Конструкция скважины, ее графическое изображение и назначение обсадных колон.

Скважина – цилиндрическая горная выработка, имеющая длину во много раз больше диаметра, сооружаемая без доступа в нее человека.
Схема скважины 1 - устье, 2 – стенка (ствол), 3 - ось, 4 – забой

Основные понятия скважины:

- устье скважины – место на поверхности земли, с которой началось бурение скважины.

- ось скважины – воображаемая линия, проходящая через условные центры поперечных сечений скважины.

- стенка скважины – боковая поверхность скважины.

- забой – поверхность дна скважины, по которой происходит разрушение горной породы буровым инструментом в процессе углубления скважины.

- ствол скважины – пространство в массиве горных пород, ограниченное контурами скважины, т.е. ее устьем, стенкой и забоем. Имеет условно цилиндрическую форму.

- глубина скважины - расстояние от устья до забоя, измеренное по вертикали.

- длина ствола скважины - расстояние от устья до забоя, измеренное по оси скважины.

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, которая строится без доступа человека к забою и имеющая диаметр во много раз меньше длины.

Начало скважины называется устьем, дно - забоем, боковые поверхности - стенками или стволом.

Скважины различного назначения - это капитальные, дорогостоящие сооружения, работающие десятки лет.

Скважины предназначены для поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений.

Незакрепленный открытый ствол скважины не представляет собой надежный канал для соединения продуктивного пласта с дневной поверхностью вследствие неустойчивости горных пород, наличия пластов, насыщенных различными флюидами (вода, нефть, газ, их смеси), которые находятся под различным давлением, и др.Крепление ствола скважины и разобщение пластов производится путем спуска стальных труб, называемых обсадными, а все спущенные трубы представляют собой обсадную колонну. Для исключения перетоков различных флюидов из пласта в пласт кольцевое пространство между стенкой скважины и спущенной в нее обсадной колонной заполняется тампонирующим материалом с инертными и активными наполнителями, с химическими реагентами с помощью насосов.Из вяжущих веществ наиболее широко применяются тампонажные портландцементы.Поэтому сам процесс разобщения пластов называется цементированием. В процессе бурения скважин встречаются такие пласты горных пород, где возможны различные осложнения, без ликвидации которых путем спуска дополнительных обсадных колонн невозможно дальнейшее бурение.В итоге создается устойчивое подземное сооружение определенной конструкции.

Под конструкцией скважины понимается совокупность данных о числе обсадных колонн, их диаметрах и длине, диаметрах ствола скважины под каждую колонну, интервалах цементирования, а также о способах соединений. В скважину спускают обсадные колонны особого назначения. Это направление, кондуктор, промежуточные колонны, эксплуатационная колонна.

Направление спускается в скважину для создания направления стволу скважины, для предупреждения размыва и обрушения горных пород со стенок скважины и для соединения ствола скважины с желобами очистной системы. Направление цементируется на всю длину. Длина направления колеблется от нескольких метров до сотни метров в зависимости от разреза горных пород и условий бурения (море, болото, илистые рыхлые грунты и т. д.).

Кондуктор ом перекрывают верхнюю часть геологического разреза неустойчивых пород, пласты, насыщенные водой и другими флюидами, поглощающие промывочную жидкость или проявляющие, подающие пластовые флюиды на поверхность. Кондуктором обязательно перекрываются все пласты пресной воды. На кондуктор устанавливается противовыбросовое оборудование, на устье кондуктор служит также опорой для подвески очередных колонн.

Эксплуатационная колонна спускается в скважину для извлечения нефти, газа или для нагнетания в продуктивный горизонт воды или газа с целью поддержания пластового давления.

Эксплуатационная колонна в газовых и разведочных скважинах цементируется полностью. В нефтяных скважинах - либо по всей длине, либо с перекрытием предыдущей колонны на 100 м.

Промежуточные колонны спускаются в том случае, если невозможно бурение без предварительного разобщения зон осложнений (проявления, поглощения, обвалы). Промежуточные колонны могут быть сплошными, т е. их спускают от устья до забоя и не сплошные, так называемые хвостовики.

Ось скважины практически всегда имеет пространственное искривление, однако, при небольшой интенсивности искривления (менее 0, 1^о на 10 м. длины ствола) скважину называют вертикальной (при суммарном отклонении не более 1-2^о).При большой интенсивности искривления скважины называют искривленными.

Специально искривленные под необходимыми углами с заданной интенсивностью и в определенном направлении скважины называются наклонно - направленными.

При отклонении от вертикали на 90^о скважины называются горизонтальными.

Несколько наклонно - направленных скважин, расположенных рядом (несколько метров между устьями), образуют куст. Разбуривание месторождений, таким образом, называют кустовым бурением.

Для увеличения области дренирования иногда от основного пласта бурят несколько дополнительных наклонных стволов. Такие скважины называются многозабойные.

Различают скважины большого, нормального, уменьшенного и малого диаметров. Скважины большого диаметра - это больше 760 мм. Скважины, бурящиеся долотом 190, 5 мм - уменьшенного диаметра. Скважины глубиной менее 1000 м - мелкие скважины, до 5000 м - глубокие, свыше - сверхглубокие.

38. Режимы бурения скважин. Режим бурения скважин определяют исходя из механических свойств горных пород и технической вооруженности бурового предприятия. В настоящее время наиболее распространено проектирование технологических процессов в соответствии с максимальной механической скоростью при эффективном объемном разрушении горных пород.Режим бурения скважины - это совокупность факторов, влияющих на показатели бурения, задаваемые, поддерживаемые и регулируемые в процессе углубления забоя. Способ ирежим бурения скважины выбирают с учетом проектных параметров скважины, геолого-технических условий проводки и обеспечения высоких технико-экономических показателей бурения. Основными параметрамирежима бурения скважин являются: вес инструмента, осевая нагрузка на забой скважин, крутящий момент на роторе буровой установки, частота вращения ротора, давление бурового раствора на выкиде насоса, расход бурового раствора, дифференциальный расход бурового раствора, уровень бурового раствора в приемных емкостях, подача бурового инструмента, К вспомогательным параметрам, характеризующим режим свинчивания бурильных и обсадных труб, относится крутящий момент на механическом ключе. Для контроля параметроврежима бурения скважин: веса инструмента, крутящего момента на роторе буровой установки, частоты вращения ротора, давления бурового раствора на выкиде насоса, расхода бурового раствора, уровня бурового раствора в приемных емкостях используются соответственно средства измерений: гидравлический индикатор веса ГИВ-1 и измеритель нагрузки ГИВ-М, датчик крутящего момента ДКМ и индикатор крутящего момента на роторе ГИМ-1, измеритель частоты вращения ротора ИСР-1, манометр буровой геликсный МБГ-1 и гидравлический измеритель давления ГИД-1, расходомер РГР-7 и измеритель числа ходов поршня бурового насоса ИХН-1, уровнемер УП-11М, многоканальный регистратор. Автоматический регулятор типа РПДЭ-3 предназначен для поддержаниярежимов бурения скважинтурбобуром и ротором. Этот регулятор входит в комплект серийных буровых, а также вновь разрабатываемых установок. Таким образом, предлагаемая методика установления некоторых параметроврежима бурения скважин на основании механических свойств горных пород особенно полно в сочетании с другими методами позволяет выявлять при бурении тех или иных интервалов преимущества турбинного или роторного способа бурения. Указанная особенность является основополагающей при разработке алгоритмов управлениярежимом бурения скважин. Автоматический регулятор РПДЭ-3 предназначен для поддержаниярежимов бурения скважин турбобуром и ротором. Этот регулятор входит в комплект всех серийных буровых, а также вновь разрабатываемых установок. Регулятор РПДЭ-3 обеспечивает режим поддержания заданного значения нагрузки на долото (веса инструмента на крюке) - основной режим; режим поддержания заданного значения скорости подачи или подъема инструмента - вспомогательный режим. В настоящее время находятся в опытной эксплуатации две системы телеконтролярежимов бурения скважин с проводными линиями связи. Электромашинные регуляторы подачи долота РПДЭ-3, РПДЭ-7, РПДЭ-8 предназначены для поддержаниярежимов бурения скважин при турбинном и роторном бурении. Регуляторы обеспечивают режим поддержания заданного значения нагрузки на долото (веса инструмента на крюке), т.е. основной режим, и режим поддержания заданного значения скорости подачи или подъема инструмента, т.е. вспомогательный режим.

39.Способы бурения скважин. Метод ударно-канатного бурения - один из самых освоенных в практике буровых работ. Изобретенный еще в Древнем Китае он до сих пор широко используется для самых разных грунтов: от рыхлых до монолитных скальных.Ствол скважины создается периодическими ударами долота по забою под действием собственного веса и тяжелой ударной штанги. Приподнимание долота и ударной штанги, прикрепленных к инструментальному канату, осуществляется балансиром бурового станка. Кривошипно-шатунный механизм приводит в движение балансирную раму, при опускании которой оттяжной ролик натягивает инструментальный канат и поднимает долото над забоем на 0, 05 - 1, 5 м. При подъеме балансирной рамы долото падает и разрушает породу. Лезвия долота имеют небольшую площадь контакта с забоем, что обеспечивает их значительное углубление при каждом ударе и разрушение даже очень твердых пород. Поражение всей поверхности забоя и получение цилиндрического ствола достигается принудительным поворачиванием инструмента после каждого удара с помощью канатного замка. Роторное бурение. При роторном бурении вращение долоту передается от вращающего механизма - ротора, устанавливаемого на устье, через колонну бурильных труб, выполняющих функцию полого вала. При бурении неглубоких, малого диаметра скважин (картировочных, структурно-поисковых, разведочных на твердые полезные ископаемые, вентиляционных стволов) чаще применяют вращатели шпиндельного типа.Ротор используется и для удержания на весу колонны бурильных и обсадных труб при их спуске, подъеме. Поэтому ротор необходим и при бурении забойными двигателями.Привод ротора осуществляется от лебедки через карданный вал либо цепную передачу или от индивидуального привода (ПИР). Последний позволяет в широких пределах регулировать частоту вращения (от 20 до 200 об/мин и более), снижает нагрузку на привод лебедки при подъеме колонны с вращением, уменьшает изнашивание лебедки и ее привода.Для конкретных условий бурения ротор выбирают по допустимой нагрузке, передаваемой мощности, диаметру проходного отверстия для пропуска долота. Особенность роторного бурения - наличие двух каналов передачи энергии на забой: механический от привода ротора и гидравлический от насосов (компрессоров). Это обусловливает возможность подачи на долото относительно большой механической энергии (мощности) при благоприятных сочетаниях частоты вращения n и крутящего момента M, а также гидравлической энергии (мощности) при благоприятных сочетаниях расхода Q и перепада давлении на долоте.Роторное бурение с низкими частотами вращения (20-8- об/мин) и большими крутящими моментами (150-500) обеспечивает возможность эффективное разрушение почти всех типов горных пород осадочной толщи при применении различных (в том числе требующих больших удельных моментов) лопастных и алмазных долот с большим скольжением. Эти преимущества, а также создание низкооборотных долот с герметизированными опорами, дающих большую проходку, высокопрочных бурильных и утяжеленных труб с новыми типами резьб, прочных и долговечных вертлюгов обусловили более широкое применение роторного бурения в последние годы.Основной объем проходки глубоких скважин в мире в настоящее время приходится на роторный способ. Только в США бурится свыше 50 млн. м в год с довольно высокими показателями.В нашей стране роторным способом бурят, как правило, только нижние интервалы вертикальных скважин, не требующие использования отклонителей.

Бурение скважин с забойными двигателями. При турбинном способе бурения бурильная колонна не вращается, а воспринимает реактивный крутящий момент от забойного двигателя и служит каналом для подачи гидравлической энергии на забой. Вращение долоту передается от вала турбины, приводимого в движение потоком бурового раствора, т.е. при турбинном способе работает один канал передачи мощности на забой. Турбобур располагается непосредственно над долотом и является машиной, преобразующей гидравлическую энергию потока бурового раствора в механическую энергию, необходимую для вращения долота. Движущий узел турбобура - гидравлическая турбина, состоящая з множества одинаковых по конструкции элементов, называемых ступенями. Буровой раствор проходит последовательно через все ступени, и создаваемые вращающие моменты ступеней суммируются. Корпус турбобура через переводник присоединяется к бурильной колонне, а она через ведущую трубу и вкладыши ротора передает реактивный крутящий момент на застопоренный стол

Бурение объемными винтовыми двигателями. Винтовые двигатели, применяемые за рубежом, представляют собой обращенный винтовой насос с однозаходным винтом. Они имеют характеристику, близкую характеристике турбобуров, несколько уступая им по мощности. Например, «Дайна-Дрилл» диаметром 197 мм при расходе жидкости 28 л/с имеет частоту вращения 320 об/мин, вращающий момент 1300, мощность 42 кВт, перепад давления 1, 7 МПа, что примерно соответствует характеристике турбобура А7Н4С.

Бурение электробуром Электробур состоит из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и шпинделя. Шпиндель служит для восприятия реакции забоя при создании нагрузки на долото. Для получения необходимого вращающего момента при небольшом диаметре двигателя (последний ограничен диаметром скважины) увеличивают его длину. Чтобы длинный ротор не искривлялся при вращении, он разделен на ряд секций, центрируемых в статоре радиальными шариковыми подшипниками. Статор также состоит из отдельных пакетов, разделенных магнитопроводным материалом. Вращающий момент с вала двигателя передается валу шпинделя зубчатой муфтой.

Однако бурение скважин электробуром в последние годы прекратилось. Это обусловлено тем, что достигнутый уровень механической скорости и проходки на долото при бурении электробуром не выше, чем при бурении гидравлическими забойными двигателями, а забойное и наземное оборудование гораздо сложнее и дороже, очень низка надежность токоподвода, требуется более сложная ремонтная служба и более высокая квалификация работников.

40.Виды нефтегазоводопроявлений. Основные причины их возникновения и способы борьбы с ними. Под ГНВП понимается проникновение Г, Н, В из ГП в скважину. Возможны отдельно проявления любого из этих веществ. Классификация: - Проявление - увеличение количества выходящего на устье раствора содержанием пластового флюида.- Грифон - следствие заколонных (межколонных) проявлений. Визуально - прорыв газа через толщу пород в окрестностях устья скважины. - Выброс - активная часть начавшегося проявления. Перелив насыщенного раствором флюида в желобах, емкостях и через ротор на устье.- Фонтанирование - мощное извержение из скважины бурового раствора, насыщенного пластовым флюидом, либо одного флюида. Может быть открытый фонтан (нерегулируемый, при не работающем устьевом запорном оборудовании) или закрытый (управляемый).Причины: а). поступление флюида с выбуренной породой; б). путем диффузии через стенки скважины; в). давление столба бурового раствора ниже гидростатического (основная).а), б) - редко ведут к серьезным последствиям, нейтрализуются путем очистки ратвора от шлама и дегазацией.в) - возникает при: - Недостаточной плотности раствора; - Некачественной очистке и дегазации; - Несвоевременном доливе при подъеме; - Подъеме инструмента с сальником; - Повышенной скорости подъема при больших СНС; - Спуске обсадных колонн без долива; - Спуске бурильных труб при наличии в них пробок; - Недостаточной глубине спуска промежуточной колонны; - Некачественном цементировании и негерметичности колонн. Учет возможности НГВП должен осуществляться на стадии проектирования при выборе конструкции скважины, которая должна обеспечивать безусловное разобщение пластов с различными давлениями и содержанием флюидов.При глушении скважин при НГВП используются следующие методы: - Метод плавного глушения, основанный на контроле за давлением в кольцевом пространстве.а). Метод плавного глушения при газопроявлении;
б). Метод плавного глушения при нефтеводопроявлении. - Метод плавного глушения, основанный на контроле за давлением в нагнетательной линии.а). Метод уравновешенного пластового давления (метод постоянного давления в бурильных трубах).а.1. Метод двухстадийного глушения скважин (способ бурильщика); а.2. Метод непрерывного глушения скважины. б). Метод низкого давления перед дросселем.