Учебно-методический комплекс дисциплины
жүктеу/скачать 2,26 Mb.
|
УМКД Основы нефтегазового дела
- Бұл бет үшін навигация:
- Лекция 9. Способы бурения нефтяных и газовых скважин. Буровые долота
| Бурение скважин на море
В настоящее время на долю нефти, добытой из морских месторождений, приходится около 30 % всей мировой продукции, а газа — еще больше. Как люди добираются до этого богатства. Самое простое решение — на мелководье забивают сваи, на них устанавливают платформу, а на ней уже размещают буровую вышку и необходимое оборудование. Другой способ — «продлить» берег, засыпав мелководье грунтом. В Казахстане освоение морских богатств было начато засыпкой островка на месторождении Кашаган Восточный. На данном месторождений глубина моря не более 10 м. При бурении нефтяных и газовых скважин в глубоководных районах морей и океанов использовать стационарные платформы технически сложно и экономически невыгодно. Для этого случая созданы плавучие буровые установки, способные самостоятельно или с помощью буксиров менять районы бурения. ОЛ /1/, /2/, /3/,/5/ Вопросы для самопроверки: 1. Перечислите виды скважин 2. Для чего предназначены промывочные жидкости? 3. Что такое кондуктор? 4. Чем отличается роторное бурение от бурения с забойным двигателем? 5. Требования предъявляемые к буровым растворам Лекция 9. Способы бурения нефтяных и газовых скважин. Буровые долота План: 1. Способы бурения скважин 2.Породоразрушающий инструмент Классификация способов бурения Классификация способов бурения на нефть и газ приведена на рисунке 9.1. По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее. Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются. Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное. При ударном бурении (рисунок 9.2) разрушение горных пород производится долотом 1, подвешенным на канате. Буровой инструмент включает также ударную штангу 2 и канатный замок 3. Он подвешивается на канате 4, который перекинут через блок 5, установленный на какой-либо мачте (условно не показана). Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок 6. Скважины бурят на суше и на море при помощи специальных буровых установок. Как правило, верхние участки разреза скважины представлены современными отложениями, легко размывающимися в процессе бурения циркулирующим потоком жидкости, поэтому бурить скважину начинают только после того, как предпримут соответствующие меры против размывания- породы под основанием буровой. Для этого до бурения скважины сооружают шурф до устойчивых пород (4—8 м) и в него спускают трубу с вырезанным окном в ее верхней части. Рисунок 9.1 Классификация способов бурения скважин на нефть и газ Рисунок 9.2 Схема ударного бурения 1 - долото; 2 - ударная штанга; 3 - канатный замок; 4 - канат; 5 - блок; 6 - буровой станок Пространство между трубой и стенкой шурфа заполняют бутовым камнем и цементным раствором. В результате устье, скважины несколько укрепляется. К окну в трубе приваривают короткий металлический желоб, по которому в процессе бурения скважины промывочная жидкость направляется в желобную систему и к очистительным механизмам. Трубу, установленную в шурфе, называют направлением. После установки направления и проведения ряда других работ (контрольный осмотр оборудования, монтаж и наладка приборов, оснастка полиспастной системы, бурение шурфа под ведущую трубу) составляют акт о готовности смонтированной буровой и приступают к бурению скважины. Пробурив неустойчивые, мягкие, трещиноватые и кавернозные породы, осложняющие процесс бурения (обычно 50- 400м) перекрывают и изолируют эти горизонты, для чего в скважину спускают обсадную колонну, состоящую из свинченных стальных труб, а ее затрубное пространство цементируют. Первая обсадная колонна получила название кондуктор. После спуска кондуктора не всегда удается пробурить скважину до проектной глубины из-за прохождения новых осложняющих горизонтов или из-за необходимости перекрытия продуктивных пластов, не подлежащих эксплуатации данной скважиной. В таких случаях возникает потребность в спуске и последующем цементировании второй обсадной колонны, называемой промежуточной. При дальнейшем углублении скважины вновь могут встретиться горизонты, подлежащие изоляции. Тогда спускают и цементируют третью обсадную колонну, называемую второй промежуточной колонной. В этом случае ранее спущенная обсадная колонна будет называться первой промежуточной колонной. В осложненных условиях бурения таких промежуточных колонн может быть три и даже четыре. Пробурив скважину до проектной глубины, спускают и цементируют эксплуатационную колонну, предназначенную для подъема нефти или газа от забоя к устью скважины или для нагнетания воды (газа) в продуктивный пласт в целях поддержания давления в нем. После спуска и цементирования эксплуатационной колонны проверяют качество цементного кольца, образовавшегося в затрубном пространстве, и все обсадные колонны на устье скважины обвязывают друг с другом, применяя специальное оборудование. Расположение обсадных колонн с указанием их диаметров, глубины перехода с большего диаметра скважины на меньший, глубины спуска обсадных колонн и интервалов их цементирования составляет понятие о конструкции скважины. Если в скважину, кроме направления и кондуктора, спускают только эксплуатационную колонну, конструкцию называют одноколонной. Если в скважину, кроме направления и кондуктора, спускают промежуточные и эксплуатационные колонны, то конструкцию называют двухколонной (при одной промежуточной колонне) или трехколонной (при двух промежуточных колоннах). В деле упрощения и облегчения конструкций скважины положительную роль сыграло внедрение вращательного способа бурения. Если при ударном способе бурения в скважину спускали большое число концентрически располагающихся обсадных колонн (иногда до 10—12), то вращательный способ бурения позволил ограничиться спуском только двух-четырех обсадных колонн. Объясняется это тем, что при ударном способе бурения, характеризующемся отсутствием выноса выбуренной породы промывочной жидкостью, обсадные колонны спускали в целях сохранения ствола скважины через каждые 50—150 м проходки. Вынос выбуренной породы на поверхность циркулирующим потоком промывочной жидкости и создание давления столба жидкости на стенку скважины при вращательном бурении создали условия для увеличения интервала бурения без закрепления ствола скважины обсадной колонной. После пуска скважины в эксплуатацию буровое и энергетическое оборудование демонтируют и переводят на вновь строящуюся буровую. Всем процессом бурения скважины руководит квалифицированный специалист — буровой мастер. На буровой круглосуточно работает буровая бригада, состоящая из сменяющих друг друга трех основных вахт и одной дополнительной вахты, подменяющей основные в выходные дни. Каждая вахта состоит из 4 человек. Способы бурения скважин классифицируются по характеру воздействия на горные породы: механическое, термическое, физико-химическое, электрическое и т. д. Однако промышленное применение находят только способы бурения, обеспечивающие механическое разрушение горной породы. Другие же способы бурения пока еще не вышли из стадии экспериментальной разработки. Способы бурения скважин, связанные с механическим воздействием на горную породу, осуществляются либо с использованием мускульной силы человека (ручное бурение), либо с применением двигателей (механическое бурение). Ручное бурение применяют в основном при инженерно-геологических исследованиях и при решении проблем водоснабжения, когда бурят скважины небольшого диаметра (100–200 мм) на незначительную глубину (до 20–30 м). Наиболее распространены два вида механического бурения с использованием энергии двигателей – ударное и вращательное. Ударный способ используют при проходке скважин для добычи воды, а также в угольной и горнорудной промышленности (вентиляционные стволы и т. д.); При вращательном бурении разрушение породы происходит в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего момента. Под воздействием нагрузки долото внедряется в породу, а под влиянием крутящего момента скалывает, дробит и истирает ее. Существуют два способа бурения – роторный и с применением забойных двигателей турбобура или электробура (рисунок 9.3). При роторном бурении мощность от двигателей 11 передается через лебедку к ротору 4 – вращательному механизму, установленному над устьем скважины в центре вышки 19. Ротор вращает бурильную колонну с долотом 1. Бурильная колонна состоит из ведущей трубы 5 и привинченных к ней с помощью переводника 3 бурильных труб 2. Рисунок 9.3. Установка для бурения скважин роторным и турбинным способами и при помощи электробура 1 – долото; 2 – бурильные трубы; 3 – переводник; 4 – ротор; 5 – ведущая труба; 6 – вертлюг; 7 – крюк; 8 – талевый блок; 9 – талевый канат; 10 – лебедка; 11 – двигатели лебедки и ротора; 12 – буровой насос; 13 – двигатель насоса; 14 – приемная емкость; 15 – желоба; 16 – нагнетательный трубопровод; 17 – буровой шланг; 18 – забойный двигатель (при роторном бурении не применяется); 19 – вышка; 20 – обсадные трубы; 21 – цементная оболочка вокруг обсадных труб; 22 – шахтное направление При бурении с забойным двигателем долото 1 привинчено к валу, а бурильная колонна к корпусу двигателя 18. При работе двигателя вращаются его вал и долото, а бурильная колонна, как правило, ротором во вращение не приводится. Следовательно, при роторном бурении углубление долота в породу происходит при перемещающейся вдоль оси скважины вращающейся бурильной колонны, а при бурении с забойным двигателем — невращающейся бурильной колонны. Характерная особенность вращательного бурения — промывка скважины водой или специально приготовленной жидкостью в течение всего времени работы долота на забое. Для этого с помощью двух (реже одного или трех) буровых насосов 12, приводящихся в работу от двигателей 13. нагнетается промывочная жидкость по трубопроводу 16 в стояк-трубу, установленный в правом углу вышки 19, далее в гибкий буровой шланг 17, вертлюг 6 и бурильную колонну. Дойдя до долота, промывочная жидкость проходит через отверстия, имеющиеся в нем, и по кольцевому пространству между стенкой скважины и бурильной колонной поднимается на поверхность. Здесь в желобах 15 и в очистительных механизмах промывочная жидкость очищается от выбуренной породы, затем поступает в приемные емкости 14 буровых насосов и вновь закачивается в скважину. По мере углубления скважины бурильная колонна, подвешенная к полиспастной системе, состоящей из кронблока, талевого блока 8, крюка 7 и талевого каната 9, подается в скважину. Когда ведущая труба 5 войдет в ротор 4 на всю длину, включают лебедку, поднимают бурильную колонну на длину ведущей трубы и подвешивают бурильную колонну с помощью элеватора или клиньев на стволе ротора. Затем отвинчивают ведущую трубу 5 вместе с вертлюгом 6 и спускают ее в обсадную трубу, установленную заранее в слегка наклонную скважину (шурф) длиной, равной длине ведущей трубы. Скважина эта бурится заранее в правом углу вышки, примерно посредине расстояния от центра до ее ноги. После этого бурильную колонну удлиняют (наращивают) путем привинчивания к ней так называемой двухтрубки (двух свинченных труб или одной трубы длиной около 12 м), снимают ее с элеватора или клиньев, спускают в скважину на длину двухтрубки, подвешивают с помощью элеватора или клиньев на стол ротора, поднимают из шурфа ведущую трубу с вертлюгом, привинчивают ее к бурильной колонне, освобождают бурильную колонну от клиньев или элеватора, доводят долото до забоя и продолжают бурение. Для замены изношенного долота поднимают из скважины всю бурильную колонну, а затем вновь спускают ее. Спуско-подъемные работы ведут также с помощью полиспастной системы. При вращении барабана лебедки талевый канат навивается на барабан или свивается с него, что и обеспечивает подъем или спуск талевого блока и крюка. К последнему с помощью штропов и элеватора подвешивают поднимаемую и спускаемую бурильную колонну. При подъеме бурильную колонну развинчивают на секции, длина которых определяется высотой вышки (около 25 м при высоте вышки 41 м). Отвинченные секции, называемые свечами, устанавливают в фонаре вышки на подсвечнике. Спускают бурильную колонну в скважину в обратном порядке. Следовательно, процесс работы долота на забое скважины прерывается наращиванием бурильной колонны и спуско-подъемными работами для замены изношенного долота. Широко применяют два вида забойных двигателей — турбобур и электробур. При бурении с турбобуром вращение вала турбобура происходит за счет преобразования гидравлической энергии потока промывочной жидкости по бурильной колонне, поступающей в турбобур, в механическую энергию на валу турбобура, с которым жестко соединено долото. При бурении с электробуром энергия к его двигателю подается по кабелю, секции которого укреплены концентрично внутри бурильной колонны. Буровые долотаДолото – буровой инструмент для механического разрушения горных пород на забое скважины в процессе ее проходки. По характеру воздействия на породу долота можно классифицировать следующим образом. 1. Долота режуще-скалывающее – лопастные долота, предназначенные для разбуривания вязких и пластичных пород небольшой твердости и малой образивности. 2. Долота дробяще – скалывающего действия – шарошечные долота, предназначенные для разбуривания неабразивных и абразивных пород средней твердости, твердых, крепких и очень крепких. 3. Долота режуще-истирающего действия – долота с алмазными и твердосплавными породоразрушающими вставками. Предназначены они для бурения в породах средней твердости, а также при чередовании высокопластичных маловязких пород с породами средней твердости и даже малоабразивными твердыми. По назначению буровые долота подразделяются на три вида: 1) долота, разрушающие горную породу сплошным забоем; 2) долота, разрушающие горную породу кольцевым забоем (колонковые долота); 3) долота специального назначения; Долота для сплошного и колонкового бурения предназначены для углубления скважины, а специального назначения – для работы в пробуренной скважине (расширение и выравнивание ствола скважины) и в обсадной колонне (разбуривание цементного камня). Как для сплошного, так и для колонкового бурения созданы долота, позволяющие разрушать горную породу по любому из перечисленных выше принципов. Это облегчает подбор типа долота в соответствии с физико-механическими свойствами данной горной породы. Выпускаются долота диаметром от 46 до 580 мм. жүктеу/скачать 2,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|