Файл: 1. Общие понятия о строительстве скважин понятие о скважине, ее конструкции и элементах.doc

Процесс бурения тем эффективнее, чем качественней очистка забоя скважины от выбуренной породы. Для удержания шлама во взвешенном состоянии на забой подается вода. Очистка забоя от шлама производится с помощью цилиндрического сосуда который называют желонкой. Желонка представляет собой поршневую пару с обратным клапаном в нижней части. Поршень на забое спускается вниз на дно желонки под собственным весом. При подъеме желонки поршень начинает двигаться вверх. В это время клапан на поршне закрывается, а на дне желонки открывается, и шлам заполняет корпус желонки, перемещаясь вслед за поршнем, который, достигая верхней точки в корпусе желонки, начинает перемещаться со своим корпусом, заполненным шламом, на дневную поверхность. Нижний клапан при подъеме закрывается под собственным весом и весом шлама.

Частота ударов при таком способе бурения лежит в пределах от 10-20 до 100-150 ударов в минуту. Скорость проходки при ударном способе невелика, в пределах нескольких метров. Энергоемкость такого бурения не велика, способ дает хорошее качество вскрытия продуктивных пластов.

1.3.2. Вращательное бурение

При таком способе бурения горные породы на забое разрушаются вращающимся долотом, на которое подается осевая нагрузка и крутящий момент. По бурильным трубам на забой с помощью насосов подается буровой раствор, одной из функций которого является вынос шлама на дневную поверхность.

Крутящий момент на долото передается вращением бурильной колонны с помощью ротора (роторный способ) или от забойного двигателя (турбобур, винтовой бур, электробур), который устанавливается непосредственно над долотом.

Осевая нагрузка на долото создается весом нижней части бурильной колонны. Это УБТ и забойный двигатель. Нагрузка на долото зависит от проходимых пород, диаметра и конструкции долота (например, долото 215,9 мм - нагрузка в пределах 150-250 кН).

Частота вращения долота при роторном способе лежит в пределах 20-200 об/мин., при бурении винтовым двигателем 150-250 об/мин., при турбинном и электробурении без редуцирования от 250 до 800 об/мин., а с редуктором 200-300 об/мин.

При общей установленной мощности буровых установок более 2000 кВт для бурения на глубину до 5000 м на долото передается от 200 до 500 кВт. Проходка при таком способе бурения достигает 100 м/ч и более при бурении в мягких, средних породах (в условиях постоянной промывки).

---

Закачиваемый для очистки забоя скважины буровой раствор в процессе бурения постоянно циркулирует. Циркуляционная система включает в себя буровой насос, нагнетательную линию (манифольд), вертлюг, бурильную колонну, забойный двигатель, долото, а также элементы скважины - забой, кольцевое пространство между бурильной колонной и стенками скважины, устье скважины, желоба и другие очистные устройства от шлама и газа (вибросита, гидроциклоны, сепараторы); приемные емкости для очищенного раствора (отстойники), подпорный насос, всасывающую линию буровых насосов.

В качестве бурового раствора используется вода, естественные растворы, образуемые из шлама и закачиваемой с поверхности воды и пластовых вод, глинистый раствор, нефтеэмульсионный раствор, раствор на нефтяной основе, вода, смешанная с воздухом (аэрированная), воздух, природные газы и их смеси с отработанными газами ДВС, утяжеленные растворы (до 2400 кг/м³) и др.

Подача буровых насосов составляет порядка 20-30 л/с для долота диаметром 215,9 мм, давление на выкиде насосов 5-20 МПа, а установленная мощность на приводе 600-1180 кВт.

Буровой раствор кроме очистки забоя от выбуренной породы охлаждает долото, способствует более эффективному разрушению горной породы, создает противодавление на стенки скважины вследствие физико-химического взаимодействия с горной породой и пластовыми флюидами.

В процессе бурения происходит смена долота. Для этого поднимают бурильные трубы (колонну), отвинчивают сработанное долото, меняют его на новое и вновь спускают бурильную колонну в скважину до забоя.

Спуск и подъем бурильной колонны и спуск обсадных колонн производится с помощью специального оборудования, предназначенного для выполнения этих операций. Это: буровая вышка, талевая система, лебедка, подъемный крюк.

При спуско-подъемных операциях (СПО) используются различные приспособления для свинчивания и развинчивания труб и других элементов бурильной колонны, для удержания колонны на весу в процессе СПО, для захвата труб и подачи их к устью, где установлен ротор или от устья для установки их на подсвечник (стол с наклоном 1-3⁰).

1.3.3. Схема установки для бурения глубоких скважин

Из конструктивных соображений (эксплуатация, транспортировка, работы на буровой), бурильные трубы изготавливаются длиной 12 м. В глубоком бурении бурильную колонну расчленяют на свечи. Свеча - это часть бурильной колонны, состоящая из 2-4 труб. Это ускоряет проведение СПО и уменьшает износ самих труб, резьб, всего оборудования и механизмов. Свечи на подсвечнике устанавливаются вертикально, что в значительной степени упрощает процесс СПО. Длина свечи косвенно характеризует объем СПО. Свечи по длине могут быть 25 и 37 м, а вышки соответственно 41 и 53 м. Высота вышки, кроме свечи, должна вмещать в верхней своей части талевую систему: это кронблок, талевый блок, крюк, штропы и достаточный путь торможения.

---

Размер пола буровой должен позволять разместить в его центре ротор и подсвечники, которых, как правило, два, расположенных по обе стороны ротора.

При бурении скважин малой и средней глубины, как правило, применяются мачтовые (А - образные) вышки, которые очень удобны в монтаже, демонтаже и транспортировке. При бурении глубоких скважин применяются и башенные вышки.

Р ис. 3. Схема установки для бурения

глубоких скважин

1- долото, 2 - наддолотная утяжелительная труба, 3 - переводник, 4 - центратор, 5 - муфтовый переводник, 6,7 - УБТ, 8 - переводник, 9 - предохранительное кольцо, 10 - бурильные трубы, 11 - предохранительный переводник, 12,14 - переводники штанговые нижний и верхний, 13 - ведущая труба, 15 - переводник вертлюга, 16 - вертлюг, 17 - стояк, 18 - шланг, 19 - крюк, 20 - талевый блок, 21 - вышка, 22 - кронблок, 23 - редуктор, 24- лебедка, 25 - ротор, 26 - шламоуловитель, 27 - буровой насос.

С глубиной возрастает вес бурового инструмента, поэтому для более эффективного использования мощности лебедки изготавливаются многоскоростными (4-6 скоростей). При оснастке талевым канатом предусматривается использование от двух до шести шкивов талевого блока и от трех до семи шкивов кронблока (такие оснастки называются 23, 34, 45, 56, 67). По мере возрастания веса на крюке оснастка может меняться в сторону увеличения количества используемых шкивов.

Грузоподъемность вышек в зависимости от максимального веса бурильной или обсадной колонны (та, которая тяжелее) различна. Для бурения скважины глубиной 3200 м грузоподъемность вышки должна быть 2000 кН (200тс).

Ротор используется для СПО как опора для удержания бурильной колонны в клиновых захватах или для удержания на элеваторах и для вращения ее (бурение и проворот). При бурении наклонно-направленных скважин ротором осуществляется и проворот бурильной колонны с целью ее ориентации.

Перед подъемом бурильной колонны скважину необходимо промыть до выравнивания плотности бурового раствора с целью удаления из скважины шлама и газа.

Если промывку не делать, то вполне возможно осложнение в виде образования сальников, выброса, обвала.

Подъем инструмента начинают с того, что из скважины поднимают бурильную колонну так, чтобы извлечь ведущую трубу и первое замковое соединение появилось над столом ротора. Подъем прекращают, лебедка затормаживается, вкладыши с

---

квадратным вырезом извлекаются из ротора, вместо вкладышей устанавливаются клиновые захваты. После этого лебедка растормаживается, колонна бурильных труб приспускается, что способствует срабатыванию клинового захвата - бурильная колонна висит на клиновых захватах.

Далее отвинчивается ведущая труба вместе с вертлюгом и с помощью автозатаскивателя подводят ее к шурфу и с помощью талевой системы спускают эту сборку в шурф. Шурф представляет собой обсаженную скважину глубиной 18-25 м, которая располагается справа от ротора на расстоянии 1,5-2 м и несколько наклонена к оси скважины. На время СПО и наращивания бурильной колонны рабочую трубу (квадрат) и вертлюг (в сборе) спускают в этот шурф.

После спуска ведущей трубы с вертлюгом в шурф, от сборки вертлюга отсоединяют крюк, а на штропы подвешивают элеватор. Элеватор закрывают под муфтой замка верхней трубы. С помощью лебедки начинается подъем подвешенной на клиньях бурильной колонны на длину свечи так, что после подвешивания БК на клиньях очередное муфтовое соединение оказалось на высоте специального ключа (АКБ) для развинчивания труб, а под муфту разместился бы элеватор для очередного подъема.

Клинья поднимаются и опускаются с помощью пневматических домкратов с пульта бурильщика. Поднятую свечу отвинчивают с помощью пневмораскрепителей, пневматических или электрических ключей, реже машинными ключами. Отвинченная свеча под действием пружины крюка приподнимается над ниппелем нижней трубы и с помощью приспособлений (крючок) помбур отводит ее и ставит на подсвечник.

Второй помощник бурильщика (верховой) находится в это время на верхней площадке (на палатях) на уровне верхних концов свечей, стоящих на подсвечнике. Он освобождает свечу от элеватора и заводит ее верхний конец за палец (консольная балка), закрепленный за вышку.

Бурильщик опускает свободный элеватор для захвата бурильной колонны и все повторяется в изложенном порядке.

С целью облегчения труда для осуществления СПО разработаны и применяются различные устройства. В нашей стране широкое применение нашла автоматизированная установка АСП, с помощью которой совмещаются во времени операции спуско-подъема колонны бурильных труб и незагруженного элеватора с операциями установки свечи на подсвечник и выноса ее с подсвечника, отвинчивания и свинчивания.

Наращивание бурильной колонны можно выполнять по-разному. Можно пробурить дополнительный шурф для бурильной трубы. Перед тем, как нарастить колонну, с мостков поднимают одну БТ и спускают ее во второй шурф. Из первого шурфа поднимают квадрат с вертлюгом. Наращивают и начинают бурить. По мере углубления на длину рабочей трубы, ее с вертлюгом отвинчивают, спускают в первый шурф, из второго шурфа поднимают одиночку БТ, наращивают, спускают, извлекают из

---

первого шурфа рабочую трубу с вертлюгом, наращивают и продолжают бурить.

Другой вариант предусматривает подъем рабочей трубы, отвинчивание, спуск ее в сборке с вертлюгом в шурф, подъем с мостков одиночной БТ с помощью кермака, навинчивание ее на бурильную колонну, которая висит на элеваторе или пневмоклиньях; колонна спускается, из шурфа извлекается рабочая труба с вертлюгом, наращивается и продолжается процесс бурения. (Существуют и другие варианты).

Перед началом бурения в любом варианте наращивания или после смены долота производится промывка забоя скважины.

После достижения глубины скважины, необходимой для спуска обсадной колонны, ствол скважины готовят к креплению, спускают обсадную колонну и цементируют.

После цементирования колонну проверяют на герметичность созданием давления внутри колонны (опрессовка) или снижением уровня жидкости в колонне.

После цементирования кондуктора и промежуточных колонн и их опрессовки, при необходимости, на устье устанавливаются противовыбросовые устройства - превенторы.

Эксплуатационная колонна после опрессовки перфорируется напротив продуктивного пласта (простреливаются или просверливаются отверстия), а на устье устанавливается эксплуатационная арматура. После этого скважина осваивается и вводится в эксплуатацию.

На каждую скважину составляется паспорт, акт испытаний и другие документы. После этого, проведя рекультивацию участка, скважина сдается в эксплуатацию.

Преимущества вращательного бурения по сравнению с другими видами заключается в том, что при таком бурении производится непрерывное разрушение породы с удалением шлама непрерывной циркуляцией промывочной жидкости. На долото передается значительно больше мощности.

К преимуществам метода можно отнести универсальность, возможность вскрытия пластов с низким и высоким пластовым давлением за счет использования различных промывочных жидкостей и газов, возможность преодоления осложнений (обвалов, поглощений, выбросов, фонтанирования) и многое другое.

---