Что такое бурение нефтяных и газовых скважин
Способы бурения скважин для добычи углеводородов (нефти и газа)
В процесс бурения нефтяных и газовых скважин привлекают высокотехнологическое оборудование, обладающее высокой мощностью. Перечень проводимых работ зависит от характеристик месторождений углеводородов. Пласты с природным сырьем могут располагаться вертикального, горизонтально или наклонно, что напрямую влияет на способ его добычи.
Что такое скважина?
Скважины предназначены для добычи нефти и газа, воды и других полезных ресурсов. Она представляет собой выработку в горной породе, имеющую цилиндрическую форму. Ее длина намного превышает диаметр. Скважина состоит из нескольких частей.
Начало цилиндрического углубления в горной породе называют устьем, стенки – стволом, дно – забоем. Диаметр скважин на нефть в верхней точке редко превышает 900 мм, а в нижней – больше 165 мм. По глубине их разделяют на мелкие (до 1500 м), средние (до 4500 м), глубокие (до 6000 м), сверхглубокие (от 6000 м).
В зависимости от назначения скважин для добычи углеводородов их разделяют на следующие разновидности:
Как происходит бурение?
Технология бурения нефтегазовой скважины подразумевает проведение следующих работ:
Способы проведения бурильных работ
Во время бурения нефтяных скважин может использоваться различное оборудование, что определяет способ проведения основных работ.
Ударный способ
Подразумевает последовательное разрушение горных пород при помощи долота, подвешенного на канате. Рабочий инструмент буровой установки также состоит из ударной штанги, канатного замка. Они соединяются через переходной блок и канат с опорной мачтой. Основной рабочий инструмент совершает движения при помощи бурового станка. Чтобы углубление в грунте очистить от остатков горной породы, долото время от времени вынимают. Внутрь нагнетают специальную жидкость, которая при помощи желонки извлекается наружу вместе с мелкими частицами почвы.
Вращательный способ
Данная технология бурения приобрела большую популярность. Разрушение горных пород происходит при помощи вращения долота. На него действует осевая нагрузка, что подразумевает прямую передачу крутящего момента от приводного механизма на рабочий инструмент. При роторном бурении используется ротор. Он передает вращение через колонну труб. При обычном бурении в качестве приводного механизма применяют электробур, винтовой двигатель, которые устанавливаются непосредственно над долотом.
Особенности проделки горизонтальных скважин
Бурение горизонтальных скважин (ГНБ) производится для добычи углеводородов в труднодоступных местах, где сделать это другими способами невозможно. Данный способ отличается большой производительностью. Его активно используют для добычи энергетических ресурсов со дна крупных водоемов.
Способы бурения скважин на море
Технология бурения скважин на водоемах отличается от применяемых методик на суше. Самый простой способ осуществления необходимых операций – установка на свайном фундаменте платформ, на которых размещают все оборудование. Устройство данной конструкции происходит на мелководье. Также установка бурильного оборудования может происходить на искусственно насыпанной суше.
При бурении скважин нефть обычно получают из разных участков океана или моря. Поэтому целесообразно устанавливать передвижные платформы. После завершения рабочего цикла они перемещаются в выбранную точку и продолжают процесс добычи углеводородов. Выделяют три типа буровых платформ.
Самоподъемная
Является понтоном. На платформе присутствует вырез, над которым размещается буровая вышка. Также на понтоне находится все необходимое оборудование, электростанция, складские и вспомогательные помещения, многоэтажная рубка. При бурении колоны опускаются, опираются на дно, что приводит к поднятию платформы над поверхностью воды.
Полупогружная
Применяются, где глубина добычи нефти достигает 300-600 м. Полупогружная платформа плавает по поверхности воды на огромных понтонах. Фиксация всего сооружения осуществляется массивными якорями весом около 15 т.
Гравитационная
Устанавливается на массивном бетонном основании, которое опирается на морское дно.
Перечисленные методы бурения скважин для добычи полезных углеводородов активно применяются во всем мире. Они все время усовершенствуются, что позволяет повысить их продуктивность.
Процесс бурения нефтяных скважин
Бурением называется воздействие спецтехники на почвенные слои, в результате чего в земле образуется скважина, через которую будут добывать ценные ресурсы. Процесс бурения нефтяных скважин осуществляется по разным направлениям работы, которые зависят от расположения почвенного или горного пласта: оно может быть горизонтальным, вертикальным либо наклонным.
В результате работы в земле образуется цилиндрическая пустота в виде прямого ствола, или скважина. Ее диаметр может быть различным в зависимости от назначения, но он всегда меньше параметра длины. Начало скважины расположено на поверхности почвы. Стены называются стволом, а дно скважины – забоем.
Ключевые этапы
Если для водных скважин может использоваться среднее и легкое оборудование, то спецтехника для бурения нефтяной скважины может использоваться только тяжелая. Процесс бурения может осуществляться только при помощи специального оборудования.
Сам процесс делится на следующие этапы:
Подготовка площадки
Для организации процесса бурения нефтяной скважины потребуется провести также подготовительный этап. В случае, если разработка ведется в области лесного массива, требуется, помимо оформления основной документации, заручиться согласием на работы в лесхозе. Подготовка самого участка включает следующие действия:
После этого необходимо заняться подготовкой оборудования непосредственно для бурения нефтяных скважин. В этот этап входят следующие процессы:
Когда оборудование для бурения нефтяных скважин будет готово к эксплуатации, необходимо получить заключение от специальной комиссии, что техника находится в исправном состоянии и готова к работе, а персонал обладает достаточными знаниями в области правил безопасности на производстве подобного рода. При проверке уточняется, правильную ли конструкцию имеют осветительные приборы (они должны иметь устойчивый к взрывам кожух), установлено ли по глубине шахты освещение с напряжением 12В. Замечания, касающиеся качества работы и безопасности, необходимо принять во внимание заранее.
До начала работ по бурению скважины необходимо установить шурф, завезти трубы для укрепления бурового ствола, долото, малую спецтехнику для вспомогательных работ, обсадные трубы, приборы для измерений в ходе бурения, обеспечить водоснабжение и решить другие вопросы.
Буровая площадка содержит объекты для проживания рабочих, технические помещения, лабораторное строение для анализа проб почвы и получаемых результатов, склады для инвентаря и малого рабочего инструмента, а также средства для медицинской помощи и средства безопасности.
Особенности бурения нефтяной скважины
После установки начинаются процессы по переоснащению талевой системы: в ходе этих работ монтируется оборудование, а также апробируются малые механические средства. Установка мачты открывает процесс забуривания в почву; направление не должно разойтись с осевым центром вышки.
После того, как завершается центровка, проводится создание скважины под направление: под этим процессом понимается установка трубы для усиления ствола и заливка начальной части цементом. После установки направления центровка между самой вышкой и роторными осями регулируется повторно.
Бурение под шурф осуществляется в центре ствола, и в процессе работы делается обсадка при помощи труб. При бурении шурфа используется турбобур, для регулировки скорости вращения необходимо удерживать его посредством каната, который фиксируется на самой вышке, а другой частью удерживается физически.
За пару суток до запуска буровой установки, когда прошел подготовительный этап, собирается конференция с участием членов администрации: технологов, геологов, инженеров, бурильщиков. К вопросам, обсуждаемым на конференции, относятся следующие:
Документы и оборудование: основные требования
Процесс бурения скважины под нефть может начаться только после оформления ряда документов. К ним относятся следующие:
К основному механическому оборудованию и расходным материалам, которые используются в процессе бурения скважины, относятся следующие виды:
Типы скважин
При начале процесса диаметр ствола составляет до 90 см, а к концу редко доходит до 16,5 см. В ходе работы строительство скважины делается в несколько этапов:
Скважины могут отличаться по заглубленности и делятся на следующие разновидности:
Бурение скважины подразумевает измельчение цельного пласта породы долотом. Полученные части удаляют посредством вымывания специальным раствором; глубина шахты делается больше при разрушении всей забойной площади.
Проблемы в ходе бурения нефтяных скважин
В ходе бурения скважин можно столкнуться с рядом технических проблем, которые замедлят или сделают работу практически невозможной. К ним относятся следующие явления:
Чаще всего обвалы стенок происходят из-за того, что горная порода обладает нестабильной структурой. Признаком обвала является увеличенное давление, большая вязкость жидкости, которая используется для промывки, а также повышенное число кусков породы, которые выходят на поверхность.
Поглощение жидкости чаще всего случается в случае, если залегающий ниже пласт целиком забирает раствор в себя. Его пористая система или высокая степень впитываемости способствует такому явлению.
Проектирование бурения скважины
Перед началом процесса по созданию нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, в котором обозначаются следующие аспекты:
Проектирование нефтяной скважины необходимо начинать с определения глубины, конечного диаметра самой шахты, а также уровня бурения и конструктивных особенностей. Геологический анализ позволяет разрешить эти вопросы вне зависимости от типа скважины.
Методы бурения
Процесс создания скважины для добычи нефти может осуществляться несколькими способами:
Первый способ относится к наиболее известным и проверенным методам, и в этом случае шахту пробивают ударами долота, которые производятся с определенной периодичностью. Удары делаются посредством влияния веса долота и утяжеленной штанги. Поднятие оборудования происходит из-за балансира оборудования для бурения.
Работа с роторным оборудованием основана на вращении механизма при помощи ротора, который ставится на устье скважины через трубы для бурения, которые осуществляют функцию вала. Бурение скважин малого размера производится посредством участия в процессе шпиндельного мотора. Роторный привод соединен с карданом и лебедкой: такое устройство позволяет контролировать скорость, с которой вращаются валы.
Бурение при помощи турбины производится посредством передачи вращающегося момента колонне от мотора. Такой же способ позволяет передавать и энергию гидравлики. При этом методе функционирует только один канал подачи энергии на уровне до забоя.
Турбобур – это особый механизм, который преобразует энергию гидравлики в давлении раствора в механическую энергию, которая и обеспечивает вращение.
Процесс бурения нефтяной скважины состоит из опускания и подъема колонны в шахту, а также удерживание на весу. Колонной называется сборная конструкция из труб, которые соединяются друг с другом посредством специальных замков. Главной задачей является передача различных типов энергии к долоту. Таким образом осуществляется движение, приводящее к углублению и разработке скважины.
Бурение нефтяных и газовых скважин
Этой статьей мы начинаем большой цикл статей посвященных вопросам бурения нефтяных и газовых скважин их особенностям, и конструкции. Мы постараемся охватить весь спектр вопросов, связанных непосредственно с процессом бурения, рассмотрим технологии бурения, необходимое для выполнения работ оборудование и материалы, а также рассмотрим различные программные комплексы управляющие этим процессом.
Ниже мы приведем обобщенное определение, наиболее полно отвечающее на поставленный вопрос.
Бурением называется воздействие специальной техники на слои почвы, в результате которого в земле образуется скважина, через которую будет вестись добыча ресурсов или, иными словами, бурение — это процесс разрушения пород с помощью специальной техники — бурового оборудования.
В определении появился еще один термин – скважина. Считаем целесообразным здесь дать определение – что такое скважина?
Расстояние между устьем и забоем по оси ствола выработки называется длиной скважины, а это же расстояние, но взятое по вертикальной проекции оси называется её глубиной.
Основные этапы бурения
Основные этапы бурения (или как их еще называют ключевые этапы бурения) делится следующим образом:
Подготовительные мероприятия
Их можно разделить на 2 этапа – подготовка и оформление необходимой документации, и подготовительные работы непосредственно на участке бурения.
Подготовка документации
Работы по подготовке непосредственно на участке
По времени, работы по подготовке непосредственно на участке, могут занимать от 1 до 5 месяцев.
После окончания работ по подготовке оборудования для бурения нефтяных скважин (оборудование полностью готово к эксплуатации), необходимо заключение специальной комиссии.
Комиссия выдаёт заключение, в котором указано, что техника находится в исправном состоянии, полностью готова к эксплуатации, персонал обладает всеми необходимыми знаниями в области правил безопасности на производстве подобного рода.
При проверке, комиссией также уточняется правильность конструкции осветительных приборов (осветительные приборы должны иметь взрывозащищенный кожух).
Если выявляются недочеты, они оформляются в виде замечаний, и они должны приняты во внимание заранее, до начала процесса работ по бурению.
До начала работ по бурению, на скважину необходимо также завезти:
а также обеспечить водоснабжение и решить ряд других вопросов.
Буровая площадка в обязательном порядке должна содержать:
Если для бурения скважин на воду может использоваться среднее и легкое оборудование, то спецтехника для бурения нефтяной скважины может использоваться только “тяжелая”. Процесс бурения может осуществляться только при помощи специального оборудования.
Переоснащение талевой системы: В процессе этих работ монтируется оборудование и апробируются малые механизмы.
Установка буровой мачты начинает процесс забуривания в грунт, при этом направление не должно разойтись с осевым центром буровой вышки.
После завершения процесса центровки, осуществляется создание скважины под направление. Под этим процессом понимают установку трубы для усиления ствола, а также заливку начальной части специальным цементным раствором.
После установки направления центровка между вышкой и роторной осью регулируется еще раз.
Шурф – неглубокая скважина, которая сооружается рядом с ротором и ее предназначение – для опускания ведущей трубы во время наращивания бурильных труб в момент, когда не бурят.
Бурение под шурф производится в центре ствола, и в период работы делается обсадка при помощи труб.
Под шурф бурят турбобуром или ротором. Для забуривания под шурф турбобуром над устьем скважины предварительно собирают долото, турбобур и ведущую трубу.
Для того, чтобы регулировать скорости вращения необходимо удерживать его посредством каната, который фиксируется на самой вышке.
За несколько дней до запуска буровой установки, после прохождения всех подготовительных мероприятий, необходимо проведение совещания, на котором обязательно присутствуют технологи, геологи, инженеры, бурильщики, на котором обсуждаются ряд ключевых вопросов:
Документы и оборудование. Основные требования
Непосредственно процесс бурения скважины, может начаться только, после оформления ряда документов, перечень которых мы хотим здесь привести:
Механическое оборудование и расходные материалы:
Типы скважин
В процессе бурения нефтяной скважины в породе формируется шахта, которую проверяют на:
Осуществляется эта проверка посредством перфорации ствола, при котором происходит стимуляция притока вещества из продуктивной области.
После этого бурильная техника разбирается (демонтируется). Скважина пломбируется с указанием даты начала и окончания бурения.
Вывозится мусор, металлические части утилизируются.
В самом начале процесса бурения, диаметр ствола составляет до 90 см, а к концу редко доходит до 16,5 см. В ходе работы, строительство скважины осуществляется в несколько этапов:
Скважины могут отличаться по глубине и в соответствии с этим делятся на следующие разновидности:
Бурение скважины подразумевает измельчение цельного пласта породы долотом. Измельченные части породы удаляют посредством вымывания специальным раствором (буровым раствором); глубина шахты делается больше при разрушении всей забойной площади.
Сложности при бурении нефтяных скважин
В процессе бурения скважин достаточно часто приходится сталкиваться с техническими проблемами, появление которых может сильно замедлить работы или сделают работу практически невозможной. К таким проблемам относятся следующие явления:
Достаточно часто обвалы стенок скважины происходят из-за нестабильности горной порода. Признаками обвала является увеличенное давление, большая вязкость жидкости, которая используется для промывки, а также повышенное число фрагментов породы, которые выходят на поверхность.
Чаще всего поглощение жидкости случается, если залегающий ниже пласт целиком забирает раствор в себя. Его пористая структура или высокая степень впитываемости способствует такому явлению.
Проектирование бурения скважины
До начала процесса по созданию нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, в котором обозначаются следующие аспекты:
Проектирование нефтяной скважины необходимо начинать с определения глубины, конечного диаметра самой шахты, а также уровня бурения и конструктивных особенностей. Геологический анализ позволяет разрешить эти вопросы вне зависимости от типа скважины.
Методы бурения
Процесс строительства скважины для добычи нефти может осуществляться несколькими способами:
Работа с роторным оборудованием основана на вращении механизма при помощи ротора, который ставится на устье скважины через трубы для бурения, которые осуществляют функцию вала. При малых размерах скважины – бурение производится посредством участия в процессе шпиндельного мотора. Роторный привод соединен с карданом и лебедкой: такое устройство позволяет контролировать скорость, с которой вращаются валы.
Бурение при помощи турбины производится посредством передачи вращающегося момента колонне от мотора. Такой же способ позволяет передавать и энергию гидравлики.
Турбобур – это особый механизм, преобразующий энергию гидравлики в давлении раствора в механическую энергию, которая и обеспечивает вращение.
Процесс бурения нефтяной скважины состоит из опускания и подъема колонны в шахту, а также удерживание на весу. Колонной называется сборная конструкция из труб, которые соединяются друг с другом посредством специальных замков.
Основной задачей является передача различных типов энергии к долоту. Таким образом осуществляется движение, приводящее к углублению и разработке скважины.
Бурение скважин на нефть и газ
Различают 3 вида бурения:
При бурении разрушение ведется:
Основными составляющими бурения скважин являются:
Наряду с перечисленным выше бурение включает в себя другие техпроцессы и операции:
Совокупность выполняемых в процессе сооружения скважин работ устанавливается индивидуальным или групповым техническим проектом, какое-либо отклонение от него санкционируется техническим советом бурового предприятия.
Применение дорогостоящего оборудования, потребление материалов высокой стоимости в значительных объемах делает буровые работы весьма затратными.
Строительство скважин является самым капиталоемким видом работ в нефтегазовом комплексе.
Затраты на строительство скважин переносятся на себестоимость добытой из них продукции и/или извлекаемых запасов и имеют тенденция к увеличению с ростом глубины и продолжительности сооружения.
Особенно дорого обходится бурение скважин в акваториях, затраты на него могут превышать затраты на бурение аналогичной скважины на суше на порядок.
Конечной целью бурения скважин является:
Независимо от источника финансирования буровых работ их выполнение должно быть рентабельным если не по каждой отдельной скважине, то по объему проходки в целом.
От выбора места заложения скважины методом wild cat практически повсеместно отказались.
Выдаче точки бурения разведочной скважины в натуре предшествует выполнение сложного комплекса сложных изысканий, включающего полностью или частично:
Разнообразие способов, методов и технических средств бурения на нефть и газ приведено в таблице ниже.
В приведенном выше сочетании это называется механическим бурением, оно характеризуется набором интервальных параметров режима бурения.
Численные значения параметров устанавливаются:
Для каждого интервала бурения с одинаковыми горно-геологическими и техническими условиями задаются:
Для интервалов вскрытия продуктивного пласта (заканчивания скважины) составляются режимно-технологические карты, содержащие дополнительную информацию.
Рациональность назначенных параметров режима бурения имеет место при достижении максимума рейсовой скорости, которая вычисляется как отношение походки на долото к суммарным затратам времени на механическое бурение и спускоподъемные операции (СПО), включая время на наращивание бурильной колонны.
Анализируя эти показатели в динамике, можно выявить тренды, предусмотреть и предпринять своевременные меры для предотвращения нежелательных последствий.
Выполнение буровых работ организуется одним из 2 х способов:
— безподрядным, все работы выполняются буровым предприятием с использованием имеющихся у него производственных мощностей;
— сервисным, значительная часть специфичных работ (геофизические исследования скважин, тампонажные работы, разработка рецептур и приготовления промывочных агентов, подбор компоновок бурильных колонн и выбор ПРИ, перфорация обсадных колонн и др.) выполняется сервисными специализированными компаниями по заказу бурового предприятия на подрядных принципах.
2 й способ дает ускоренное выполнение работ, высокое их качество, снижение аварийности и затрат на строительство, но он применим лишь в районах с высокой концентрацией объёмов проходки.
Информационное обеспечение буровых работ на нефть и газ значительно улучшилось, многие буровые установки оснащены бортовыми компьютерами, способны воспринимать, обрабатывать и хранить информацию, получаемую от десятков датчиков, контролировать параметры режима бурения, выбирать и задавать их значения, рекомендовать ПРИ эффективных типоразмеров.
Созданы региональные банки геолого-технической информации.
РАЗВЕДОЧНОЕ БУРЕНИЕ
В последние годы при разведочном бурении активнее остальных средств применяются электрические турбобуры.
В ходе разведочного бурения особая роль принадлежит буровому раствору.
Буровой раствор должен:
Прежде чем приступать к разведочному бурению, необходимо заранее определить его объемы, а также разработать, согласовать и утвердить технический проект на строительство скважины.
Количественно объем разведочного бурения определяется как запланированный прирост запасов по категориям / принятая эффективность ГРР
Объемы разведочного бурения будут неизбежно расти и в связи с этим будут создаваться новые или наращиваться существующие производственные мощности предприятий разведочного бурения. Далее стартует фаза разбуривания месторождения добывающими, нагнетательными и другими скважинами.
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ БУРЕНИЕ
рис. 1 Типы профилей наклонно-направленных скважин
