Технология бурения скважин

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

21

Лицензия на разработку месторождения принадлежит ООО «Енисейнефть», контрольным пакетом которой владеет Anglo-Siberian Oil Company, принадлежащая компании «Роснефть». Владельцем лицензии на Северо-Ванкорский блок месторождения является

ООО «Таймырнефть».

Расчетный период эксплуатации месторождения — 35 лет. Проектная мощность трубопровода составляет около 30 миллионов тонн в год, по состоянию на август 2009 года ожидаемая совокупная выручка от проекта — 80 миллиардов долларов. По завершении строительства нефтепровода «Восточная Сибирь — Тихий Океан» объёмы добычи нефти на Ванкорском месторождении планируется увеличить до максимального

уровня.

Восточно-Имбинское газовое месторождение расположено в Богучанском районе Красноярского края Российской Федерации.

Федеральное агентство по недропользованию (Роснедра) утвердило открытие ВосточноИмбинского газового месторождения "Газпрома" на Имбинском лицензионном участке в Красноярском крае. Росгеолфонду рекомендовано поставить на государственный учет Восточно-Имбинское месторождение в Богучанском районе Красноярского края с суммарными геологическими запасами газа категории С1+С2 в размере 14,108 млрд кубометров.

Оператором по выполнению геологоразведочных работ (ГРР) на Имбинском лицензионном участке определено ООО "Газпром геологоразведка". В соответствии с принятой программой ГРР, в период с 2010 по 2014 годы были выполнены детальные сейсмические исследования 3D на площади 496 кв. км, а также пробурены две новые поисково-оценочные скважины. В результате испытания пластов вендского комплекса были получены промышленные притоки газа.

В перспективе запланированы работы по доразведке месторождения, переводу запасов газа из категории С2 в промышленную категорию С1 и подготовке месторождения к следующему этапу - опытно-промышленной эксплуатации и разработке

Куюмбинское нефтегазовое месторождение расположено в Красноярском крае Российской Федерации, лицензия на освоение которого принадлежит ООО «СлавнефтьКрасноярскнефтегаз», введено в промышленную разработку в 2017 году. На территории Байкитской НГО открыты Юрубченское и Куюмбинское месторождения, которые совместно с Терским, Мадринским, Вэдрэшевским продуктивными блоками объединены в Юрубчено-Тохомскую зону, расположенную в пределах Красноярского Края в междуречье Подкаменной Тунгуски и Ангары.

Куюмбинские нефтегазовые залежи, выявленные в рифейских отложениях, находятся в междуречье Подкаменной Тунгуски и Ангары и приурочены к центру Камовского свода. Залежь Усть-Куюмбинского поднятия - нефтегазовая, массивная, сводовая, стратиграфически и тектонически экранированная, открыта в 1973 г.

Каверново-трещинный карбонатный коллектор имеет пористость доломитов 0,35-2,40 % и трещинно-каверновую емкость до 6,5 %. Проницаемость по трещинам изменяется от 0

до 5,0×10-3 мкм2.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Мессояхский участки. Лицензии на оба блока принадлежат ЗАО «Мессояханефтегаз», которое паритетно контролируют «Газпромнефть» и «Роснефть». «Газпромнефть» выполняет функции оператора проекта.

Месторождения открыты в 1980-х годах и являются самыми северными из известных нефтяных месторождений России, находящихся на суше.

Мессояхская группа расположена на Гыданском полуострове, в Тазовском районе ЯмалоНенецкого АО в 340 км к северу от города Новый Уренгой, в арктической климатической зоне, в регионе с неразвитой инфраструктурой. Доказанные запасы С1+ С2 достигают 465 млн тонн нефти и газового конденсата, а также более 170 млрд кубометров газа.

Юрубчено-Тохомское нефтегазоконденсатное месторождение расположено в 280 км к юго-западу от п. Тура Красноярского края Российской Федерации и относится к ЛеноТунгусской нефтегазоносной провинции. Месторождение было открыто в 1982 году, а освоение началось в 2009 году.

По системе геологического нефтегазового районирования Юрубчено-Тохомское месторождение расположено в пределах Байкитской нефтегазоносной области в составе Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции. В тектоническом отношении местрождение приурочено к центральной части Камовскоого свода Байкитской антеклизы.

Нефтегазоносность связана с карбонатными и терригенными (песчаники) отложениями вендского и рифейского возрастов. Извлекаемые запасы Юрубчено-Тохомского месторождения составляют по категории С1 – 64,5 млн тонн нефти, С2 – 172,9 млн тонн, газа (С1+С2) – 387,3 млрд кубометров. Плотность нефти составляет 0,850 г/см3 или 34° API. Содержание серы составляет 0,2%. Содержание парафина составляет 1%.

Оператором месторождения является ОАО "Восточно-Сибирская нефтегазовая компания" (входит в структуру НК "Роснефть"). Месторождение входит в состав Ванкорского производственного участка. В 2011 году было пробурено 3 горизонтальные скважины с горизонтальной секцией более 1000 м.

1.4 Производственный цикл строительства скважины (Попов А.Н., Спивак А.И.)

Цикл строительства скважины включает много видов работ, основными из которых являются следующие.

1.Подготовительные работы к строительству буровой. При этом проводится строительство подъездных путей, линий электропередач, линий связи, трубопроводов, бурение скважины на воду, выравнивание площадки и обваловка и др.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

25

где h — проходка, м; t— продолжительность механического разрушения горных пород на забое или время проходки отдельного интервала, ч/

Таким образом Vm, есть средняя скорость углубления забоя непосредственно при разрушении породы на забое долотом, она может быть определена по долоту, по интервалу, по всей скважине, буровому предприятию, компании, стране. Выделяют также текущую (мгновенную) механическую скорость

V =dh/dt

Проходка на долото является важным показателем, определяющим расход долот на бурение скважины, потребность в долотах по площади, буровому предприятию. От проходки на долото зависят число спускоподъемных операций, соответственно, выбор и изнашивание подъемного оборудования, трудоемкость бурения, возможность некоторых осложнений. Проходка на долото в большей мере зависит от абразивности пород, стойкости долот, правильности их выбора, отработки и режимов бурения.

Техническая скорость VT (в м/ст-мес) отражает в известной мере технические, технологические, нормативные возможности буровых установок, способов и режимов бурения, буровой бригады:

VT = L/tпр.

где L — длина ствола скважины, м; tпр— производительное время работы буровой бригады, мес.

Оно включает все время механического бурения, СПО, крепления, нормативное время на ремонт, технически необходимые вспомогательные работы, выполняемые буровой бригадой, работы по подготовке к бурению и заканчиванию скважины и др. При разведочном бурении в производительное время иногда входит испытание скважины, если оно выполняется буровой бригадой.

Важнейшим показателем производительности буровой бригады является коммерческая (общая) скорость бурения (в м/ст-мес):

VK = L/tk.

где tk – календарное время от начала подготовительных работ к бурению до сдачи скважины в эксплуатацию.

Плановая коммерческая скорость вычисляется с учетом плановых затрат времени на предупреждение и ликвидацию осложнений, простои из-за отсутствия энергии и пр. Фактическая коммерческая скорость вычисляется с учетом всех затрат времени буровой бригады по бурению скважины.

Коммерческая скорость характеризует производительность бурового станка и показывает количество пробуренных данным станком метров в течение месяца (30 дней). По уровню коммерческой скорости рассчитывается необходимое количество буровых бригад и

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

26

станков для выполнения планового объема буровых работ и определяется мощность бурового предприятия.

Цикловая скорость (в м/ст-мес) Vц = L/tц, где tц – календарное время (в мес.) от начала строительно-монтажных работ до окончания демонтажа буровой установки.

Цикловая скорость характеризует использование буровых установок, являющихся основными фондами. Она позволяет определить, сколько буровых установок необходимо иметь буровому предприятию, буровой компании для выполнения планового объема бурения. Общий уровень организации буровых, строительно-монтажных работ особенно четко проясняется при сравнении цикловой скорости, коммерческой и технической

скоростей бурения. Чем лучше организация строительно-монтажных работ, тем ближе Vц

иVк чем совершеннее технология бурения, меньше аварий и осложнений по вине бригады, ИТР, тем Vк ближе к VT. При хорошей организации труда вышкомонтажные бригады могут перебазировать буровые установки за несколько часов. На разведочных площадях первичный монтаж одной буровой может занимать 2 — 3 мес, а перетаскивание

иустановка на новой точке — несколько недель. Меньший объем строительномонтажных работ на каждую пробуренную скважину приходится при кустовом бурении.

Себестоимость скважин выражает в денежной форме все затраты бурового предприятия на капитальные, материальные и трудовые ресурсы.

2.Теоретические основы бурения скважин различного назначения

Теоретические основы разрушения горных пород. Физико-механические свойства горных пород и породколлекторов; их влияние на процесс бурения. Гидромеханика в бурении. Механика устойчивости ствола скважины. Технология бурения скважин в осложненных условиях; Бурение скважин в многолетнемерзлых породах.

А)Теоретические основы разрушения горных пород изложены в учебном пособии:

Нескоромных В.В. Разрушение горных пород при бурении скважин//Красноярск, СФУ.–2014.– С.335. Материал побия предлагается слушателям а электронном виде.

Б)Физико-механические свойства горных пород и пород коллекторов изложены в учебных пособиях: 1) В.В. Разрушение горных пород при бурении скважин//Красноярск, СФУ.–2014.– С.335; 2) Физико-механические свойства горных пород и породоразрушающий инструмент//В.Г. Абатуров, Э.В.

В)Гидромеханика в бурении:1) Гукасов Н.А., Брюховецкий О.С., Чихоткин В.Ф. "Гидродинамика в разведочном бурении". 2000г.;2) Леонов Е.Г., Исаев В.И. Гидроаэромеханика в бурении, Учебник для вузов. — М.: Недра, 1987. — 304 с. 3) Гидроаромеханика бурения и крепления скважин// П.Ф.Осипов// Учеьное пособие,

Ухта, 2004.–С.204.

Г)Механика устойчивости ствола скважины изложена:1)И.В. Баклашов Геомеханика в 2-х. томах, 2004. –учебник для вузов; 2) В.С Войтенко Прикладная геомеханика в бурении, 1990.–252 С. Дж. Митчел Безаварийное бурение скважин

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

27

2.1 Физико-механические свойства горных пород и процесс их разрушения

2.1.1 Общие сведения о горных породах

Земная кора сложена главным образом изверженными и метаморфическими горными породами, на которых прерывистым покровом лежат осадочные породы. В строении нефтяных и газовых месторождений принимают участие только осадочные горные породы.

Важными признаками строения осадочных горных пород, имеющими существенное значение при их разрушении, являются их структура и текстура. Под структурой горной породы понимаются те ее особенности, которые обусловлены формой, размерами и характером поверхности образующих их материалов. Большинство осадочных пород сложено рыхлыми сцементированными минеральными обломками различных размеров, имеющими неправильные очертания. Основная структурная особенность осадочных пород, характеризующая их механические свойства, структура цементов, связывающих отдельные обломки.

Текстура указывает на особенности строения всей породы в целом и выявляет взаимное пространственное расположение минеральных частиц. Основные особенности текстуры осадочных пород слоистость, сланцеватость (способность породы раскалываться по параллельным плоскостям на тонкие пластинки) и пористость (пористостью называется отношение объема всех пустот к объему всей породы, выраженное в процентах).

По природе сил сцепления между частицами осадочные породы подразделяются на три основные группы:

1.скальные,

2.связные (пластичные),

3.сыпучие.

Силы сцепления скальных пород (песчаников, известняков, мергелей и др.) характеризуются молекулярным притяжением частиц друг к другу, а также наличием сил трения.

Силы сцепления пластичных пород (глинистых) характеризуются взаимодействием коллоидных частиц, адсорбирующихся на поверхности обломков, а также наличием сил трения.

Сыпучие породы (песок) не обладают сцеплением ни в сухом состоянии, ни при полном насыщении водой. Только при ограниченном насыщении водой у сыпучих пород наблюдаются силы сцепления, обусловленные трением.

Кроме сил сцепления, всем породам присущи силы внутреннего трения, зависящие от давления, прижимающего частицы друг к другу.

2.1.2. Основные физико-механические свойства горных пород, влияющие на процесс бурения

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

28

Основные физико-механические свойства горных пород, влияющие на процесс бурения – их упругие и пластические свойства, твердость, абразивность и сплошность.

Упругие свойства горных пород. Все горные породы под воздействием внешних нагрузок претерпевают деформации, исчезающие после удаления нагрузки или остающиеся. Первые из них называются упругими деформациями, а вторые пластическими. Большинство породообразующих минералов - тела упруго хрупкие, т. е. они подчиняются закону Гука и разрушаются, когда напряжения достигают предела упругости.

Горные породы также относятся к упруго хрупким телам, но в отличие от минералов они подчиняются закону Гука только при динамическом приложении нагрузки.

Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости (модуль Юнга) и коэффициентом Пуассона. Модуль упругости горных пород зависит от их минералогического состава, вида нагружения и величины приложенной нагрузки, от структуры, текстуры и глубины залегания пород, от состава и строения цементирующего вещества у обломочных пород, от степени влажности, песчаности и карбонатности пород.

Пластические свойства горных пород (пластичность). Разрушению некоторых пород предшествует пластическая деформация. Она начинается, как только напряжения в породе превысят предел упругости. Пластичность зависит от минералогического состава горных пород и уменьшается с увеличением содержания кварца, полевого шпата и некоторых других минералов. Высокими пластическими свойствами обладают глины и некоторые породы, содержащие соли. При определенных условиях некоторые горные породы подвержены ползучести. Ползучесть проявляется в постоянном росте деформации при неизменном напряжении. Значительной ползучестью характеризуются глины, глинистые сланцы, соляные породы, аргиллиты, некоторые разновидности известняков.

Твердость горных пород. Под твердостью горной породы понимается ее способность оказывать сопротивление проникновению в нее (внедрению) породоразрушающего инструмента.

В геологии большое распространение имеет шкала твердости минералов Мооса, по которой условную твердость минералов определяют методом царапания; по этой шкале твердость характеризуется отвлеченным числом (номером).

На основании многочисленных исследований Л.А.Шрейнер предложил классификацию горных пород, выгодно отличающуюся от шкалы твердости Мооса тем, что она наиболее полно учитывает основные физико-механические свойства горных пород, влияющих на процесс бурения.

К I группе относятся породы, не дающие общего хрупкого разрушения (слабо сцементированные пески, суглинки, известняк-ракушечник, мергели, глины с частыми прослоями песчаников, мергелей и т. п.).

Ко II группе относятся упругопластичные породы (сланцы, доломитизированные известняки, крепкие ангидриты, доломиты, конгломераты на кремнистом цементе, кварцево-карбонатные породы и т. п.).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

29

К III группе относятся упругохрупкие, в основном изверженные и метаморфические породы.

Абразивность горных пород. Под абразивностью горной породы понимается ее способность изнашивать контактирующий с ней породоразрушающий инструмент в процессе их взаимодействия.

Абразивность пород проявляется в процессе изнашивания (преимущественно механического) и является его характеристикой. Поэтому показатели абразивности можно рассматривать как показатели механических свойств горных пород.

Абразивность горной породы, как и любой другой показатель механических свойств, отражает ее поведение в конкретных условиях испытания или работы. Понятие об абразивной способности тесно связано с понятием о внешнем трении и износе.

Абразивные свойства горных пород изучены слабо. На величину трения существенное влияние оказывает среда. Коэффициент трения о породу, поверхность которой смочена глинистым раствором, меньше, чем тот же коэффициент при трении о породу, смоченную водой, и значительно ниже, чем коэффициент трения о сухую породу. Твердость горной породы, размер и форма зерен, образующих породу, существенно влияют на коэффициент внешнего трения. Коэффициент трения о породу с более высокой твердостью при прочих равных условиях обычно более высокий, чем о породу с меньшей твердостью. Это объясняется тем, что абразивные зерна из такой породы выламываются трудней, а разрушающий инструмент царапается зернами этой же породы более интенсивно. По этим же причинам коэффициент внешнего трения выше при трении о мелкозернистые породы с остроконечными зернами, чем при трении о крупнозернистую породу со скатанными зернами.

Среди горных пород наибольшей абразивностью обладают кварцевые и полевошпатовые песчаники и алевролиты (сцементированные обломочные породы с обломочными зернами размером от 0,01 до 0,1 мм).

В настоящее время разработано несколько классификаций по абразивности горных пород.

Сплошность горных пород. Понятие «сплошность горных пород» предложено для оценки структурного состояния горных пород, которые, исходя из степени пригодности внутриструктурных нарушений (трещин, пор, поверхностей рыхлого контакта зерен и т. д.), передают внутрь породы давления внешней жидкостной или газовой среды. Разделяют четыре категории сплошности: к первой категории сплошности относятся породы, внутрь которых может проникнуть исходный глинистый раствор; ко второй – породы, внутрь которых проникает не только жидкость, но и твердые (глинистые) частицы; к третьей – породы, внутрь которых передается давление только маловязкой жидкости (типа воды); к четвертой – породы, внутрь которых внешнее гидравлическое давление не передается.

2.1.3. Основные закономерности разрушения горных пород при бурении

Основной вид деформации, под действием которой породы в процессе бурения разрушаются, – вдавливание. Рассмотрим явления, происходящие в породе при действии постепенно возрастающей местной нагрузки, передающейся через штамп. Первоначально

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

30

порода уплотняется в непосредственной близости от площадки контакта. Затем, когда нагрузка достигает некоторого критического значения, в породе образуется конусообразная трещина, вершина которой обращена к вдавливаемому телу. При дальнейшем увеличении нагрузки трещина продолжает развиваться в глубину; при этом образуется система хаотически расположенных трещин, порода в вершине конуса раздавливается в порошок, передающий давление во все стороны.

Под влиянием этого давления порода продолжает разрушаться до образования лунки. Описанный процесс внедрения штампа составляет один полный цикл разрушения. При дальнейшем нагружении штампа процесс во всех трех фазах повторяется. Такая цикличность разрушения свойственна хрупким, прочным горным породам. В хрупких, но менее прочных горных породах разрушение также носит цикличный, но менее скачкообразный характер. Разрушение малопрочных пород носит плавный характер.

Рассмотрим действие динамического вдавливания (ударов) на породу. Исследованиями установлено, что в результате ударов горные породы могут разрушаться при напряжениях, меньших, чем критические, соответствующих пределу прочности. Сам механизм разрушения аналогичен описанному выше. Число ударов по одному и тому же месту может быть значительным. С увеличением силы удара число их уменьшается, и при некотором значении силы разрушение наступает после первого же удара. Таким образом, горная порода может разрушаться как при действии статических, так и динамических нагрузок. Сила удара в процессе динамического разрушения зависит от нагрузки и скорости ее приложения. Эффект разрушения в значительной мере зависит от формы твердого тела, которым разрушают горную породу. Все эти и некоторые другие факторы оказывают влияние на объемную работу разрушения.

Удельная контактная работа определяется отношением полной работы к площади контакта разрушающего инструмента:

Объемная работа разрушения при динамическом вдавливании в несколько раз выше, чем при статическом.

Порода, составляющая поверхность забоя и подлежащая разрушению, находится в условиях неравномерного всестороннего сжатия, создаваемого давлением столба бурового раствора, заполняющего скважину, и боковым давлением горных пород. Сама поверхность забоя неоднородна и не представляет гладкую поверхность: отдельные частицы породы возвышаются над общим уровнем поверхности. При действии разрушающего инструмента на породу эти частицы первыми воспринимают давление и передают его другим соседним частицам.

Некоторые из них дробятся, другие выламываются, третьи почти прямолинейно проталкиваются в направлении движения разрушающего инструмента.

При бурении нефтяных и газовых скважин основным инструментом, при помощи которого разрушается горная порода, является долото.

Долото проникает в породу и разрушает ее вследствие перемещения: