Технология бурения нефтяных и газовых скважин. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин Современные технологии бурения нефтяных скважин
Бурение нефтяных и газовых скважин - область производства, включающая в себя совокупность средств, способов и методов, направленных на решение комплексных задач при бурении нефтяных и газовых скважин. Объектами профессиональной деятельности техника по специальности 131003 «Бурение нефтяных и газовых скважин» является техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин на всех этапах их строительства, проектно - конструкторская, технологическая и другие виды документации и информации. Техник по специальности 131003 «Бурение нефтяных и газовых скважин» в соответствии со специальной подготовкой может осуществлять следующие виды профессиональной деятельности.
Техник-технолог по бурению нефтяных и газовых скважин подготавливается для производственно-
технологической и организаторской деятельности на буровых предприятиях в должностях техника по бурению, помощника бурового мастера, бурового мастера, мастера по сложным работам, начальника буровой, инженера по бурению. Для получения практического опыта выпускники могут использоваться на рабочих местах помощника бурильщика 4-5 разряда и бурильщика. Техник-технолог должен уметь: организовывать работу буровой вахты, бригады на всех этапах процесса бурения скважины в соответствии с технологическими регламентами; предотвращать и ликвидировать все виды осложнений и аварий; проводить анализ производственно-хозяйственной деятельности подразделения, производить основные проверочные технологические расчеты, связанные с бурением скважины; оформлять техническую документацию; пользоваться средствами автоматизации, компьютерной техники, контрольно-измерительными приборами и инструментом, а также конструкторско-технологической документацией, эксплуатировать и обслуживать буровое оборудование; вести
целенаправленную работу по ресурсо-энергосбережению, осуществлять контроль за соблюдением правил охраны труда и окружающей среды.
Р азработка проектно-сметной документации на строительство наклонно направленных, горизонтальных, многозабойных скважин на месторождениях Республики Башкортостан, Западной Сибири, Оренбургской области, Демократической Республики Йемен, Ирана, Мавритании.
Р азработка проектно-сметной документации на реконструкцию старого фонда скважин методом бурения боковых стволов.
Р азработка проектно-сметной документации на строительство переходов трубопроводов через различные препятствия, в том числе под руслами рек, оврагами и т.п. методом наклонно направленного бурения.
Р азработка нормативной базы для составления проектно-сметной документации на строительство скважин, укрупненных комплексных расценок на подготовительные, строительно-монтажные работы по комплектам бурового оборудования.
Строительство горизонтальных и многозабойных скважин
Р азработка техники и технологии для строительства многозабойных скважин различного уровня сложности на конкретных месторождениях и последующее инженерное сопровождение бурения.
Б урение наклонно направленных скважин под различными препятствиями, в том числе под руслами рек, оврагами и т.п.
ÓÄÊ 622.24:622.143(075.8) ÁÁÊ 33.131
Ð å ö å í ç å í ò û:
кафедра нефтегазового промысла Кубанского государственного технологического университета; д-р техн. наук проф. А.Т. Кошелев; ä-ð òåõí. íàóê ïðîô. Г.Т. Вартумян
Булатов А.И., Проселков Ю.М., Шаманов С.А.
Б 90 Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учеб. для вузов. − М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. − 1007 с.: ил.
ISBN 5-8365-0130-0
Освещены вопросы современной технологии бурения нефтяных и газовых скважин, в том числе наклонно направленных и горизонтальных. Описаны буровые долота и бурильные головки, бурильные трубы, турбобуры, винтобуры и электробуры, условия их работы и режимы бурения. Приведены характеристики и состав современных комплектных буровых установок, функциональное назначение и конструкции комплектующего оборудования. Особое внимание уделено специальному оборудованию для бурения скважин на море. Представлена необходимая для инженерных расчетов справочная информация. Рассмотрены некоторые методики технологических и техни- ческих расчетов.
Для студентов нефтегазовых вузов и факультетов.
Предисловие........................................................................................................................................ |
|
ЧАСТЬ 1. ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН........................... |
|
Глава 1. Основы нефтегазопромысловой геологии.................................................................... |
|
1.1. Состав земной коры................................................................................................................... |
|
1.2. Геохронология горных пород.................................................................................................... |
|
1.3. Осадочные горные породы и формы их залегания.............................................................. |
|
1.4. Образование залежей нефти и газа........................................................................................ |
|
1.5. Физико-химические свойства нефти и газа........................................................................... |
|
1.6. Поиски и разведка месторождений нефти и газа................................................................ |
|
1.7. Составление геологического разреза скважины................................................................... |
|
1.8. Состав и минерализация подземных вод................................................................................ |
|
1.9. Исследования в скважинах....................................................................................................... |
|
Глава 2. Общие понятия о строительстве скважин................................................................... |
|
2.1. Основные понятия и определения........................................................................................... |
|
2.2. Геологическое обоснование места заложения и проектирование скважины как |
|
инженерного сооружения................................................................................................................ |
|
2.3. Монтаж оборудования для сооружения скважины............................................................. |
|
2.4. Проходка ствола скважины...................................................................................................... |
|
2.5. Буровые долота............................................................................................................................ |
|
2.6. Бурильная колонна...................................................................................................................... |
|
2.7. Привод долота.............................................................................................................................. |
|
2.8. Особенности бурения скважин на акваториях..................................................................... |
|
2.9. Крепление скважин и разобщение пластов........................................................................... |
|
Глава 3. Механические свойства горных пород......................................................................... |
|
3.1. Общие положения....................................................................................................................... |
|
3.2. Механические и абразивные свойства горных пород......................................................... |
|
3.3. Влияние всестороннего давления, температуры и водонасыщения на некоторые |
|
свойства горных пород..................................................................................................................... |
|
Глава 4. Буровые долота................................................................................................................... |
|
4.1. Шарошечные долота................................................................................................................... |
|
4.2. Кинематика и динамика шарошечных долот......................................................................... |
|
4.3. Алмазные долота.......................................................................................................................... |
|
4.4. Лопастные долота........................................................................................................................ |
|
Глава 5. Работа бурильной колонны............................................................................................. |
|
5.1. Физическая модель бурильной колонны................................................................................ |
|
5.2. Устойчивость бурильной колонны........................................................................................... |
|
5.3. Напряжения и нагрузки в трубах бурильной колонны....................................................... |
|
Глава 6. Промывка скважин............................................................................................................ |
|
6.1. Термины и определения............................................................................................................. |
|
6.2. Функции процесса промывки скважин.................................................................................. |
|
6.3. Требования к буровым растворам........................................................................................... |
|
6.4. Буровые промывочные растворы............................................................................................ |
|
6.5. Приготовление и очистка буровых растворов...................................................................... |
|
6.6. Технология химической обработки бурового раствора...................................................... |
|
6.7. Гидравлический расчет промывки скважины несжимаемой жидкостью........................ |
|
6.8. Методы утилизации отработанных буровых растворов и бурового шлама.................... |
|
6.9. Методы обезвреживания отработанных буровых растворов и шлама............................ |
|
Глава 7. Осложнения при бурении, их предупреждение и борьба с ними......................... |
|
7.1. Классификация осложнений..................................................................................................... |
7.2. Разрушение стенок скважины.................................................................................................. |
|
7.3. Поглощения жидкостей в скважинах...................................................................................... |
|
7.4. Газонефтеводопроявления......................................................................................................... |
|
7.5. Прихваты, затяжки и посадки колонны труб........................................................................ |
|
Глава 8. Режимы бурения................................................................................................................ |
|
8.1. Вводные понятия......................................................................................................................... |
|
8.2. Влияние различных факторов на процесс бурения............................................................. |
|
8.3. Влияние дифференциального и угнетающего давлений на разрушение горных |
|
пород..................................................................................................................................................... |
|
8.4. Рациональная отработка долот................................................................................................. |
|
8.5. Проектирование режимов бурения......................................................................................... |
|
8.6. Очистка бурящейся скважины от шлама............................................................................... |
|
Глава 9. Бурение наклонно направленных и горизонтальных скважин.............................. |
|
9.1. Цели и задачи направленного бурения скважин.................................................................. |
|
9.2. Основы проектирования направленных скважин................................................................ |
|
9.3. Факторы, определяющие траекторию забоя скважины...................................................... |
|
9.4. Забойные компоновки для бурения направленных скважин............................................. |
|
9.5. Методы и устройства контроля траектории скважин......................................................... |
|
9.6. Особенности бурения и навигации горизонтальных скважин........................................... |
|
Глава 10. Вскрытие и разбуривание продуктивных пластов................................................... |
|
10.1. Разбуривание продуктивного пласта..................................................................................... |
|
10.2. Технологические факторы, обеспечивающие бурение и вскрытие продуктивного |
|
пласта.................................................................................................................................................... |
|
10.3. Изменение проницаемости призабойной зоны пласта. Буровые растворы для |
|
заканчивания скважин...................................................................................................................... |
|
10.4. Опробование пластов и испытание скважин в процессе бурения................................. |
|
Глава 11. Конструкции скважин. Фильтры.................................................................................. |
|
11.1. Основы проектирования конструкций скважин................................................................ |
|
11.2. Конструкции забоев скважин................................................................................................. |
|
Глава 12. Крепление скважин и разобщение пластов.............................................................. |
|
12.1. Подготовка ствола скважины................................................................................................. |
|
12.2. Технология крепления скважин обсадными колоннами.................................................... |
|
12.3. Тампонажные цементы и растворы....................................................................................... |
|
12.4. Расчет цементирования скважин........................................................................................... |
|
Глава 13. Вторичное вскрытие продуктивных пластов, вызов притока нефти (газа) и |
|
освоение скважин.............................................................................................................................. |
|
13.1. Пулевая перфорация................................................................................................................ |
|
13.2. Кумулятивная перфорация...................................................................................................... |
|
13.3. Перфорация при депрессии на пласт.................................................................................... |
|
13.4. Перфорация при репрессии на пласт................................................................................... |
|
13.5. Специальные растворы для перфорации скважин............................................................. |
|
13.6. Буферные разделители............................................................................................................. |
|
13.7. Технология заполнения скважины специальной жидкостью........................................... |
|
13.8. Вызов притока путем замещения жидкости в эксплуатационной колонне................... |
|
13.9. Вызов притока с помощью воздушной подушки................................................................ |
|
13.10. Вызов притока с использованием пусковых клапанов.................................................... |
|
13.11. Вызов притока с помощью струйных аппаратов.............................................................. |
|
13.12. Поинтервальное снижение уровня жидкости в скважине.............................................. |
|
13.13. Снижение уровня жидкости в скважине поршневанием (свабированием) ................ |
|
13.14. Вызов притока из пласта методом аэрации....................................................................... |
|
13.15. Снижение уровня жидкости в скважине в условиях аномально низкого пластово- |
|
го давления.......................................................................................................................................... |
|
13.16. Вызов притока из пласта с применением двухфазных пен............................................ |
|
13.17. Технология вызова притока из пласта пенами с использованием эжекторов............ |
|
13.18. Вызов притока из пласта с помощью комплектов испытательных инструментов..... |
|
13.19. Применение газообразных агентов для освоения скважин. Освоение скважин |
|
азотом................................................................................................................................................... |
|
ЧАСТЬ 2. ТЕХНИКА БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН.................................. |
|
Глава 14. Буровые установки.......................................................................................................... |
|
14.1. Требования, предъявляемые к буровым установкам......................................................... |
14.2. Классификация и характеристики установок..................................................................... |
|
14.3. Комплектные буровые установки для эксплуатационного и глубокого разведочно- |
|
го бурения............................................................................................................................................ |
|
14.4. Выбор вида и основных параметров буровой установки................................................. |
|
14.5. Выбор схемы и компоновки оборудования буровой установки...................................... |
|
14.6. Требования к кинематической схеме буровой установки................................................ |
|
14.7. Буровые установки производства ОАО «Уралмашзавод»................................................. |
|
14.8. Буровые установки производства ОАО «Волгоградский завод буровой техники»...... |
|
Глава 15. Спускоподъемный комплекс......................................................................................... |
|
15.1. Процесс подъема и спуска колонн. Функции комплекса................................................. |
|
15.2. Кинематическая схема комплекса для СПО........................................................................ |
|
15.3. Талевая система......................................................................................................................... |
|
15.4. Выбор стальных канатов для талевых систем...................................................................... |
|
15.5. Кронблоки и талевые блоки.................................................................................................... |
|
15.6. Буровые крюки и крюкоблоки............................................................................................... |
|
15.7. Талевые механизмы буровых установок ОАО «Уралмашзавод» ..................................... |
|
15.8. Талевые механизмы буровых установок ВЗБТ.................................................................... |
|
15.9. Буровые вышки......................................................................................................................... |
|
15.10. Буровые лебедки...................................................................................................................... |
|
15.11. Тормозные системы буровых лебедок................................................................................ |
|
15.12. Объем спускоподъемных операций..................................................................................... |
|
15.13. Кинематика подъемного механизма.................................................................................... |
|
15.14. Динамика подъемного механизма........................................................................................ |
|
Глава 16. Оборудование системы промывки скважин.............................................................. |
|
16.1. Буровые насосы......................................................................................................................... |
|
16.2. Манифольд.................................................................................................................................. |
|
16.3. Вертлюг........................................................................................................................................ |
|
Глава 17. Поверхностная циркуляционная система.................................................................. |
|
17.1. Параметры и комплектность циркуляционных систем..................................................... |
|
17.2. Блоки циркуляционных систем.............................................................................................. |
|
17.3. Перемешиватели........................................................................................................................ |
|
17.4. Оборудование для очистки бурового раствора от шлама................................................. |
|
17.5. Дегазаторы для буровых растворов....................................................................................... |
|
17.6. Установка для обработки бурового раствора на базе центрифуги................................. |
|
17.7. Всасывающие линии для буровых насосов.......................................................................... |
|
Глава 18. Породоразрушающий инструмент: буровые долота, бурильные головки, |
|
расширители, калибраторы............................................................................................................. |
|
18.1. Шарошечные долота................................................................................................................. |
|
18.2. Лопастные долота...................................................................................................................... |
|
18.3. Фрезерные долота..................................................................................................................... |
|
18.4. Долота ИСМ............................................................................................................................... |
|
18.5. Алмазные долота........................................................................................................................ |
|
18.6. Шарошечные бурильные головки.......................................................................................... |
|
18.7. Лопастные и фрезерные твердосплавные бурильные головки........................................ |
|
18.8. Алмазные бурильные головки и бурильные головки ИСМ............................................... |
|
18.9. Керноприемный инструмент................................................................................................... |
|
18.10. Расширители............................................................................................................................. |
|
18.11. Калибраторы-центраторы...................................................................................................... |
|
Глава 19. Бурильные трубы. Расчет бурильных колонн........................................................... |
|
19.1. Ведущие бурильные трубы...................................................................................................... |
|
19.2. Бурильные трубы с высаженными концами и муфты к ним........................................... |
|
19.3. Замки для бурильных труб с высаженными концами....................................................... |
|
19.4. Бурильные трубы с приваренными замками....................................................................... |
|
19.5. Легкосплавные бурильные трубы.......................................................................................... |
|
19.6. Утяжеленные бурильные трубы............................................................................................. |
|
19.7. Переводники для бурильных колонн..................................................................................... |
|
19.8. Общие принципы и методика расчета компоновки бурильных труб в колонне.......... |
|
Глава 20. Привод долота: буровые роторы, забойные двигатели........................................... |
|
20.1. Буровые роторы........................................................................................................................ |
|
20.2. Турбобуры.................................................................................................................................. |
|
20.3. Винтовые забойные двигатели................................................................................................ |
|
20.4. Турбовинтовые забойные двигатели...................................................................................... |
|
20.5. Электробуры.............................................................................................................................. |
Глава 21. Устьевое оборудование бурящихся скважин............................................................. |
|
21.1. Колонные головки..................................................................................................................... |
|
21.2 Противовыбросовое оборудование......................................................................................... |
|
Глава 22. Обсадные трубы. Расчет обсадных колонн................................................................ |
|
22.1. Обсадные трубы и муфты к ним............................................................................................ |
|
22.2. Расчет обсадных колонн.......................................................................................................... |
|
Глава 23. Силовой привод бурового комплекса.......................................................................... |
|
23.1. Типы приводов, их характеристики...................................................................................... |
|
23.2. Выбор двигателей силовых приводов.................................................................................... |
|
23.3. Средства искусственной приспособляемости для приводов............................................ |
|
23.4. Муфты......................................................................................................................................... |
|
23.5. Цепные передачи буровых установок................................................................................... |
|
23.6. Силовые агрегаты и двигатели современных буровых установок.................................. |
|
23.7. Компоновка силовых приводов и трансмиссий.................................................................. |
|
Глава 24. Оборудование для механизации и автоматизации технологических |
|
процессов............................................................................................................................................. |
|
24.1. Автоматизация подачи долота................................................................................................. |
|
24.2. Автоматизация спуска-подъема (АСП).................................................................................. |
|
24.3. Буровой ключ автоматический стационарный.................................................................... |
|
24.4. Пневматический клиновой захват.......................................................................................... |
|
24.5. Вспомогательная лебедка......................................................................................................... |
|
Глава 25. Техника для бурения нефтяных и газовых скважин на море............................... |
|
25.1. Особенности разработки морских нефтяных и газовых месторождений..................... |
|
25.2. Основные виды технических средств для освоения морских нефтяных и газовых |
|
месторождений................................................................................................................................... |
|
25.3. Плавучие буровые средства (ПБС) ........................................................................................ |
|
25.4. Самоподъемные плавучие буровые установки (СПБУ) ..................................................... |
|
25.5. Полупогружные плавучие буровые установки (ППБУ) ..................................................... |
|
25.6. Буровые суда (БС)..................................................................................................................... |
|
25.7. Буровые вышки для ПБС......................................................................................................... |
|
25.8. Подводное устьевое оборудование........................................................................................ |
|
25.9. Системы удержания плавучих буровых средств на точке бурения................................ |
|
25.10. Морские стационарные платформы (МСП)....................................................................... |
|
25.11. Охрана окружающей среды при бурении на море.......................................................... |
|
Список литературы............................................................................................................................ |
ПРЕДИСЛОВИЕ
«Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин» является одной из специальных дисциплин, определяющих профиль инженера по машинам и оборудованию нефтяных и газовых промыслов. Цель преподавания дисциплины − дать студентам знания по технологии бурения нефтяных и газовых скважин и познакомить с техникой, которая обеспе- чивает выполнение в условиях бурения всех технологических процессов и операций. Эти знания необходимы инженеру-механику при проектировании, монтаже и эксплуатации буровых установок, отдельного оборудования к ним, устройств, узлов и приспособлений, выполнения ремонтных работ.
Развитие нефтяной и газовой промышленности предполагает широкое использование буровых работ с целью поиска, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений. Бурение нефтяных и газовых скважин, как ветвь нефтегазовой отрасли, должно постоянно совершенствоваться, особенно в связи с увеличением объемов работ по глубокому и сверхглубокому бурению, в том числе на акваториях, а также с растущими потребностями бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин.
Программой дисциплины «Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин» предусматривается изучение всех составляющих цикла строительства скважин, начиная с понятия о скважинах, их классификации, конструкциях, применяемых технических средств и технологических операций для разрушения горных пород и проходки ствола и заканчивая процессами вскрытия и опробования продуктивных горизонтов, крепления скважин обсадными колоннами и разобщения пластов тампонажными материалами, освоения и испытания скважин. Кроме того, уделяется должное внимание буровым установкам и комплектующему их оборудованию. Особое внимание уделено специальным буровым установкам, предназначенным для бурения скважин на акваториях.
Учебники, полностью удовлетворяющие требованиям программы дисциплины, отсутствуют. По отдельным разделам программы имеется учебная литература, но, к сожалению, многие ее материалы устарели, так как они не обновлялись по меньшей мере последние 15 лет.
Представленная книга призвана ликвидировать указанные пробелы в учебной литературе и представить учебный материал по бурению нефтяных и газовых скважин в современном его понимании. Она состоит из двух частей: первая часть посвящена технологии бурения нефтяных и газовых скважин, вторая − технике для сооружения этих скважин, буровому инструменту и подземному оборудованию. Отдельная глава посвящена специальному оборудованию для морского бурения скважин, которое успешно развивается как одна из ветвей нефтегазовой отрасли и по которой возможна специализация подготовки инженера-механика. Такое располо-
жение учебного материала логично, так как технология определяет требования к буровому оборудованию и инструменту для сооружения скважин.
Инженер-механик обязан уметь выполнять расчеты, необходимые как при конструировании, так и при эксплуатации бурового оборудования. Поэтому учебник в достаточной степени насыщен простейшими расчетными методиками и справочно-информационным материалом.
В конце книги приведен список использованной авторами основной литературы. Эта литература также рекомендуется для более глубокого изу- чения технологии и техники бурения нефтяных и газовых скважин.
Учебник охватывает все процессы и операции, выполняемые при бурении скважин, в том числе в осложненных геологических условиях; содержит справочную информацию, необходимую для технологических рас- четов; в нем описаны буровые установки, составляющее их буровое оборудование, породоразрушающий инструмент, бурильные и обсадные трубы; приведены технические характеристики оборудования и инструментов, необходимые при их выборе для конкретных условий сооружения скважины. В этом отношении учебник универсальный и поэтому может успешно использоваться в учебном процессе при подготовке специалистов других специальностей нефтегазового направления, в учебных планах которого предусмотрено изучение дисциплины «Бурение нефтяных и газовых скважин».
Для успешного изучения материала дисциплины студентам необходимы знания по математике, физике, химии, гидромеханике, термодинамике, теоретической и прикладной механике, сопротивлению материалов и материаловедению, а также по основам нефтяного и газового дела.
1 ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ
ЧАСТЬ СКВАЖИН
1 ОСНОВЫ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОЙ ГЛАВА ГЕОЛОГИИ
Геологическая информация является основой решения практи- чески всех вопросов проектирования сооружения скважин и управления буровыми процессами. Характеристики проходимых скважиной пород и пластовых флюидов во многом обусловливают выбор долот, бурового раствора, методов вскрытия продуктивных горизонтов, крепления стенок скважины и разобщения пластов. Для морского бурения огромное значе- ние имеют сведения о гидрометеорологических условиях, а также характеристики глубин морей, морских волнений, приливов и отливов, морских течений, ветра, ледовой обстановки.
1.1. СОСТАВ ЗЕМНОЙ КОРЫ
Геология − наука о составе, строении и истории Земли. Предполагают, что Земля состоит из нескольких различимых по свой-
ствам оболочек: литосферы толщиной 50−70 км; мантии до глубины 2900 км; ядра в интервале глубин 2900−6380 км. Над литосферой находятся водная оболочка − гидросфера, а выше − газовая оболочка − атмосфера. Литосфера сложена горными породами, основу которых составляют различные минералы − природные вещества, приблизительно однородные по химическому составу и физическим свойствам, возникшие в результате физико-химических процессов.
Классификация горных пород по происхождению:
А. Магматические (изверженные) − кристаллические породы, образовавшиеся в результате застывания расплавленного вещества (магмы).
Б. Осадочные − породы, составленные из мельчайших кусочков различных минералов, часто сцементированных между собой, содержащие остатки животных и растительных организмов. По способу накопления в
земной коре различают механические осадки, породы химического и смешанного происхождения.
Механические осадки − результат денудационных процессов солнечноветроводяного разрушения и переноса осадков магматических пород (валуны, галечник, гравий). Химические породы (и некоторые причисляемые к осадочным породам) образовались путем химических реакций и накопления на земной поверхности сложных солей (каменная соль, ангидрид, гипс). Породы смешанного происхождения включают в себя обломочный материал, вещества органического и химического происхождения (известняки, мел, глины, пески, песчаники).
В. Метаморфические горные породы − это вторично переплавленные осадочные и изверженные породы в результате погружения их в расплавленную часть Земли (кварциты, мраморы, сланцы, гнейсы).
1.2. ГЕОХРОНОЛОГИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Для определения историко-геологических закономерностей накопления горных пород и формирования Земли как планеты используют стратиграфическую шкалу, на основе которой составлена геохронологиче- ская таблица, отражающая расположение в определенной последовательности условных отрезков времени формирования земной коры (табл. 1.1).
Ò à á ë è ö à 1.1
Геохронологическая таблица
Кайнозойская |
Чертвертичный (ан- |
Голоценовая |
||||
тропогеновый) |
Плейстоценовая |
|||||
Неогеновый |
Плиоценовая |
|||||
Миоценовая |
||||||
Палеогеновый |
Олигоценовая |
|||||
Эоценовая |
||||||
Палеоценовая |
||||||
Мезозойская |
Позднемеловая |
|||||
Раннемеловая |
||||||
Позднеюрская |
||||||
Среднеюрская |
||||||
Раннеюрская |
||||||
Триасовый |
Позднетриасовая |
|||||
Среднетриасовая |
||||||
Раннетриасовая |
||||||
Палеозойская |
Пермский |
Позднепермская |
||||
Раннепермская |
||||||
Каменноугольный |
Позднекаменноугольная |
|||||
Среднекаменноугольная |
||||||
Раннекаменноугольная |
||||||
Девонский |
Позднедевонская |
|||||
Среднедевонская |
||||||
Раннедевонская |
||||||
Силурийский |
Позднесилурийская |
|||||
Раннесилурийская |
||||||
Ордовикский |
Позднеордовикская |
|||||
Среднеордовикская |
||||||
Раннеордовикская |
||||||
Протерозойская |
Позднепротерозой- |
Вендская |
||||
Позднерифейская |
||||||
Среднерифейская |
||||||
Раннерифейская |
||||||
Среднепротерозой- |
||||||
Раннепротерозойский |
||||||
Архейская |
||||||
1.3. ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ФОРМЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ
Основной признак осадочных горных пород − их слоистость, т.е. накопление в виде более или менее однородных пластов (слоев). Поверхность, ограничивающую пласт сверху, называют кровлей, а поверхность, ограничивающую пласт снизу, − подошвой.
Кровля нижележащего пласта является одновременно подошвой вышележащего, а подошва вышележащего − кровлей нижележащего. Первич- но образовавшиеся пласты залегали почти горизонтально, но в результате последующей деформации земной коры форма залегания часто изменялась до существенно наклонной или даже вертикальной.
Пласт характеризуется мощностью и углом падения в данной точке в конкретном направлении (рис. 1.1). Различают истинную (кратчайшее рас-
Рис. 1.1. Наклонно залегающие пласты в форме складки:
ÀÁ − горизонтальная мощность; ÀÄ − вертикальная мощность; ÀÑ − истинная мощность
Рис. 1.2. Моноклиналь
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:
- Подвоз техники на участок, где будет производиться работа.
- Собственно бурение шахты. Процесс включает в себя несколько работ, одна из которых – углубление ствола, которое происходит при помощи регулярного промывания и дальнейшего разрушения горной породы.
- Чтобы ствол скважины не был разрушен и не засорил ее, пласты породы укрепляют. С этой целью в пространство прокладывают специальную колонну из соединенных между собой труб. Место между трубой и породой закрепляют цементным раствором: эта работа носит название тампонирования.
- Последней работой является освоение. На нем вскрывается последний пласт породы, формируется призабойная зона, а также проводится перфорация шахты и отток жидкости.
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:
- Вырубка деревьев на участке.
- Разбитие зоны на отдельные части земли.
- Составление плана работ.
- Создание поселка для размещения рабочей силы.
- Подготовка основания для буровой станции.
- Проведение разметки на месте работы.
- Создание фундаментов для установки цистерн на складе с горючими материалами.
- Обустройство складов, завоз и отладка оборудования.
После этого необходимо заняться подготовкой оборудования непосредственно для бурения нефтяных скважин. В этот этап входят следующие процессы:
- Установка и проверка техники.
- Проводка линий для энергоснабжения.
- Монтаж оснований и вспомогательных элементов для вышки.
- Установка вышки и подъем на нужную высоту.
- Отладка всего оборудования.
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:
- Схема залегания пластов на нефтяном месторождении: слой глины, слой песчаника с водоносами, слой нефтяных залежей.
- Конструктивные особенности скважины.
- Состав горной породы в точке исследований и разработок.
- Учет возможных трудностей и осложняющих работу факторов, которые могут появиться при бурении нефтяной скважины в конкретном случае.
- Рассмотрение и анализ карты нормативов.
- Рассмотрение вопросов, связанных с безаварийной проводкой.
Документы и оборудование: основные требования
Процесс бурения скважины под нефть может начаться только после оформления ряда документов. К ним относятся следующие:
- Разрешение о начале эксплуатации буровой площадки.
- Карта нормативов.
- Журнал по растворам для бурения.
- Журнал по обеспечению охраны труда в работе.
- Учет функционирования дизелей.
- Вахтовый журнал.
К основному механическому оборудованию и расходным материалам, которые используются в процессе бурения скважины, относятся следующие виды:
- Оборудование для цементирования, сам цементный раствор.
- Оборудование для обеспечения безопасности.
- Каротажные механизмы.
- Техническая вода.
- Реагенты для различных целей.
- Вода для питья.
- Трубы для обсадки и собственно бурения.
- Площадка под вертолет.
Типы скважин
В процессе бурения нефтяной скважины в горной породе формируется шахта, которую проверяют на наличие нефти либо газа посредством перфорации ствола, при котором происходит стимуляция притока искомого вещества из продуктивной области. После этого бурильная техника демонтируется, скважина пломбируется с указанием даты начала и окончания бурения, а затем мусор вывозится, а металлические части подвергаются утилизации.
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:
- Углубление дня скважины, для чего используется буровое оборудование: оно размельчает горную породу.
- Удаление обломков из шахты.
- Закрепление ствола при помощи труб и цемента.
- Работы, в ходе которых исследуется полученный разлом, выявляются продуктивные расположения нефти.
- Спуск глубины и ее цементирование.
Скважины могут отличаться по заглубленности и делятся на следующие разновидности:
- Небольшие (до 1500 метров).
- Средние (до 4500 метров).
- Углубленные (до 6000 метров).
- Сверхуглубленные (более 6000 метров).
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:
- Разрушения ствола, обвалы.
- Уход в почву жидкости для промывки (удаления частей породы).
- Аварийные состояния оборудования или шахты.
- Ошибки в сверлении ствола.
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.
В процессе бурения скважины снаряд, который движется по часовой стрелке, доходит до места забоя и поднимается обратно. Проведение скважины доходит до коренных пластов, в которые происходит врезка до 1,5 метра. Чтобы скважина не была размыта, в начало погружается труба, она же служит средством проведения промывочного раствора напрямую в желоб.
Буровой снаряд, а также шпиндель может вращаться с разной скоростью и частотой; этот показатель зависит от того, какие виды горных пород требуется пробить, какой диаметр коронки будет сформирован. Скорость контролируется посредством регулятора, который регулирует уровень нагрузки на коронку, служащую для бурения. В процессе работы создается необходимое давление, которое оказывается на стены забоя и резцы самого снаряда.
Проектирование бурения скважины
Перед началом процесса по созданию нефтяной скважины составляется проект в виде чертежа, в котором обозначаются следующие аспекты:
- Свойства обнаруженных горных пород (устойчивость к разрушению, твердость, степень содержания воды).
- Глубина скважины, угол ее наклона.
- Диаметр шахты в конце: это важно для определения степени влияния на него твердости горных пород.
- Метод бурения скважины.
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:
- Ударно-канатный метод.
- Работа с применением роторных механизмов.
- Бурение скважины с использованием забойного мотора.
- Бурение турбинного типа.
- Бурение скважины с использованием винтового мотора.
- Бурение скважины посредством электрического бура.
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.
Название: Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин
Формат: PDF
Размер: 14,1 Mb
Год издания: 2003
Предисловие
ЧАСТЬ 1. ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Глава 1. Основы нефтегазопромысловой геологии
1.1. Состав земной коры
1.2. Геохронология горных пород
1.3. Осадочные горные породы и формы их залегания
1.4. Образование залежей нефти и газа
1.5. Физико-химические свойства нефти и газа
1.6. Поиски и разведка месторождений нефти и газа
1.7. Составление геологического разреза скважины
1.8. Состав и минерализация подземных вод
1.9. Исследования в скважинах
Глава 2. Общие понятия о строительстве скважин
2.1. Основные понятия и определения
2.2. Геологическое обоснование места заложения и проектирование скважины как инженерного сооружения
2.3. Монтаж оборудования для сооружения скважины
2.4. Проходка ствола скважины
2.5. Буровые долота
2.6. Бурильная колонна
2.7. Привод долота
2.8. Особенности бурения скважин на акваториях
2.9. Крепление скважин и разобщение пластов
Глава 3. Механические свойства горных пород
3.1. Общие положения
3.2. Механические и абразивные свойства горных пород
3.3. Влияние всестороннего давления, температуры и водонасыщения на некоторые свойства горных пород
Глава 4. Буровые долота
4.1. Шарошечные долота
4.2. Кинематика и динамика шарошечных долот
4.3. Алмазные долота
4.4. Лопастные долота
Глава 5. Работа бурильной колонны
5.1. Физическая модель бурильной колонны
5.2. Устойчивость бурильной колонны
5.3. Напряжения и нагрузки в трубах бурильной колонны
Глава 6. Промывка скважин
6.1. Термины и определения
6.2. Функции процесса промывки скважин
6.3. Требования к буровым растворам
6.4. Буровые промывочные растворы
6.5. Приготовление и очистка буровых растворов
6.6. Технология химической обработки бурового раствора
6.7. Гидравлический расчет промывки скважины несжимаемой жидкостью
6.8. Методы утилизации отработанных буровых растворов и бурового шлама
6.9. Методы обезвреживания отработанных буровых растворов и шлама
Глава 7. Осложнения при бурении, их предупреждение и борьба с ними
7.1. Классификация осложнений
7.3. Поглощения жидкостей в скважинах
7.4. Газонефтеводопроявления
7.5. Прихваты, затяжки и посадки колонны труб
Глава 8. Режимы бурения
8.1. Вводные понятия
8.2. Влияние различных факторов на процесс бурения
8.3. Влияние дифференциального и угнетающего давлений на разрушение горных пород
8.4. Рациональная отработка долот
8.5. Проектирование режимов бурения
8.6. Очистка бурящейся скважины от шлама
Глава 9. Бурение наклонно направленных и горизонтальных скважин
9.1. Цели и задачи направленного бурения скважин
9.2. Основы проектирования направленных скважин
9.3. Факторы, определяющие траекторию забоя скважины
9.4. Забойные компоновки для бурения направленных скважин
9.5. Методы и устройства контроля траектории скважин
9.6. Особенности бурения и навигации горизонтальных скважин
Глава 10. Вскрытие и разбуривание продуктивных пластов
10.1. Разбуривание продуктивного пласта
10.2. Технологические факторы, обеспечивающие бурение и вскрытие продуктивного пласта
10.3. Изменение проницаемости призабойной зоны пласта. Буровые растворы для заканчивания скважин
10.4. Опробование пластов и испытание скважин в процессе бурения
Глава 11. Конструкции скважин. Фильтры
11.1. Основы проектирования конструкций скважин
11.2. Конструкции забоев скважин
Глава 12. Крепление скважин и разобщение пластов
12.1. Подготовка ствола скважины
12.2. Технология крепления скважин обсадными колоннами
12.3. Тампонажные цементы и растворы
12.4. Расчет цементирования скважин
Глава 13. Вторичное вскрытие продуктивных пластов, вызов притока нефти (газа) и
освоение скважин
13.1. Пулевая перфорация
13.2. Кумулятивная перфорация
13.3. Перфорация при депрессии на пласт
13.4. Перфорация при репрессии на пласт
13.5. Специальные растворы для перфорации скважин
13.6. Буферные разделители
13.7. Технология заполнения скважины специальной жидкостью
13.8. Вызов притока путем замещения жидкости в эксплуатационной колонне
13.9. Вызов притока с помощью воздушной подушки
13.10. Вызов притока с использованием пусковых клапанов
13.11. Вызов притока с помощью струйных аппаратов
13.12. Поинтервальное снижение уровня жидкости в скважине
13.13. Снижение уровня жидкости в скважине поршневанием (свабированием)
13.14. Вызов притока из пласта методом аэрации
13.15. Снижение уровня жидкости в скважине в условиях аномально низкого пластового давления
13.16. Вызов притока из пласта с применением двухфазных пен
13.17. Технология вызова притока из пласта пенами с использованием эжекторов.
13.18. Вызов притока из пласта с помощью комплектов испытательных инструментов
13.19. Применение газообразных агентов для освоения скважин. Освоение скважин азотом
ЧАСТЬ 2. ТЕХНИКА БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Глава 14. Буровые установки
14.1. Требования, предъявляемые к буровым установкам
14.2. Классификация и характеристики установок
14.3. Комплектные буровые установки для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения.
14.4. Выбор вида и основных параметров буровой установки
14.5. Выбор схемы и компоновки оборудования буровой установки
14.6. Требования к кинематической схеме буровой установки
14.7. Буровые установки производства ОАО «Уралмагнзавод»
14.8. Буровые установки производства ОАО «Волгоградский завод буровой техники»
Глава 15. Спускоподъемный комплекс
15.1. Процесс подъема и спуска колонн. Функции комплекса
15.2. Кинематическая схема комплекса для СПО
15.3. Талевая система
15.4. Выбор стальных канатов для талевых систем
15.5. Кронблоки и талевые блоки
15.6. Буровые крюки и крюкоблоки
15.7. Талевые механизмы буровых установок ОАО «Уралмагнзавод»
15.8. Талевые механизмы буровых установок ВЗБТ
15.9. Буровые крюки
15.10. Буровые лебедки
15.11. Тормозные системы буровых лебедок
15.12. Объем спускоподъемных операций
15.13. Кинематика подъемного механизма
15.14. Динамика подъемного механизма
Глава 16. Оборудование системы промывки скважин
16.1. Буровые насосы
16.2. Манифольд
16.3. Вертлюг
Глава 17. Поверхностная циркуляционная система
17.1. Параметры и комплектность циркуляционных систем
17.2. Блоки циркуляционных систем
17.3. Перемешиватели
17.4. Оборудование для очистки бурового раствора от шлама
17.5. Дегазаторы для буровых растворов
17.6. Установка для обработки бурового раствора на базе центрифуги
17.7. Всасывающие линии для буровых насосов
Глава 18. Породоразрушающий инструмент: буровые долота, бурильные головки,
расширители, калибраторы
18.1. Шарошечные долота
18.2. Лопастные долота
18.3. Фрезерные долота
18.4. Долота ИСМ
18.5. Алмазные долота
18.6. Шарошечные бурильные головки
18.7. Лопастные и фрезерные твердосплавные бурильные головки
18.8. Алмазные бурильные головки и бурильные головки ИСМ
18.9. Керноприемный инструмент
18.10. Расширители
18.11. Калибраторы-центраторы
Глава 19. Бурильные трубы. Расчет бурильных колонн
19.1. Ведущие бурильные трубы
19.2. Бурильные трубы с высаженными концами и муфты к ним
19.3. Замки для бурильных труб с высаженными концами
19.4. Бурильные трубы с приваренными замками
19.5. Легкосплавные бурильные трубы
19.6. Утяжеленные бурильные трубы
19.7. Переводники для бурильных колонн
19.8. Общие принципы и методика расчета компоновки бурильных труб в колонне
Глава 20. Привод долота: буровые роторы, забойные двигатели
20.1. Буровые роторы
20.2. Турбобуры
20.3. Винтовые забойные двигатели
20.4. Турбовинтовые забойные двигатели
20.5. Электробуры
Глава 21. Устьевое оборудование бурящихся скважин
21.1. Колонные головки
21.2 Противовыбросовое оборудование
Глава 22. Обсадные трубы. Расчет обсадных колонн
22.1. Обсадные трубы и муфты к ним
22.2. Расчет обсадных колонн
Глава 23. Силовой привод бурового комплекса
23.1. Типы приводов, их характеристики
23.2. Выбор двигателей силовых приводов
23.3. Средства искусственной приспособляемости для приводов
23.4. Муфты
23.5. Цепные передачи буровых установок
23.6. Силовые агрегаты и двигатели современных буровых установок
23.7. Компоновка силовых приводов и трансмиссий
Глава 24. Оборудование для механизации и автоматизации технологических
процессов
24.1. Автоматизация подачи долота
24.2. Автоматизация спуска-подъема (АСП)
24.3. Буровой ключ автоматический стационарный
24.4. Пневматический клиновой захват
24.5. Вспомогательная лебедка
Глава 25. Техника для бурения нефтяных и газовых скважин на море
25.1. Особенности разработки морских нефтяных и газовых месторождений
25.2. Основные виды технических средств для освоения морских нефтяных и газовых месторождений
25.3. Плавучие буровые средства (ПБС)
25.4. Самоподъемные плавучие буровые установки (СПБУ)
25.5. Полупогружные плавучие буровые установки (ППБУ)
25.6. Буровые суда (БС)
25.7. Буровые вышки для ПБС
25.8. Подводное устьевое оборудование
25.9. Системы удержания плавучих буровых средств на точке бурения
25.10. Морские стационарные платформы (МСП)
25.11. Охрана окружающей среды при бурении на море