Технология бурения нефтяных и газовых скважин

Бурение глубокой скважины

Бурение глубокой скважины, не говоря уже о сверхглубокой скважине, – сложное и дорогостоящее мероприятие. В мировой практике бурение глубоких скважин осуществляется на очень мощных и дорогих платформах грузоподъемностью 600-800 тонн.

Пока что выпущено всего несколько устройств этого типа, меньше, чем пальцев одной руки.

Наш проект предполагает бурение глубокой скважины на обычной буровой установке.

При этом сохраняется классическая схема разрушения и выноса породы на земной поверхности, но применяются новые технологические приемы, некоторые новые инструменты и, прежде всего, новый подход к проблеме глубокого бурения.

Наиболее важным элементом всего оборудования являются буровые насосы, которые заставляют буровой раствор (глину) под высоким давлением циркулировать вдоль бурильных труб, а затем вверх по кольцевому пространству между колонной труб и стенками ствола скважины.

Энергия насосов преобразуется в полезную работу турбобура, который вращает наконечник на дне скважины и заставляет пробуренную породу подниматься на поверхность земли.

Раствор, который выходит из Кольской сверхглубокой скважины, очищается от кусков породы и закачивается обратно в бурильные трубы. Циркуляция по замкнутому контуру.

Если при натяжении бурильной колонны встать на буровую установку, внутри башни вы увидите вертикальные ряды «свечей» – отдельных трубок, в которых расчленяется колонна. Обычно колонна состоит из «свечей» высотой 36 метров. Их диаметр примерно 15 сантиметров.

Изделие изношено: поднимается вся струна, ввинчивается новая, и в обратном порядке опускаются «свечи» в колодец. Долото совершает несколько сотен таких спусков при бурении глубоких скважин и более тысячи при бурении сверхглубоких скважин!

При этом необходимо выдерживать вертикальность скважины в определенных допусках, своевременно фиксировать открытые породы обсадными трубами, брать образцы горных пород – кернов с забоя скважины, проводить комплекс геофизических исследований скважины и многие другие другие работы.

По сути, буровая установка для глубоких скважин – это большая современная установка. Весь комплект оборудования предназначен для бурения узкой цилиндрической дорожки длиной несколько километров в земную кору. Это просто жало в недрах Земли. Но как сложно это сделать…

Обычно глубокое отверстие просверливается наконечником большого диаметра. Бурение ведется до тех пор, пока в скважине не появятся какие-либо осложнения (приток воды, нефти и газа, протечки бурового раствора, обрушение стенок), делающие невозможным дальнейшее углубление скважины.

Затем в ствол опускаются специальные трубы, а пространство между трубами и стенками колодца заливается цементным раствором.

Скважина теперь покрыта броней, и бурение можно продолжать (с использованием долот немного меньшего диаметра) до тех пор, пока какие-либо новые осложнения не заблокируют путь сверла.

Затем в скважину опускают еще одну серию труб меньшего диаметра, чем первая, и цементируют. Поскольку многие из этих труб опускаются в скважину, возникают многие проблемы.

Каждая глубокая дыра похожа на подземный телескоп, направленный в сторону от звезд. По количеству проходов (труб) в телескопе можно судить о сложности и стоимости бурения.

заранее определить необходимое количество звеньев телескопа и соотношение их размеров очень сложно. Практически невозможно предсказать, на какой глубине возникнет осложнение, когда вам потребуется вставить обсадную трубу – следующее звено телескопа – в шахту.

Недра очень изменчива: буквально соседние скважины могут отличаться друг от друга условиями бурения. Или неожиданно встретится водоносный горизонт под давлением, от которого должна быть ограждена оболочка, затем встретится промежуточный слой трещиноватых пород, и буровой раствор начнет течь через них вместо того, чтобы поднимать разрушенную породу, затем внезапно стены колодец начнет рушиться, потом сформируются пещеры…

невозможно предугадать все сложности будущего подземного маршрута. Во время путешествия космонавты, вероятно, знают о своих маршрутах больше, чем бурильщики, атакующие недра земли…

Ведь не случайно, что сейчас в лабораториях многих стран ученые занимаются изучением кернового материала, доставленного Луной советскими и американскими самолетами, но ни в одной лаборатории мира до сих пор нет образцов земных горных пород, извлеченных из глубиной не менее 10 километров!

Преимущества эксплуатации техники для ГНБ и технологии горизонтального бурения

Производственно-технические особенности бурения

Благодаря этой технологии можно без проблем проложить трубопровод даже в самых сложных случаях и без земляных работ.

• в поплавках, камнях и другой труднопроходимой местности;
• под сельскохозяйственными объектами, а также водоемами, оврагами и другими природными объектами;
• под автомобильными дорогами, железными дорогами и путями, действующими и нерабочими;
• с высокой плотностью застройки в городах, в том числе крупных: под магистралями, площадями и трамвайными путями;
• на охраняемых территориях, где проходят трубопроводный транспорт или линии электропередачи;
• на территории, где расположено производственное предприятие, даже при непрерывном производстве.

Эта технология имеет множество преимуществ:

Поскольку этот вид работ не требует остановки движения или блокировки транспортных маршрутов, это значительно сокращает время работы.

Сокращение рабочего времени благодаря современным технологиям бурения и использованию современных технологий.

Для выполнения работ требуется минимальное количество оборудования и людей.

Минимальный риск аварии, гарантия того, что трубопровод останется в целости и сохранности.

Благодаря автономной работе бурового комплекса не требуются дополнительные источники энергии.

Избегайте препятствий – благодаря гибкости буровых штанг, о которых говорилось выше. Опускать уровень грунтовых вод необязательно.

Финансово-экономический аспект бурения

Из ранее выявленных преимуществ технологии вытекают следующие аспекты:

Общие затраты на трубопровод будут снижены за счет более быстрого завершения строительных работ, а также минимального количества задействованных рабочих и оборудования.

Все оборудование ГНБ автономно, а значит, нет необходимости тратить деньги на энергоресурсы.

Если работа ведется в городе, вам не придется тратиться на восстановление дорог, парков и т.д. – работа гарантированно будет выполнена качественно и качественно.

Использование только качественного оборудования и решений позволяет снизить затраты на ремонт и управление трубопроводом.

Социально-экономический аспект

Проводимые работы практически не влияют на окружающую среду и население:

Не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.

Без ущерба сельскому хозяйству.

Хотя выполнение таких работ всегда негативно сказывается на жителях, здесь негативное влияние сведено к минимуму.

Прокладка линий связи традиционным способом требует применения специальной техники, разрушающей массу почвы до уровня закладки. В свою очередь, горизонтально-направленное бурение (ГНБ) ориентировано на бестраншейный метод формирования канала или котлована, по которому протягивается труба или кабель. Очевидно, что используемые в этом случае системы выполняют более сложные технологические операции и требуют более высоких затрат энергии. Однако есть много преимуществ для оправдания использования жестких дисков. Технология бурения без создания траншеи позволяет прокладывать коммуникации в условиях, когда не допускается разрушение поверхности почвы. Особенно это актуально в городских условиях, но на этом характеристики этого метода бурения не заканчиваются.

Горизонтально направленное бурение

Помимо большей универсальности, HDD имеет и другие преимущества перед траншейными коммуникациями:

• возможность бурения под лесами, водоемами, оврагами, дорогами и так далее;
• требуется меньшее количество спецтехники для выполнения прокладки коммуникаций;
• сокращается продолжительность работы;
• значительно снижается риск возникновения аварийных ситуаций;
• нет необходимости восстанавливать поврежденную инфраструктуру и обнаженную поверхность земли;
• ландшафт сохраняет свой первозданный вид, работа не доставляет неудобств людям, проживающим на данной территории.

Работа с HDD ведется в несколько этапов:

1. Подготовка. Он включает в себя изучение грунтов, систем связи и прочего в районе, где планируется пробурить скважину.
2. Бурение пилотной скважины. Используется специальная камнерезная головка.
3. Расширение райдера хорошо. Риммер протягивается через пилотное отверстие, тем самым увеличивая его диаметр до необходимого размера.
4. Прокладка трубопровода.
5. Сдача объекта. Он включает в себя подготовку исполнительной документации, в которой точно указывается место расположения трубопровода.

Несмотря на значительные преимущества, метод горизонтально-направленного бурения не может применяться в некоторых случаях:

• монолитный рельеф или грунт с большим количеством валунов;
• наличие препятствий в недрах;
• переходы глубиной до 1,5 м;
• короткие переходы.

Если ни одно из этих ограничений не существует, жесткий диск может работать в этой области.

Бурение пневмоударником с одновременной обсадкой система Symmetrix

Особые проблемы возникают при бурении пластичных горных пород (глины), насыщенных горным материалом, диаметром более 100 мм и при закладке торцевых валунов.

Шнековое бурение с последующей футеровкой в ​​этих горизонтах часто не приводит к желаемому результату и сопряжено с относительно высоким риском всплытия.

Практически единственным подходящим методом в этих условиях является бурение с глубиной погружения с одновременным нанесением покрытия.

В области пирсинга известно несколько подобных методов. Наиболее распространен метод эксцентрической головки (например, метод ODEX компании Atlas Copco).

Эксцентрик (режущий элемент) головки открывается (приводится в рабочее положение) в нижней части башмака для резки труб при правильном вращении. Это делает диаметр отверстия больше внешнего диаметра обсадной колонны. При включении обсадная колонна закапывается без вращения вместе со штангой. Проблемы могут возникнуть с прохождением крупных слоев гравия, что препятствует вращению и раскладыванию эксцентриковой головки. Поэтому мы используем другую, так называемую «систему Symmetrix“.

Фото 2: Отводная головка для обсадной колонны О 178

 Эта система работает со специальным башмаком для резки труб (нем. Ringbohrkrone). Головка, прикрепленная к нижнему концу фитинга, имеет удлиненное вращающееся кольцо с твердосплавными зубьями (см. Фото 4).

При установке головка молотка фиксируется в специальном вырезе в кольце башмака трубы. Во время процесса сверления через это соединение передаются горизонтальные и вертикальные силы, а режущий башмак совершает возвратно-поступательные и круговые движения с той же частотой, что и острие молотка. Наконечник выступает из башмака трубки примерно на 50 мм. В результате наконечник молотка протыкается, а режущий башмак расширяет отверстие до диаметра обсадной колонны.

Осколки через специальные каналы в наконечнике попадают в пространство между бурильными штангами и трубами хвостовика и выносятся на поверхность. Размеры специального башмака для труб и оболочки аналогичны (башмак ø ​​182 мм для оболочки ø 178 мм). Переход от башмака к трубке выполнен без выступов для облегчения демонтажа заглушки.

В случае облицовки системой Symmetrix в слое сухой породы возможны осложнения при извлечении покрытия. По этой причине подъемные силы на зажимном кронштейне для KBKB 20/100 и KBKB 30/150 были увеличены до 150 кН. Для буровых установок KBKB 10 и KBKB 13 (подъемное соединение 76 кН) мы предлагаем дополнительный гидравлический пресс 150 кН.

Как только вы достигнете водоносного горизонта, установить мантию будет проще.

Мы предлагаем стандартную систему Symmetrix с перфоратором 4 ” DTH. Корпус 178 мм. Можно ли использовать и трубы? 152,4 мм. С УЧАСТИЕМ ? Обсадная труба 178 мм, свободный проход режущей головки 141 мм (конечный диаметр сверления 135 мм), с? 152,4 мм с трубкой 116 мм соответственно (окончательный диаметр сверления 115 мм).

Система Symmetrix может работать как с левым, так и с правым корпусом, поскольку вращается только башмак.

Применение этого метода в модифицированном виде возможно даже при сверлении с промывкой. В этом случае вращательное движение к головке трубки передается через адаптер с конического наконечника ролика. Этот метод находится в стадии разработки.

Порода выбрасывается через верхний конец обсадной колонны. Логично, что для обеспечения чистоты на рабочем месте этот поток отходов должен быть направлен и отведен. Для этого на ротатор устанавливается юбка из ПВХ (фото 3). Сразу прекращается подача к буровой штанге. Камень (с промывкой или без) отводится или удаляется прямо из карьера. Моя компания также предлагает дренажную систему для слива стружки прямо в контейнер.

Фото 3: «Юбка» на ротаторе КБКБ 20

Плюсы и минусы колонкового бурения

К положительным сторонам процесса можно отнести:

• Точечное действие долота, рассекающего породу по радиусу, в отличие от вращающегося долота, разрушает землю во время прохода.
• Высокая производительность метода.
• Возможность изучения подземного строения грунтов в рабочей зоне по керну.
• Этим методом бурятся восходящие, многозабойные, отводные скважины; в любом слое, включая базальт и гранит.
• Скорость вращения бура регулируется: на мягком грунте достаточно низкие обороты, твердые породы требуют большего.
• Относительно высокая скорость проходки, что удешевляет объект, снижая энергоемкость процесса.

Как и любой другой процесс, у извлечения керна есть ряд недостатков:

• В тех процессах, где используется глиняный раствор, существует риск заиливания водоносного горизонта моющими средствами.
• Быстрый износ инструмента.
• Сухое бурение обходится слишком дорого.

Эти факторы остаются решающими при работе с глубокими швами. Стоимость оборудования вместе со стоимостью земляных работ – это солидная цифра.

Процесс колонкового бурения проходит в несколько этапов, оборудование подлежит регулярному осмотру на предмет повреждений и сколов

Мастера проходят регулярное обучение технике безопасности, такая мера предосторожности значительно снижает процент повреждений

Видео по теме: Технология бурения скважин

Подборка вопросов

• Михаил, Липецк – Какие ножи по металлу использовать?
• Иван, Москва – Какой ГОСТ у листового проката?
• Максим, Тверь – Какие полки для хранения из ламината лучше?
• Владимир, Новосибирск – Что такое ультразвуковая обработка металлов без использования абразивных веществ?
• Валерий, Москва – Как выковать нож из подшипника своими руками?
• Станислав, Воронеж – На каком оборудовании изготавливаются воздуховоды из оцинкованной стали?

Технологические особенности способа

Метод колонкового бурения имеет ряд особенностей:

• Мастера могут обрабатывать даже рыхлые грунты, разнообразные острые коронки позволяют мастерам менять слои горных пород любого уровня твердости.
• Отверстие рабочего колодца легко выровнять, если его диаметр не превышает 1 метра.
• Надежные современные буровые установки часто можно встретить на извилистой местности.
• Центральные трубы длиной 0,4-6 м также повторно используются по назначению.
• Сверло нужно время от времени менять, оно надоедает.
• Перед запуском следующей алмазной насадки дно лунки обрабатывается буровой коронкой для продления срока службы насадки.
• Платформа буровой установки должна быть строго горизонтальной.

Оборудование для колонкового и разведочного бурения часто устанавливается на шасси большегрузных автомобилей МАЗ, КАМАЗ и Урал, тракторов или специальной гусеничной техники (вездеходы) в случае сложной местности.

Что касается водоснабжения, для бурения скважин на воду доступно небольшое мобильное оборудование.

Мобильная буровая установка для скважин

Начинаем бурение важные этапы подготовки

Горизонтальное бурение своими руками предполагает сверление на профессиональном оборудовании. Прежде чем приступить к прокладке канала под автомобильным или железнодорожным полотном, следует подготовиться к этому процессу. Чтобы получить яму, необходимо выровнять площадку, на которой будет размещаться оборудование.

Размер площадки, на которой будет располагаться установка, должен быть не менее 10х15 м. Площадка делается точно на месте планируемого бурения под дорогу. Только подготовив площадку необходимых размеров, можно транспортировать соответствующее оборудование и аппаратуру.

также необходимо предварительно подготовить растение, которое готовит раствор бентонита. Этот раствор замешивается специальной машиной, которую необходимо поставить рядом с пробивным механизмом. Расстояние между этими устройствами должно быть не менее 10 метров. Бентонитовый раствор применяется для укрепления стенок колодца, а также для удаления земли из перфорированного канала.

Подготовительный процесс также включает в себя следующие мероприятия:

1. Обустройство специальных колодцев на входе и выходе из канала. В эти лунки будет перенесено избыточное количество раствора.
2. Определите наличие подземных коммуникаций, к которым буровая платформа не должна касаться.
3. Изучить характер почвы, на основании чего будет принято решение о выборе оптимальной траектории для бурения.
4. Установите связь между мастером и оператором оборудования.

Как пойдет сам процесс, зависит от стадии подготовки, поэтому к этому событию стоит отнестись с особой важностью. Во время бурения соблюдаются правила техники безопасности, от которых зависит здоровье и жизнь рабочих

Характеристика способа

Извлеченный на поверхность керн представляет собой цилиндрический столб материала, взятый за образец и перемещенный вверх с помощью винтового подъемника – это может многое рассказать подземным исследователям.

Образования видны в разрезе; Ни один из ныне существующих методов бурения не сможет дать таких точных показателей.

Так была пробурена Кольская сверхглубокая скважина. Достигнут предел 12 262 000 метров, что является уникальным достижением в разведочном бурении.

А базовый метод также незаменим при бурении скважин на воду, технология дает надежный результат – 100%. Стоит разобраться в тонкостях самой технологии, в инструменте для ее реализации, изучить все плюсы и минусы.

Использовать базовую технологию несложно, специалисты могут работать со всеми типами горных пород, вплоть до глубины до 1000 метров, когда участки пластов подводятся к поверхности с определенной периодичностью.

Понятие о скважине

По способу воздействия на горные породы различают бурение механическое и немеханическое. При механическом бурении буровой инструмент воздействует непосредственно на породу, разрушая ее, а при немеханическом бурении разрушение происходит без прямого контакта с породой источника удара по ней. Немеханические методы (гидравлические, термические, электрофизические) находятся в стадии разработки и в настоящее время не используются для бурения нефтяных и газовых скважин.

Способы механического бурения делятся на ударные и роторные.

При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом, подвешенным на тросе. Буровой инструмент также включает в себя ударную штангу и тросовый фиксатор. Его подвешивают на веревке, которую накидывают на блок, установленный на дереве (условно не показан).

На данный момент ударное бурение при бурении нефтяных и газовых скважин в нашей стране не применяется.

Нефтяные и газовые скважины строятся методом роторного бурения. При использовании этого метода камни не раздавливаются при ударе, а разрушаются вращающимся наконечником, подвергающимся осевой нагрузке. Крутящий момент передается на буровое долото или с поверхности от ротора (ротора) через колонну буровых штанг (роторное бурение) или от скважинного двигателя (турбобура, электродрель, винтовой двигатель), установленного непосредственно над буровым станком.

Турбобур – это гидравлическая турбина, приводимая во вращение буровым раствором, закачиваемым в скважину. Электродрель – это защищенный от проникновения жидкостей электродвигатель, который приводится в действие кабелем с поверхности. Винтовой двигатель – это тип скважинной гидравлической машины, в которой винтовой механизм используется для преобразования энергии потока промывной жидкости в механическую энергию вращательного движения.

По характеру разрушения горных пород на забое различают непрерывное бурение и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение горных пород осуществляется по всей площади забоя. Керновое бурение заключается в разрушении горных пород только по кольцу для извлечения керна – цилиндрического образца горных пород по всей длине скважины или ее части. С помощью керна изучаются свойства, состав и структура горных пород, а также состав и свойства флюида, насыщающего горные породы.

Ямка – это рабочая шахта с круглым поперечным сечением, пробуренная с поверхности земли или подземные работы без доступа человека к дну карьера под любым углом к ​​горизонту, диаметр которого намного меньше его глубины. Бурение скважин осуществляется с помощью специального бурового оборудования

Различают вертикальные, горизонтальные, наклонно-направленные скважины. Начало котлована называется устьем, дно – дном, а внутренняя боковая поверхность – стенками. Диаметр скважин от 25 мм до 3 м. Скважины могут иметь боковые ограждения (БС), в том числе горизонтальные скважины (БС)

Буровые скважины различают по назначению: картографические, опорные, структурные, поисковые, разведочные, эксплуатационные, геотехнологические и инженерные (горные, вентиляционные, дренажные, плотинные, взрывчатые и др).

Газовая скважина – скважина, пробуренная до газосодержащего горизонта и используемая для добычи газа и газового конденсата.

Нефтяная скважина – скважина, которая пробурена до нефтяного горизонта или, очень часто, нефтяная скважина и используется только для добычи нефти. Скважина не может быть использована для добычи газа – это связано с конструкцией самой скважины и, самое главное, со спецификой подготовки нефти к транспортировке, перед транспортировкой газ очищается и осушается в соответствии со СНиП, ТУ и другими нормативными документами.

Бурение с промывкой

Бурение с промывкой пересекают после прижатия обсадных труб к устойчивой (не крошащейся) породе. Для циркуляции промывочного потока наши буровые установки оснащены промывочными насосами с гидравлическим приводом (компании: Speck или Caprari) на KBKB 20/100 с расходом 720 л / мин и высотой подъема 83 метра (Speck 50/250) на KBKB 30/150 с 960 л / мин и 132 метра соответственно (Caprari MECA 004/80).

Для установок KBKB 10/2 и KBKB 13 предлагаются промывочные насосы на глубине до 50 или 100 метров на отдельной колесной раме. Эти насосы приводятся в действие отдельным бензиновым или дизельным двигателем. Оборудован всасывающим патрубком «3» и напорным патрубком «5.

В качестве промывочной жидкости можно использовать как чистую воду, так и воду с дополнительными добавками.

Добавки используются для дополнительной стабилизации стенок колодца. В качестве добавок используются антисоль или бентонит. Наша компания предлагает как сами добавки, так и оборудование для их смешивания и прессования (состоящее из 3 частей; размеры 1,5×1,2×0,6 м). Мы предлагаем смеситель Вентури, управляемый промывным насосом, с производительностью 500 л / мин.

Система промывки состоит из 2 емкостей для лучшего и более быстрого осаждения удаляемого в моющей суспензии материала. Бесперебойная работа промывочного насоса напрямую зависит от качества очистки (осадка) промывочной жидкости. Промывной поток поступает в первую камеру через 5-дюймовую сливную трубку и всасывается из камеры 2 через 3-дюймовую трубку. Следите за высотой всасывания во время работы. Он не должен быть забит, так как это может отрицательно повлиять на работу промывочного насоса.

В качестве пробивного (режущего) инструмента при пробивке с промывкой используются роликовые или ножевые коронки. При сверлении коническими шарошечными долотами для оптимального давления на режущий инструмент рекомендуется использовать утяжеленные стержни.

Поток бурового раствора из скважины имеет скорость 0,3-0,5 м / с.

Фото 4: Раскрой башмака для труб

важно тщательно очищать карьер от породы в конце каждого штангового бурения. Для этого рекомендуется 2-3 раза поднимать и опускать сверлильную головку за ход подачи

Удаление камня можно контролировать с помощью фильтрующего элемента. Остановите промывочный поток только после того, как вы перестанете удалять камень. Для этого не нужно выключать промывочный насос. Систему промывки можно закрыть только с помощью шарового крана промывочного насоса. После установки следующей буровой штанги открывается шаровой кран.

При пересечении пластов глины существует опасность набухания глины под воздействием воды и связанных с этим осложнений при углублении геозонда. Для предотвращения набухания глины рекомендуется использовать в качестве добавки хлорид магния. Эта соль предотвращает набухание глины. Кроме того, сланец удаляется не в виде суспензии, а в виде мелких кусочков, что облегчает очистку промывочной жидкости.

При длительных перерывах в работе рекомендуется промыть насос чистой водой. При минусовых температурах обязательно слейте оставшуюся воду.

Общие сведения о технологии

Техника бурения по горизонтальной линии заключается в формировании скважины путем вырезания грунта методом углового прокола. То есть установка с рабочей головкой вводится в недра земли таким образом, чтобы поверхность, под которой планируется проложить канал связи, сохраняла целостность. Традиционный метод и технология горизонтального бурения реализуются с использованием горного режущего инструмента. Это с эмиттером и фаской. Головка выполняет пилотное бурение, а затем через систему управления выполняется основная часть работ с изменением параметров пласта скважины в зависимости от требований проекта.

Большая часть работы выполняется еще до начала бурения. Специалисты изучают свойства и качество грунта, расположение рабочих коммуникаций и др. зондирование грунтового массива с учётом других подземных объектов – важнейший этап подготовки, после которого можно начинать горизонтально-направленное бурение. Технологии мониторинга возможных путей пересечения существующей связи с проектной позволяют не только решить проблему допуска к работе, но и определить оптимальную тактику и траекторию строительства скважины.