6.6. Бурение скважин
Бурением скважин называется совокупность работ по проведению в горных породах выработок круглого сечения. Эти работы выполняются специальными техническими средствами (буровыми установками и инструментами) без доступа человека внутрь этих выработок.
Скважина – горная выработка (вертикальная или наклонная) круглого сечения глубиной от нескольких метров до нескольких километров и диаметром свыше 75 мм, сооружаемая в толще горных пород. К основным элементам скважины относятся: устье – начало скважины, т.е. место пересечения ее с земной поверхностью горной выработки; забой скважины – дно буровой скважины, перемещающийся в результате воздействия породоразрушающего инструмента на породу; стенки скважины – боковые поверхности буровой скважины.
Диаметр буровых скважин изменяется от 16 до 1500 мм, а в некоторых случаях, как, например, при бурении под шахтные стволы - до 8-10 м. Естественно, что при бурении разведочных скважин бурение осуществляется гораздо меньшим диаметром с целью уменьшения массы буровых установок и инструмента, увеличения скорости бурения и удешевления работ на разведку данного месторождения полезных ископаемых.
3
1 2 4
Рис. 6.7. Элементы буровой скважины
1 – стратиграфическая колонка; 2 – конструкция скважины; 3 – буровая вышка; 4 - керн
Самой глубокой скважиной в мире, является Кольская сверхглубокая скважина СГ-3, глубина которой достигает 12 250 м.
Скважины бурят, как правило, с уменьшением диаметра от интервала к интервалу. Начальный диаметр обычно не превышает 900 мм, а конечный редко бывает меньше 75 мм.
По способу разработки забоя бурение скважин разделяется на бескерновое (сплошное) и колонковое.
Скважины бурят, как правило, с уменьшением диаметра от интервала к интервалу. Начальный диаметр обычно не превышает 900 мм, а конечный редко бывает меньше 75 мм.
По способу разработки забоя бурение скважин разделяется на бескерновое (сплошное) и колонковое.
Бескерновое бурение– бурение, при котором горная порода разрушается по всей площади забоя.
Колонковое бурение – бурение, при котором горная порода разрушается по кольцевому забою с сохранением керна.
Керн– колонка породы, образующаяся в результате кольцевого разрушения забоя скважины. От слова «колонка» произошло и наименование колонкового бурения.
Керн после выбуривания отрывают от забоя, поднимают на поверхность с целью его исследования геологами, составления геологического разреза и изучения элементарного состава породы для последующего подсчета запасов данного месторождения.
Скважины бурят на суше и на море при помощи специальных буровых установок.
Как правило, верхние участки разреза скважины представлены современными отложениями, легко размывающимися в процессе бурения циркулирующим потоком жидкости, поэтому бурить скважину начинают только после того, как предпримут соответствующие меры против размывания породы под основанием буровой. Для этого до бурения скважины сооружают шурф до устойчивых пород (4 – 8 м) и в него спускают трубу с вырезанным окном в ее верхней части. Пространство между трубой и стенкой шурфа заполняют бутовым камнем и цементным раствором. В результате устье скважины несколько укрепляется. К окну в трубе приваривают короткий металлический желоб, по которому в процессе бурения скважины промывочная жидкость направляется в желобную систему и к очистительным механизмам. Трубу, установленную в шурфе, называют направлением.
После установки направления и проведения ряда других работ (контрольный осмотр оборудования, монтаж и наладка приборов, оснастка полиспастной системы, бурение шурфа под ведущую трубу) составляют акт о готовности смонтированной буровой и приступают к бурению скважины.
Пробурив неустойчивые, мягкие, трещиноватые и кавернозные породы, осложняющие процесс бурения (обычно 50 – 400 м) перекрывают и изолируют эти горизонты, для чего в скважину спускают обсадную колонну, состоящую из свинченных стальных труб, а ее затрубное пространство цементируют. Первая обсадная колонна получила название кондуктор.
После спуска кондуктора не всегда удается пробурить скважину до проектной глубины из-за прохождения новых осложняющих горизонтов или из-за необходимости перекрытия продуктивных пластов, не подлежащих эксплуатации данной скважиной. В таких случаях возникает потребность в спуске и последующем цементировании второй обсадной колонны, называемой промежуточной.
При дальнейшем углублении скважины вновь могут встретиться горизонты, подлежащие изоляции. Тогда спускают и цементируют третью обсадную колонну, называемую второй промежуточной колонной. В этом случае ранее спущенная обсадная колонна будет называться первой промежуточной колонной. В осложненных условиях бурения таких промежуточных колонн может быть три и даже четыре.
Пробурив скважину до проектной глубины, спускают и цементируют эксплуатационную колонну, предназначенную для подъема нефти или газа от забоя к устью скважины или для нагнетания воды (газа) в продуктивный пласт в целях поддержания давления в нем.
Расположение обсадных колонн с указанием их диаметров, глубины перехода с большего диаметра скважины на меньший, глубины спуска обсадных колонн и интервалов их цементирования составляет понятие о конструкции скважины.