10.2 Способы бурения

10.2 Способы бурения

При бурении как на земле, так и в открытом море эффективная система бурения должна обеспечить:

1) спо­соб разрушения и измельчения горной породы, через которую необходимо пройти, чтобы добраться до нефти и газа;

2) способ удаления раздробленного материала из скважины по мере бурения и

3) способ предотвращения обрушения стенок скважины и одновременного перекры­вания выхода нефти и газа.

Кроме того, в общем случае направление скважины должно быть как можно ближе к вертикальному, скважина должна быть достаточно глу­бокой, чтобы достичь породы-коллектора, а ее диаметр должен быть достаточно большим, чтобы внутрь можно было опускать необходимые инструменты.

В настоящее время наиболее широко применяются два способа бурения: ударно-канатное и роторное. Хотя ро­торное бурение используется чаще, ударно-канатное бу­рение является более старым способом (В России и многих других странах широко применяются другие виды бурения с помощью гидравлических, электрических и других двига­телей, спущенных на бурильных трубах непосредственно к забою скважин: турбобуры, электробуры, винтовые забойные двигатели и т.д.)

Ударно - канатное бурение.

При ударно-канатном способе бурение осуществляет­ся за счет погружения в отверстие проволочного каната или троса, на конце которого находится тяжелое остро­конечное изделие из стали - так называемое буровое до­лото. Движение вверх-вниз задается участку каната, на­ходящемуся на поверхности. За счет возвратно-поступ­тельного перемещения от пласта откалываются небольшие фрагменты.

(Рис. 1 Типы буровых долот)

Долото, которое весит несколько сот фунтов, находит­ся в постоянном движении, пока не будет пробурено не­сколько метров вглубь. Затем канат поднимают с помо­щью барабана, установленного на поверхности, и после этого долото удаляют. С помощью другого каната, назы­ваемого желоночным канатом, в скважину опускают же­лонку - металлическую трубу с одноходовым откидным клапаном на нижнем конце.

(Рис. 2 Схема желонки с плоским клапаном)

Фрагменты пласта, отколо­тые буровым долотом, собираются в ковш и удаляются из скважины, после чего можно возобновлять бурение.

 

(Рис. 3 Схема ударно - канатного буоения)

Ударно-канатное бурение не предполагает использо­вания больших количеств жидкости для циркуляции в скважине. Как правило, единственная жидкость в скважине - это жидкость, которая выделилась из пласта при бурении. Однако присутствие небольшого количества воды желательно; если вода не появляется за счет выде­ления из пласта, несколько галлонов воды заливают в скважину.

Одним из наиболее важных преимуществ канатного бурения является возможность быстро выявить нефте- и газопродуктивные зоны. Кроме того, его используют для бурения определенных типов пластов, чувствительных к буровым растворам на основе воды. В некоторых типах пластов вода из бурового раствора может вступить в хи­мическую реакцию с глиной, входящей в состав горной породы. Это снижает скорость истечения нефти или газа. Применение кабельного способа бурения сводит эту про­блему к минимуму благодаря небольшому количеству воды.

(Рис. 4 Ударно-канатный буровой станок БС-3)

Бурение ударно-канатным методом - медленный про­цесс. В некоторых случаях скорость бурения однотипной породы этим методом в 10 раз ниже, чем скорость ротор­ного бурения. Однако стоимость установки канатного буре­ния значительно ниже, чем установки роторного бурения, что может частично скомпенсировать низкую скорость.

В случае обнаружения нефте- или газоносного пласта высокого давления отсутствие в скважине жидкости, необ­ходимой для регулирования их истечения, оказывается очевидным недостатком ударно-канатного бурения. Во многих случаях это может привести к выбросу нефти из скважины. При выбросе нефть и газ из подповерхностного пласта устремляются к поверхности и бесконтрольно выте­кают из скважины. При выбросе фонтан нефти и газа мо­жет подняться более чем на 100 м над землей, при этом всегда возникает значительная опасность пожара.

Вследствие низкой скорости бурения и опасности выб­роса ударно-канатный метод редко используют при бу­рении скважин глубиной более 1000 м. Но и для менее глубоких скважин этот способ тоже в значительной мере уступил место роторному бурению.

Роторное бурение.

Роторное бурение значительно отличается от канатного. При роторном бурении буровое долото, используемое для разбивки пласта, прикрепляется к стальной трубе, называ­емой бурильной трубой.

(Рис. 5 Примерный вид бурильных труб)

При этом долото опускают до дна скважины. Труба вращается с поверхности с помощью бу­рового стола, через который проходит квадратный или шестиугольный участок трубы, так называемая ведущая бурильная труба.

(Рис. 6 Схема установки ведущей буровой трубы (ВБТ), 1 - вертлюг, 2 - ВБТ, 3 - ротор)

Соединяясь на поверхности с бурильной трубой, ведущая труба проходит через буровой стол, вра­щение которого передается на нее, что, в свою очередь, вращает бурильную трубу и буровое долото в скважине.

Обычная процедура бурения является непрерывной и включает последовательное наращивание бурильной ко­лонны навинчиванием или добавлением отдельных зве­ньев, обычно длиной 10 или 15 м. Бурение продолжается до тех пор, пока не возникает необходимость сменить буровое долото - вследствие либо его износа, либо про­никновения в пласт, для которого данное долото не впол­не пригодно. Операции по замене бурового долота назы­ваются спуско-подъемными операциями. Последовательность операций, включающая выход из скважины, замену до­лота и возвращение в скважину, называется рейсом.

Роторное бурение производится тремя основными ти­пами бурового долота:

1) долото режущего типа (рыбий хвост);

(Рис. 7 - Пример долот режущего типа - лопастные буровые долота)

(Рис. 8 Двухлопастное долото 2Л, 1 - корпус, 2 - лопасти, 3 - пластина, 4 - штырь)

(Рис. 9 - Шестилопастное долото истирающе - режущего действия 6ИР с гидромониторной промывкой. 1 - корпус, 2 - кольцо уплотнительное, 3 - болт, 4 - шайба, 5 - шайба байонетная, 6 - насадка, 7 - штырь, 8 - лопасть, 9 - укороченная лопасть.)

2) шарошечное долото (оно называется также «до­лото для твердых пород»);

​

(Рис. 10 Примерный вид шарошечных долот)

(Рис. 11 Устройство трехшарошечных долот. 1 - торец присоединительного ниппеля, 2 - присоединительный ниппель с замковой резьбой, 3 - внутренняя  полость присоединительного ниппеля, 4 - упорный уступ долота, 5 - резервуар для размещения смазки, 6 - система компенсации давления смазочного материала, 7 - лапа, 8 - периферийный роликовый радиальный подшипник качения, 9 - концевой радиальный подшипник скольжения, 10 - концевой упорный подшипник скольжения, 11 - герметизирующий элемент, 12 - средний шариковый радиально-упорный подшипник качения, 13 - фрезерованный зуб периферийного венца, 14 - фрезерованный зуб среднего венца, 15 - фрезерованный зуб вершины шарошки, 16 - наплавка зерновым твердым сплавом, 17 - шарошка, 18 - козырек лапы, 19 - замковый палец, 20 - цапфа лапы, 21 - спинка лапы, 22 - корпус долота, 23 - твердосплавный зубок, запресованный в тыльный корпус шарошки, 24 - твердосплавный зубок периферийного венца шарошки, 25 - твердосплавный зубок среднего венца шарошки, 26 - концевой роликовый подшипник скольжения, 27 - твердосплавный зубок вершины шарошки, 28 - твердосплавный зубок, запресованный в козурек лапы.

3) алмазное долото.

​

(Рис. 12 Примерный вид алмазных долот)

Большая часть буровых наконечников относится к типу «долото для твердых пород», которые могут иметь разный вид для прохождения различных типов пород.

Буровая установка состоит из большого числа деталей, каждая из которых выполняет свою функцию. Основными частями буровой установки являются:

1) мачтовая вышка;

(Рис. 13 Примерный вид мачтовой вышки)

2) буровая лебедка;

(Рис. 14 Примерный вид буровой лебедки)

3) приводы и насосы системы промывки буровым раствором;

(Рис. 15 Примерный вид бурового насоса с приводом)

4) система подготовки и очистки бурового раствора;

5) бурильная колонна.

Мачто­вая вышка или деррик - это структура, которую устанав­ливают над скважиной для осуществления спуска и подъема бурильной трубы и оборудования. Буровая лебед­ка служит в качестве подъемного оборудования. Двигатели приводят в действие насосы для бурового раствора и ле­бедку, а также производят электроэнергию. Система про­мывки буровым раствором состоит из насосов, резервуа­ров, трубопровода и шланга для циркуляции бурового ра­створа. Система подготовки и очистки бурового раствора поддерживает заданные характеристики бурового раствора. Бурильной колонной называется вся вращающаяся конструкция, которая состоит из ведущей трубы, буриль­ной трубы, воротника бура и бурового долота.

Буровой шлам - фрагменты пласта, отделенные бу­ровым долотом - непрерывно удаляется из нижней час­ти скважины за счет циркуляции бурового раствора (про­мывочной жидкости). Буровой раствор проходит вниз внутри бурильной трубы, а затем возвращается на по­верхность снаружи трубы - это его основная функция. Кроме того, буровой раствор выполняет и другие важ­ные задачи, в число которых входит охлаждение и смаз­ка долота, образование глинистой корки на стенках скважины, что придает скважине большую прочность; созда­ваемое гидростатическое давление препятствует попада­нию соленой воды, нефти и газа в ствол скважины, что помогает предотвратить выбросы.

 

Литература:

1. Норман Дж. Хайн. Геология, разведка, бурение и добыча нефти. М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2008г. – 752 стр.

2. Грей Форест. Добыча нефти. Переведено с английского М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2001г. – 416 стр.: ил. – (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).

Подготовил: Легковский А.А.

Статья создана исключительно в информационно-познавательных целях и может быть удалена по просьбе автора или правообладателя входящих в нее материалов.

Благодарим за внимание!