Бурение нефтяных и газовых скважин

Общие понятия о бурении

Скважина – цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше длины (диаметр > 50 75 мм, длину > 5 7 м). Начало скважины называется устьем, цилиндрическая поверхность – стенкой или стволом, дно – забоем. Расстояние от устья до забоя по оси ствола определяет длину скважины, а по проекции оси на вертикаль – ее глубину. Максимальный начальный диаметр нефтяных и газовых скважин обычно не превышает 900 мм, а конечный редко бывает меньше 165 мм (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Скважина и ее элементы

Бурение скважин – сложный технологический процесс строительства ствола буровых скважин, состоящий из следующих основных операций:

• углубление скважин посредством разрушения горных пород буровым инструментом;
• удаление выбуренной породы из скважины;
• крепление ствола скважины в процессе ее углубления обсадными колоннами;
• проведение комплекса геолого-геофизических работ по исследованию горных пород и выявлению продуктивных горизонтов;
• спуск на проектную глубину и цементирование последней (эксплуатационной) колонны.

При бурении на нефть и газ порода разрушается буровыми долотами, а забой скважин обычно очищается от выбуренной породы потоками непрерывно циркулирующей промывочной жидкости (бурового раствора), реже производится продувка забоя газообразным рабочим агентом.

Скважины бурятся вертикально (отклонение до 2 3). При необходимости применяют наклонное бурение: наклонно-направленное, кустовое, много-забойное, двуствольное) (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Виды скважин

Cкважины углубляют, разрушая забой по всей площади (без отбора керна) или периферийной части (с отбором керна). В последнем случае в центре скважины остается колонка породы (керн), которую периодически поднимают на поверхность для изучения пройденного разреза пород.

Скважины бурят на суше и на море при помощи буровых установок, которые реализуют обычную технологию вращательного бурения с применением бурильных труб, соединяемых при помощи резьбовых муфтово-замковых соединений, а также с применением гибких непрерывных труб, наматываемых на барабан (до 5 тыс. метров и более) – так называемая "колтюбинговая технология" (установки М20 и др.) (рис. 4.3, рис. 4.4).

Рис. 4.3. Колтюбинговая установка М20 в рабочем положении

Рис. 4.4. Колтюбинговая установка М20 в транспортном положении

Цели и назначение буровых скважин различные. Эксплуатационные скважины закладывают на полностью разведанном и подготовленном к разработке месторождении. В категорию эксплуатационных входят не только скважины, с помощью которых добывают нефть и газ (добывающие скважины), но и скважины, позволяющие организовать эффективную разработку месторождения (оценочные, нагнетательные, наблюдательные скважины).

Оценочные скважины предназначены для уточнения режима работы пласта и степени выработки участков месторождения, уточнения схемы его разработки.

Нагнетательные скважины служат для организации законтурного и внутриконтурного нагнетания в эксплуатационный пласт воды, газа или воздуха в целях поддержания пластового давления.

Наблюдательные скважины сооружают для систематического контроля за режимом разработки месторождения.

Конструкция эксплуатационной скважины определяется числом рядов труб, спускаемых в скважину и цементируемых в процессе бурения для успешной проводки скважин, а также оборудованием ее забоя (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Конструкция скважины

В скважину спускают следующие ряды обсадных труб:

1. Направление – для предотвращения размыва устья.
2. Кондуктор – для крепления верхних неустойчивых интервалов разреза, изоляции горизонтов с грунтовыми водами, установки на устье противовыбросового оборудования.
3. Промежуточная обсадная колонна (одна или несколько) - для предотвращения возможных осложнений при бурении более глубоких интервалов (при бурении однотипного разреза прочных пород обсадная колонна может отсутствовать).
4. Эксплуатационная колонна – для изоляции горизонтов и извлечения нефти и газа из пласта на поверхность. Эксплуатационную колонну оборудуют элементами колонной и заколонной оснастки (пакеры, башмак, обратный клапан, центратор, упорное кольцо и т. п.).

Обсадные трубы выпускаются следующих диаметров и толщины (рис. 4.2)

Таблица 4.2. Некоторые параметры обсадных труб

Диаметр трубы, мм	114	127	140	146	168…508
Толщина стенки, мм	5,2 10,2	5,6 10,2	6,2 10,5	6,5 9,5	7,3 12,2 ... 11,1 16,1

Трубы маркируются клеймением и краской. Изготавливаются из стали разной группы прочности: Д, К, Е, Л, М, Т. При спуске в скважину обсадные трубы шаблонируют, т. е. проверяют внутренний диаметр (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Обсадные трубы, подготавливаемые к спуску в скважину: 1 – обсадные трубы; 2 – маркировка труб; 3 – предохранительные клапаны

Конструкция скважин называется одноколонной, если она состоит только из эксплуатационной колонны, двухколонной – при наличии одной промежуточной и эксплуатационной колонны и т. д.

Устье скважины оснащено колонной головкой (колонная обвязка). Колонная головка предназначена для разобщения межколонных пространств и контроля за давлением в них. Ее устанавливают на резьбе или посредством сварки на кондукторе. Промежуточные и эксплуатационные колонны подвешивают на клиньях или муфте. Основные технические характеристики колонных головок отражены в их шифрах.

На месторождениях Западной Сибири распространено кустовое бурение. Кустовое бурение – сооружение групп скважин с общего основания ограниченной площади, на котором размещается буровая установка и оборудование. Производится при отсутствии удобных площадок для буровых установок и для сокращения времени и стоимости бурения. Расстояния между устьями скважин не менее 3 м.