поверхность. При непрерывном поршневании наступает момент, когда давление столба жидкости стано­ вится меньше пластового давления и пласт начинает работать.

Освоение скважин, вскрывших пласт с низким давлением, начина­ ют с промывки забоя водным раствором специальных реагентов или не­ фтью. Затем приступают к активизации пласта с помощью желонки — узкого ведра с клапаном в днище. Многократным спуском желонки из скважины вычерпывают раствор пока он не будет замещен нефтью.

После завершения работ по испытанию эксплуатационной скважи­ ны на приток, скважина передается промыслу для эксплуатации. Пе­ редача оформляется соответствующим актом.

В результате выброса из скважины бурового раствора и пластовых флюидов может быть нанесен вред окружающей среде. Для предотв­ ращения возможного загрязнения окружающей среды на расстоянии до 200 м от скважины с подветренной стороны сооружается земляной ам­ бар. Все собранныена территории вокруг скважины углеводороды по окон­ чании работ должны быть утилизированы. Территория вокруг скважины должна быть рекультивирована. Площадка вокруг эксплуатационной сква­ жины должна быть ограждена земляным валом и благоустроена.

7.13.ГАЗОВЫЕ И НЕФТЯНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ

Нефть и газ могут выбросить из скважины буровой раствор, если пластовое давление высокое, а раствор имеет недостаточно высо­ кую плотность. В таких случаях возникает нефтяной или газовый фон­ тан. Как правило, открытые фонтаны возникают там, где нарушается технология проводки скважин и применяется несоответствующее ус­ тьевое и противовыбросовое оборудование.

Основноечисло открытых фонтанов наблюдается на газовых месторож­ дениях. Это объясняется недооценкой особенностей проводки скважин: газ постепенно насыщает циркулирующий буровой раствор мельчайшими

пузырьками вместе с выбуренной породой, а такж е во время перерывов в бурении. При циркуляции пузырьки поднимаются и по мере уменьшения давления увеличиваю тся в размерах. В скважине начинается холодное кипение. При этом плотность раствора уменьш ается настолько, что его столб не в состоянии противостоять пластовому давлению и происходит выброс. Для предотвращ ения выброса давление столба жидкости в сква­ жине должно быть примерно на 10 % выш е пластового. При утяж елении глинистого раствора его вязкость должна сохраняться минимальной.

Для предотвращ ения начавш егося выброса скваж ина закры вается установленным в ее устье специальны м противовыбросовым оборудо­ ванием (ОЩ Это оборудование д л я герм етизации устья скваж ины ус­ танавливается на ф ланце кондуктора и состоит из универсального протововыбросового превентора, плаш ечны х превенторов, задвиж ек и д ру ­ гой арматуры (рис. 7.27).

Универсальный превентор им еет эластичны й элемент, который спо­ собен перекры вать сечение любой ф орм ы и размеров. Он находится в цилиндре на самом верху блока превенторов. Плаш ечные п р евен то р ы перекрывают скваж ину сдвигаю щ имися к центру плаш ками из арм и ­ рованной металлом резины . Р азм еры превенторов соответствую т на­ ружному диам етру находящ ихся в скваж ине труб и долота. Трубные плашки обеспечивают герм етизацию устья скваж ины с находящ ейся в ней колонной труб, а глухие плаш ки использую тся тогда, когда буриль­ ная колонна в скваж ине отсутствует.

К блоку превенторов присоединяю тся линия глуш ения и штуцера ная линия. Ш т у ц е р н а я ли н и я переори ен ти рует поток жидкости и,} скваж ины в резервуар для бурового раствора или в амбар для сжиг^ ния нефти. Л иния глуш ения используется для подклю чения циркуле ции утяж еленного бурового раствора.

П ервая «линия обороны» — это универсальны й превентор. Он пре^ ставляет собой устройство, которое при активации перекры вает зат. рубное пространство м еж ду буровой колонной и стволом скважину Если бур ильщ ик зам еч ает толчки в потоке бурового раствора, которь^ t могут быть результатом внедрения долота в зону высокого давлени^ то он немедленно долж ен активировать универсальны й превентор.

В случае, когда давление превы ш ает значение, допустимое для версального превентора, срабаты ваю т трубны е плаш ки превенторо^ охваты ваю щ ие буровую колонну. П ри активации универсального пр$_ вентора или трубны х плаш ек на ш туцерной линии откры вается пан, через который более тяж ел ы й буровой раствор проходит вниз ц0 буровой колонне. П осле поступления в скваж и н у тяж елого бурово^0 раствора трубны е плаш ки и универсальны й превентор можно открыт^

В исклю чительных случаях вводят в действие последнее средство ^ срезны е плаш ки превентора, которы е сминаю т стенки бурильной лонны и перекры ваю т как колонну, так и затрубное пространство.

Больш инство газо- и неф тепроявлений приурочено к началу подъ^ ли колонны бурильных: тр у б и л и к н а ч а л у пром ы вки н зел е спуска бу рильной колонны. С ледует избегать компоновок ниж ней части буриль_ ной колонны с малы ми зазорам и, так как амплитуда колебания давле. ния при СПО зависит от величины зазора. При сниж ении расчетное плотности раствора более чем на 0,02 г/с м 3 необходимо принимать мер^ по ее восстановлению .

К опасным видам ослож нений относится приток высокоминерали. зованной воды (рапы). О бщ ая м инерали зац и я рапы м ож ет достигать 600 г/л , плотность — 1360 к г /м 3, тем пература на вы ходе из скважину 110 'С. Рапа оказы вает коррозионное воздействие на наземное оборудо. вание, буровые и обсадные трубы , а так ж е на цементный камень.

Д ля глуш ения ф лю идопроявления производится утяж еление ра, створа. У тяж еленны й буровой раствор закачивается при пониженно^ подаче насоса, при этом следят за сниж ением давления на стояке. Ког.^ да правильно подобранный раствор глуш ения заполнит бурильную ко_ лонну, дойдет до долота, заполнит затрубное пространство и выйдет на устье скваж ины , скваж ина будет заглуш ена.

При угрозе вы броса бурильщ ик поднимает колонну до выхода ве_ дущ ей трубы из ротора и оставляет ее на весу, закреп ив тормоз ле_

7A3. Газовые и неф тяны е проявления

бедки. Затем устье гер м е т и зи р у ет с я п ревен торам и , а скваж и н н ая жидкость через вы кидны е линии ОП н ап равл яется в ц и ркуляц ион ­ ную систему.

При возрастании давления на устье откры вается задвиж ка для ф он­ танирования скваж ины ч ерез отводы превентора. Поток газа направ­ ляется в сторону от буровой. Последую щ ие работы по ликвидации ф он ­ танирования проводятся по специальному плану.

В процессе бурения и эксплуатации скваж ин за пределами устья на поверхность по трещ инам горных пород или по их контакту с обсадны ­ ми трубами могут проры ваться газ или нефть. Такие газо- и водопроявления назы ваю тся грифонами. Гриф оны и меж колонны е проявления возникают и з-за некачественной изоляции высоконапорных пластов и зачастую вы зы ваю т гибель скваж ин. За всю мировую историю добычи углеводородов самой крупной аварией стал откры ты й выброс газа и конденсата на разведочной скваж ине в дельте реки Печоры. Ш есть с половиной лет скваж и н а еж есуточно вы брасы вала в атм осф еру два миллиона кубометров газа и сотни тонн конденсата.

Скважина глубиной 2300 м была пройдена в отлож ениях карбона, была обсажена и испы тана на приток газа. П еред заглуш кой скваж ины возле ее устья внезапно появились ф онтанчики грязи — грифоны. Это означало, что газ вы ш ел за обсадную колонну. Пока откры вали зап ор ­ ную арматуру, чтобы снизить давление газа, грифоны усилились, над скважиной в диам етре до пяти метров ф онтанировала грязь и летели куски цементного камня. Газовы й ф онтан не удалось ликвидировать даже с помощью ядерного взрыва. Только через ш есть лет в марте 1987 г. удалось подбурить ствол аварийной скваж ины и его заглуш ить.

Во многих случаях в составе нефти и газа залеж ей с аномально высоким пластовым давлением содержится сероводород. Это сильный яд, который, попадая в легкие, соединяется с гемоглобином. Концентрация сероводоро­ да 1 мг/л вы зывает мгновенную смерть от паралича дыхательного центра. Вусловиях сероводородной агрессии происходит сульфидное растрескива­ ние сталей и, как следствие, разруш ение бурильных, обсадных и насосно­ компрессорных труб, устьевого и нефтепромыслового оборудования, раз­ рушение цементного камня и ухудшение свойств буровых растворов.

При появлении в растворе на водной основе сероводорода необхо­ димо добавлять в раствор ингибиторы коррозии, способные связы вать серу в трудно растворим ы е соединения. В условиях сероводородной агрессии необходимо использовать оборудование, изготовленное из спе­ циальных сталей и там понаж ны е м атериалы , стойкие к воздействию сероводорода. Главное — все работы долж ны быть подчинены вопро­ сам охраны труда и техники безопасности.

г л а в а Б У Р Е Н И Е С К В А Ж И Н

О Н А Ш Е Л Ь Ф Е

В настоящ ее врем я разведка и добыча неф ти ведутся на мор­ ских акваториях и внутренних водоемах всех континентов. Добыча не­ ф ти с морских акваторий непрерывно растет. Н аиболее интенсивно ве­ дутся работы в М ексиканском и Персидском заливах, в Каспийском и Северном, Охотском и Балтийском морях.

Бурение скваж ин на море в основном осущ ествляется с использова­ нием такого ж е основного оборудования, как и на суше. Однако проекты освоения морских неф тян ы х и газовы х м есторож дений существенно отличаю тся от проектов разработки назем ны х месторождений. Глав­ ное различие состоит в наличии верхнего привода и основания, на кото­ ром м онтируется буровая установка.

Таблица 8.1. Технико-экономические показатели бурения на море и на суше

Значительная слож ность и спец иф ика проведения буровы х работ в море обусловливается окруж аю щ ей средой, высокой стоимостью и уни­ кальностью технических средств, необходимостью проведения работ под водой, организацией строительства и эксплуатации объектов в море. Главная особенность ш ельф овы х разработок — высокие затраты и стес­ ненность пространства для разм ещ ения оборудования. Стоимость вы ­ полнения буровых работ на море примерно на порядок превы ш ает сто­ имость бурения на суше.

Геологическими особенностями морского бурения являю тся:

•относительно меньш ая величина горного давления в породах за счет того, что часть пород более высокой плотности зам еняет морская вода плотностью 1,03 г /с м 3. Это обстоятельство учиты ваю т при ликвидации неф тепроявлений во избеж ание гидравлического р а з ­ рыва пород;

•меньшая, чем на суш е глубина залегания газоносных пластов. Особенностью континентального ш ельф а является то, что 75 % а к ­

ваторий располож ено в районах, которы е продолж ительное врем я по­ крыты льдами. Основными ф акторам и, определяю щ ими возможность строительства и эксп луатаци и неф тепром ы словы х объектов в море, являются глубина моря, тем пературны е условия, ветер, волнение, те ­ чения, ледовый покров, химический состав воды.

Строительство м орских неф тепром ы словы х сооруж ений требует проведения инж енерно-геологических изы сканий морского дна. Досто­ верность и полнота данны х определяю т безопасность эксплуатации со­ оружения и экономичность проекта.

Конструкции стационарны х и плавучих платф орм (рис. 8.1), а так ­ же суда для проведения поисковых работ и добычи неф ти и газа при всех своих разли чи ях имею т необходимый комплект оборудования и помещения д ля работы и ж илья. В районах с мягким климатом и неглу­ бокими водами для различны х типов работ могут устанавливаться от­ дельные специализированны е платф ормы . В районах с суровыми ус­ ловиями и глубокими водами количество и разм ер платф орм ограничи­ вается до минимума. Так в мелководных районах Ю го-Восточной А зии отдельно установлены буровые, добывающие, жилые? и ф акельны е плат­ формы. тогда как в Северном море к аж д ая платф орм а охваты вает все упомянутые ф ункции.

Объединенная добы ваю щ ая, буровая и ж и л ая платф орм а с возм ож ­ ным нефтехранилищ ем и подачей неф ти на погрузочные ш ельф овы е сооружения требует тщ ательного планирования разм ещ ения оборудо­ вания и точного анализа безопасности ф ункционирования комплекса.

Н априм ер, при строительстве объединенной газовой платф ормы для месторож дения Тролль в Северном море особый акцент делался на мак­ симальном удалении газопроводов от ж илой зоны.

Стационарные

платформы

Работа на ш ельф е связана с необходимостью длительного пребыва­ ния персонала на колеблю щ ейся платф орм е, ослож нена суровыми при­ родными условиями, что ведет к дополнительным эмоциональным на­ грузкам . В некоторы х районах мира в случае ураганов или тайфунов обслуж иваю щ ий персонал эвакуируется с платф ормы . Любой разлив неф ти на ш ельф е значительно труднее нейтрализовать, чем на суше.

Р азработка морских месторож дений, добыча, подготовка и транс­ порт углеводородов отличаю тся непреры вны м производственным цик­ лом и долж ны вестись круглы й год, д аж е тогда, когда море покрыто льдом. В последние годы проводятся испы тания комплексов оборудо­ вания подводной эксплуатации морских м есторож дений в ледовых ус­ ловиях.

В комплекс технических средств освоения морских месторождений входит больш ое количество типов и видов дорогостоящ их гидротехни­ ческих сооруж ений, геологоразведочного, бурового и нефтепромысло­ вого оборудования, систем связи, навигации, охраны окружаю щ ей сре­ ды. М орские неф тегазовы е м есторож дения и морские сооружения име-

ют свои ж изненны е циклы , в которы х помимо этапов проектирования, строительства и эксплуатации необходимо вы делять так ж е этап ути ­ лизации.

В процессе разработки морских м есторож дений требуется надеж ­ ное сообщение м еж ду отдельны ми объектами. Доставка грузов на су ­ дах при волнении свы ш е 4 баллов затруднена. М алая глубина аквато ­ рии в местах разработки (например, район Н еф тяны е камни в А зер ­ байджане) вы н у ж д ает со зд авать эстакады кац средство сообщ ения между объектами промыслов.

В последнее врем я при разработке малодебиТНых месторож дений, а также на первом этапе освоения м есторож дений с больш ими и звле­ каемыми запасам и использую тся плавучие установки. К ак п оказал опыт, на Каспийском море плавучие буровы е установки способны про­ ходить в год до 15 тыс. м скваж ин со скоростью 1200— 1600 м в месяц.

Для вы полнения разведочного и эксплуатационного бурения при глубине моря до 100 м использую т самоподъемные плавучие буровы е установки (ПБУ). П ри больш ей глубине — полупогруж ные буровы е ус­ тановки и буровы е суда. В настоящ ее врем я в эксплуатации находятся более 100 самоподъемных П БУ и примерно по 5Q полупогруж ны х П БУ и буровых судов. Д ля обеспечения этими установками неф тедобы ваю ­ щий"хКймта.’ймй дтагьрл1 .этраглв- .wsptaSiи&сгфоекия.

8.2.И Н Ж ЕН ЕРН О Е О БЕСП ЕЧЕН И Е БУРО ВЫ Х РА БО Т НА М ОРЕ

Б у р о вы е устан овки постоянно соверш енствую тся с тем , чтобы наилучш им образом соответствовать условиям бурения на море в различных регионах мира. М еталлические стационарны е п л атф о р ­ мы для бурения скваж и н и добычи н еф ти начинались с простейш их конструкций д л я м алы х глубин. У скоренное р азви ти е конструкций морских стационарны х п латф орм произош ло при освоении м есторож ­ дений Северного моря. Т ам ш ироко прим еняю тся массивны е ж е л е зо ­ бетонные платф орм ы гравитационного типа и стационарны е м етал ­ лические платф орм ы , закр еп л яем ы е на морским дне сваями. Р а зр а ­ ботан ряд конструкций платф орм д ля работы в Дедовых условиях. Д ля глубоководных акваторий им ею тся п л атф о р м у с натяж ны м и опора­ ми. Для бурения с и с к у с с тв е н н ы х о стр о в о в использую тся назем ны е буровые установки.

Глава 8. Бурение скважин на шельфе

Буровы е у стан о в к и на м орски х с та ц и о н а р н ы х п л а тф о р м а х исП0льзую тся для бурения эксплуатационны х скваж ин и проведения спе­ циальны х работ в добываю щ их скваж инах. Общее число скважин, которое м ож ет быть пробурено с одной платф орм ы , зависит от фильтра­ ционно -ем костны х свойств пласта и р азм еров за л е ж и и обычно не превы ш ает 50 скваж ин. В больш инстве случаев буровая выш ка нахо­ дится постоянно на платф орме.

П олупогруж ная ПБУ представляет собой плавучую конструкцию, исцользуемую для бурения скваж ин при глубинах м оря от 60 до 2500 м. О^а буксируется или переп равляется с одного места бурения на другое самостоятельно за счет имею щ ейся системы гребных винтов. Большин­ ство полупогруж ны х П БУ закреп л яется на месте бурения тросами для 05еспечения стабильного положения. Н екоторы е современные установ­ ка для поддерж ания точного полож ения при бурении на больших глу­ бинах снабж ены системой динамического позиционирования, основан­ и й на системе движ ителей и точной навигации.

Самоподъемная ПБУ представляет собой опирающуюся на дно конст­ рукцию , используемую для бурения при глубинах моря от 20 до 120 м. Самоподъемная установка буксируется к месту бурения, после чего ноги платф орм ы спускаю тся и плотно приж им аю тся к морскому дну, обес­ печивая стабильное полож ение платф орм ы при бурении.

Буровы е суда — это самодвиж ущ иеся установки сЪолъшой грузоподъ­ емностью. Благодаря этому качеству буровые суда используются в отда­ ленных акваториях, а такж е применяю тся при глубоководном бурении.

Буровые б арж и представляю т собой суда, дно которых использует­ ся в качестве основания д л я буровой вышки. Б ар ж и буксирую тся к ме- с^у назначения и погруж аю тся на дно с помощью балласта для прове­ дения буровы х работ. Подобные установки использую тся в болотистых районах или на мелководье.

З атр аты на обустройство морских н еф тегазовы х месторождений составляю т свы ш е 50 % всех капиталовлож ений . Стоимость больших н еф тегазопром ы словы х п латф орм (наприм ер, п латф орм а Тролль в Северном море) м ож ет достигать 1 м лрд долларов. У дельны е затраты нз прокладку глубоководного магистрального трубопровода достига­ ют 3 млн долл, за километр.

К аж ды й новый этап в освоении ш ельф а вы зы вает к ж изни новые технические реш ения. С ущ ествует целы й спектр технических средств по освоению ш ельф а. Н апример, проходит испы тания новая конструк­ ция буровой установки, п редставляю щ ая собой гидравлический ци-