Понятие о скважине и ее элементах. Классификация скважин по назначению.

Понятие о скважине и ее элементах. Классификация скважин по назначению.

Скважина – это сложное, наукоемкое, требующее значительных материальных и энергетических затрат, горное сооружение, сооружаемое путем разбуривания горных пород, продольные размеры которой значительно превышают поперечные. Основной целью ее строительства, в зависимости от назначения, является установление связи между наземными устройствами и вскрываемыми пластами – обеспечение транспортировки пластового флюида на устье скважины в случае строительства добывающих нефтяных или газовых скважин, наоборот нагнетание в пласт жидкости для поддержания пластового давления или захоронения различных сточных вод; разведочного оборудования для изучения залегаемых структур и т.д.

В целом, по своему назначению скважины подразделяются на:

1. Структурно-поисковые. Предназначены для установления уточнения тектоники, стратиграфии, литологии, оценки продуктивности горизонтов (без дополнительного строительства скважины).

2. Разведочные. Предназначены для выявления продуктивных объектов, а также для оконтуривания уже разрабатываемых нефтяных и газоносных пластов.

3. Добывающие (эксплуатационные). Предназначены для добычи нефти и газа из земных недр.

4. Нагнетательные. Предназначены для закачивания в пласты воды, газа или пара с целью поддержания пластового давления или обработки призабойной зоны. Эти меры направлены на удлинение периода фонтанного способа добычи нефти или повышения эффективности добычи.

основные элементы скважины:

· устье - начало скважины; (1)

· забой - дно скважины; (3)

· стенки - боковая поверхность скважины; (2)

· диаметр - условный диаметр буровой скважины, равный номинальному диаметру породоразрушающего инструмента (фактический диаметр скважины больше номинального диаметра породоразрушающего инструмента за счет разработки стенок скважины).

· Конструкция скважины определяется величинами её диаметров на различных интервалах глубины, а также диаметрами и длинами направляющей трубы и обсадных колонн;

· направляющая труба - обсадная труба различной длины, предназначенная для закрепления устья скважины, придания направления бурящемуся стволу скважины и обеспечения направления движения потока промывочной жидкости;

· кондуктор - колонна обсадных труб, предназначенная для крепления верхней части скважины;

· ствол - собственно скважина от устья до забоя (внутреннее пространство);

· ось - геометрическая ось симметрии скважины;

· глубина - расстояние от поверхности (устья) до забоя по оси скважины;

· угол наклона - угол между осью скважины и её проекцией на горизонтальную плоскость;

 

Понятие о способе бурения, классификация способов бурения.

 

Бурение — процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники — бурового оборудования.

Бурение скважин — это процесс сооружения направленной горной выработки большой длины и малого (по сравнению с длиной) диаметра, без доступа человека внутрь. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно — забоем, а стенки скважины образуют ее ствол.

При вращательном бурении скважин на нефть и газ наиболее часто способы бурения классифицируют по типу механизма, передающего вращение на породоразрушающий инструмент: роторное, турбинное, бурение электробуром, винтовыми забойными двигателями, то есть классифицируется способ выполнения только одной технологической операции процесса строительства ствола скважины.

Буровой инструмент. Бурильные трубы, типы по назначению и конструкции

Существует несколько разновидностей бурильных труб, различающихся по конструктивному исполнению. Трубы бурильные сборной конструкции с навинченными замками. Трубы этой конструкции изготавливаются двух видов: с высаженными внутрь концами и с высаженными наружу концами. Трубы всех типов изготовляются длиной 6;8 и 11,5 м

Трубы бурильные с высаженными внутрь и наружу концами и коническими стабилизирующими поясками (ГОСТ 631-75). В практике бурения их называют соответственно ТБВК, ТБНК.

Трубы бурильные с приваренными соединительными концами. Отличительная особенность этих труб – замена резьбы сваркой в месте соединения замка с трубой. Трубы между собой соединяются крупной конической замковой резьбой. Трубы этой конструкции могут быть следующих трёх типов [1]:ПК – трубы бурильные с приваренными соединительными концами к трубной заготовке, имеющей комбинированную высадку высаженных концов; ПН и ПВ – соответственно трубы бурильные с приваренными соединительными концами к трубной заготовке с высаженными наружу и внутрь концами. Основную часть бурильной колонны

составляют бурильные трубы, выпускаемые по ГОСТ Р 50278-92 [1], сваренные с бурильным замком (ГОСТ 27834-88) [2].Стандартом [1] предусмотрено изготовление бурильных труб с тремя типами высаженных концов:

ПВ - с внутренней высадкой;ПН - с наружной высадкой;ПК - с комбинированной высадкой.

Конструкция бурильных труб с приваренными с помощью сварки трением замками

 

 

Назначение и способы крепления скважин

Крепление скважины проводят с различными целями: закрепление стенок скважины в интервалах неустойчивых пород; изоляция зон катастрофического поглощения промывочной жидкости и зон возможных перетоков пластовой жидкости по стволу; разделение интервалов, где геологические условия требуют применения промывочной жидкости с весьма различной плотностью; разобщение продуктивных горизонтов и изоляция их от водоносных пластов; образование надежного канала в скважине для извлечения нефти или газа или подачи закачиваемой в пласт жидкости; создание надежного основания для установки устьевого оборудования.

На практике в глубокие скважины обычно спускают несколько обсадных колонн, которые различаются по назначению и глубине спуска:
^ 1 - направление - служит для закрепления устья скважины и отвода изливающегося из скважины бурового раствора в циркуляционную систему, обычно спускается на глубину 3 - 10 м;
^ 2 - кондуктор - устанавливается для закрепления стенок скважины в интервалах, представленных разрушенными и выветрелыми породами, и предохранения водоносных горизонтов - источников водоснабжения от загрязнения, глубина спуска до нескольких сот метров;
^ 3 - промежуточная колонна - служит для изоляции интервалов слабосвязанных неустойчивых пород и зон поглощения; промывочной жидкости; глубина спуска колонны зависит от местоположения осложненных интервалов;
^ 4 - эксплуатационная колонна - образует надежный канал в скважине для извлечения пластовых флюидов или закачки агентов в пласт; глубина ее спуска определяется положением продуктивного объекта. В интервале продуктивного пласта эксплуатационную колонну перфорируют или оснащают фильтром.
5 - потайная колонна (хвостовик) - служит для перекрытия некоторого интервала в стволе скважины; верхний конец колонны не достигает поверхности и размещается внутри расположенной выше обсадной колонны. Если она не имеет связи с предыдущей колонной, то называется «летучкой».

Спущенную обсадную колонну цементируют в стволе скважины по всей длине или в некотором интервале, начинающемся от нижнего конца колонны. Промежуточная колонна в отдельных случаях, когда имеется опасность чрезмерного ее износа при бурении нижерасположенного интервала, может быть съемной или проворачиваемой. В этом случае ее не цементируют.

 

 

Назначение и способы выполнения спуско-подъемных операций

 

· свинчивание, докрепление бурильных труб;

· проведение спуско-подъемных операций с бурильными трубами, в том числе наращивание бурильной колонны свечами и однотрубками

· проведение операций по спуску обсадных колонн;

· ликвидация аварий

 

Существует непрерывистый способ и способ с остановками СПО

 

Технико-экономические показатели бурения и документация на строительство скважин.

Основные документы на строительство скважин

Забойные двигатель

ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (а. face engine; н. Воhrlochsohlenantrieb; Воhrlochsohlenmotor; ф. moteur d'attaque; и. motor de frente de arranque) — погружная машина, преобразующая гидравлическую, пневматическую или электрическую энергию, подводимую с поверхности, в механическую работу породоразрушающего инструмента (долота) при бурении скважин. Энергия к забойному двигателю подводится от источника по колонне бурильных труб или кабелю. Преобразование подведённой энергии в механическую работу осуществляется в рабочих органах забойного двигателя. По типу движения, сообщаемого породоразрушающему инструменту, различают забойные двигатели вращательные и ударные, по виду энергоносителя — гидравлические, пневматические и электрические, по особенностям породоразрушающего инструмента — для бурения сплошным забоем и колонковые, по конструкции — одинарные, секционные, шпиндельные, редукторные и т.п.
Наиболее существенно отличаются по устройству и принципу действия забойные двигатели вращательного (турбобур, винтовой забойный двигатель и электробур) и ударного типов (гидро- и пневмоударник). Рабочим органом забойного двигателя вращательного типа (рис. 1, рис. 2, рис. 3) является система статор-ротор.
Статор фиксирован от проворота в корпусе забойного двигателя, а ротор — на валу. Корпус забойного двигателя соединён с колонной бурильных труб, вал — с долотом. Энергоноситель в рабочих органах забойного двигателя вращательного типа создаёт на роторе и статоре моменты силы, равные по величине и противоположные по направлению (так называемый активный и реактивный моменты). Активный момент используется на вращение долота, реактивный момент воспринимается колонной бурильных труб и гасится на стенках скважин и в приводных механизмах, размещённых на поверхности. Основные элементы забойного двигателя вращательного типа, помимо рабочих органов: осевая и радиальные опоры, уплотнение выхода вала.
Наибольшее использование забойного двигателя вращательного типа (табл. 1) имеют в бурении на нефть и газ (свыше 80% общего объёма).
Забойные двигатели ударного типа сообщают долоту возвратно-поступательные движение. Основным рабочим органом такого забойного двигателя является поршень-молоток, энергия удара которого передаётся долоту. Движение молотка вниз (рабочий ход) и вверх (обратный ход) обеспечивается автоматическим перепуском жидкости или сжатого газа. В различных конструкциях забойного двигателя ударного типа энергия подводимой жидкости (газа) используется как для совершения только прямого или только обратного хода поршня-молотка, так и для прямого и обратного ходов. Забойные двигатели ударного типа (табл. 2) приводятся в действие жидкостью (гидроударник) и сжатым газом (пневмоударник).
Гидро- и пневмоударники применяют главным образом при бурении скважин малого диаметра глубина до 1500 м на твёрдые полезные ископаемые и для бурения шпуров.
Использование забойного двигателя (по сравнению с ротором) обеспечивает повышение технико-экономических показателей бурения за счёт увеличения скорости бурения, сокращения количества аварий с бурильной колонной, снижения энергозатрат. Особенно эффективно применение забойного двигателя при бурении наклонно направленных скважин.

Современные винтовые забойные двигатели (ВЗД) относятся к классу одновинтовых объемных роторных гидромашин. Рабочим органом ВЗД является винтовая пара, состоящая из статора и ротора. Стандартные винтовые двигатели состоят, как правило, из одной винтовой рабочей пары. Статор, называемый наружным элементом, является неподвижной корпусной деталью винтовой пары. Он имеет эластичную обкладку с внутренней винтовой поверхностью. В качестве эластомера обычно применяется резина. Ротор, называемый внутренним элементом, является вращающейся деталью винтовой пары. Он представляет собой металлический винт с износостойкой рабочей поверхностью. В целом рабочий орган ВЗД является косозубой парой внутреннего циклоидального зацепления, состоящей из зубчатого статора и зубчатого ротора, причем число зубьев статора всегда должно быть на единицу больше числа зубьев ротора. Это условие является необходимым, но не достаточным для работы ВЗД. Из-за неравного числа зубьев, винтовые поверхности статора и ротора образуют полости, называемые рабочими камерами. Эти камеры, образующиеся по всей длине рабочего органа, разобщены на области высокого и низкого давлений. Камеры, которые одновременно разобщены от области высокого и области низкого давления, называются шлюзами. Для создания таких камер также необходимо чтобы:

· - отношение шагов винтовых поверхностей наружного и внутреннего элементов было пропорционально отношению числа зубьев статора и ротора;

· - длина рабочего органа была не меньше шага винтовой поверхности статора;

· - профили зубьев наружного и внутреннего элементов были взаимоогибаемыми и находились в непрерывном контакте между собой в любой Расход бурового раствора, как один из важнейших параметров режима бурения, должен выбираться исходя из геолого-технических условий проводки скважины. Желательно при этом, чтобы его величина соответствовала диапазону допустимых значений расхода промывочной жидкости для выбранного типоразмера винтового забойного двигателя. Нижний предел расхода ограничивается нагрузочной способностью и устойчивостью работы ВЗД. Превышение допустимого значения расхода приводит к чрезмерному износу рабочего органа и значительному повышению уровня вибраций вследствие роста инерционных нагрузок вращающегося ротора, повышения контактных напряжений в рабочей паре, увеличения скоростей течения жидкости в каналах. Кроме того, с увеличением расхода возрастают гидравлические потери в двигателе и снижается его КПД.

Увеличение плотности бурового раствора в целом положительно сказывается на характеристике ВЗД, т.к. при этом возрастает крутящий момент, а также перепад давления. С ростом плотности жидкости снижаются объемные потери и увеличивается нагрузочная способность двигателя. Вместе с тем, увеличение плотности бурового раствора при работе ВЗД также должно иметь свои пределы.

Энергетическую характеристику ВЗД определяют экспериментально при испытаниях собранного двигателя на буровом стенде, который используется также при испытаниях турбобуров.

Винтовые забойные двигатели отличаются друг от друга конструкциями шпинделей, трансмиссий, клапанов, центраторов и других элементов. Однако главным отличием любого ВЗД является конструкция его рабочего органа – винтовой пары. Именно тип винтовой рабочей пары определяет энергетические параметры ВЗД: его крутящий момент, частоту вращения, мощность и др.

В подавляющем большинстве случаев рабочие органы винтовых двигателей выполняются в монолитном исполнении. Существуют также конструкции двигателей с т.н. модульными рабочими органами, имеющими составной статор и составной ротор. Кроме того, в некоторых случаях применяются секционные винтовые двигатели, имеющие последовательно соединенные рабочие пары.

Рабочие органы современных винтовых забойных двигателей имеют два основных отличительных признака:

· - кинематическое отношение или заходность рабочей пары;

· - длина активной части рабочего органа (статора).

 

Основные параметры

 

Основные параметры, наиболее полно характеризующие условия работы вертлюга:

· - статическая нагрузка;

· - максимальное допустимое давление жидкости;

· - диаметр проходного отверстия в стволе;

· - допустимая частота вращения ствола.

Исходя из функций вертлюга как ответственного грузоподъемного устройства, допустимая статическая нагрузка на него должна соответствовать максимальной грузоподъемности бурового комплекса.

По допускаемому давлению вертлюг должен соответствовать напору, создаваемому насосными агрегатами.

Внутренний диаметр ствола вертлюга связан с расходом промывочной жидкости и определяет гидравлические сопротивления. С увеличением глубины скважин расход жидкости снижается, поэтому диаметр ствола для тяжелых буровых установок может быть уменьшен. Обычно диаметр канала соответствует диаметрам бурового рукава и ведущей трубы (75-100 мм). Расчеты показывают, что абсолютная потеря в вертлюге при переходе от диаметра 100 мм к диаметру 75 мм не превышает 1% от первоначального давления. Незначительность потерь объясняется небольшой общей длиной канала в вертлюге (около двух метров). Поэтому увеличение диаметра проходного отверстия в стволе с целью снижения гидравлических потерь не дает ощутимого эффекта, но усложняет создание надежной герметизации ствола. С увеличением размеров ствола увеличиваются окружные скорости на уплотняемых поверхностях и соответственно износ сальников.

Вертлюг как элемент вращательного комплекса должен соответствовать ротору. Ствол вертлюга - ведомая деталь, приводимая ведущей трубой от ротора, поэтому опорные подшипники вертлюга должны обеспечивать под нагрузкой частоту вращения до 300-400 мин^-1.

Учитывая возможность компоновки бурильной колонны из разных секций по диаметру, вертлюг должен допускать соединение с трубами двух-трех смежных размеров. Конфигурация и диаметр присоединительной части вертлюга должен соответствовать форме и размерам основного рога бурового крюка, к которому вертлюг подвешивается.

Конструкция вертлюга

 

Типовая конструкция вертлюга состоит из деталей трех групп: 1-невращающихся, подвешенных с помощью штропа к буровому крюку; 2 - вращающихся, связанных с колонной бурильных труб посредством ведущей трубы; 3 - промежуточных.

К группе невращающихся относятся: корпус 8, крышка 4, штроп 1, напорная труба 3, отвод для присоединения бурового рукава 2; к группе вращающихся - ствол 13 и переводник 14. К наиболее

ответственным и наименее надежным относятся промежуточные детали

- подшипники 7,9,10,11 я уплотнительные устройства 5,6,12.

 

Понятие о скважине и ее элементах. Классификация скважин по назначению.

Скважина – это сложное, наукоемкое, требующее значительных материальных и энергетических затрат, горное сооружение, сооружаемое путем разбуривания горных пород, продольные размеры которой значительно превышают поперечные. Основной целью ее строительства, в зависимости от назначения, является установление связи между наземными устройствами и вскрываемыми пластами – обеспечение транспортировки пластового флюида на устье скважины в случае строительства добывающих нефтяных или газовых скважин, наоборот нагнетание в пласт жидкости для поддержания пластового давления или захоронения различных сточных вод; разведочного оборудования для изучения залегаемых структур и т.д.

В целом, по своему назначению скважины подразделяются на:

1. Структурно-поисковые. Предназначены для установления уточнения тектоники, стратиграфии, литологии, оценки продуктивности горизонтов (без дополнительного строительства скважины).

2. Разведочные. Предназначены для выявления продуктивных объектов, а также для оконтуривания уже разрабатываемых нефтяных и газоносных пластов.

3. Добывающие (эксплуатационные). Предназначены для добычи нефти и газа из земных недр.

4. Нагнетательные. Предназначены для закачивания в пласты воды, газа или пара с целью поддержания пластового давления или обработки призабойной зоны. Эти меры направлены на удлинение периода фонтанного способа добычи нефти или повышения эффективности добычи.

основные элементы скважины:

· устье - начало скважины; (1)

· забой - дно скважины; (3)

· стенки - боковая поверхность скважины; (2)

· диаметр - условный диаметр буровой скважины, равный номинальному диаметру породоразрушающего инструмента (фактический диаметр скважины больше номинального диаметра породоразрушающего инструмента за счет разработки стенок скважины).

· Конструкция скважины определяется величинами её диаметров на различных интервалах глубины, а также диаметрами и длинами направляющей трубы и обсадных колонн;

· направляющая труба - обсадная труба различной длины, предназначенная для закрепления устья скважины, придания направления бурящемуся стволу скважины и обеспечения направления движения потока промывочной жидкости;

· кондуктор - колонна обсадных труб, предназначенная для крепления верхней части скважины;

· ствол - собственно скважина от устья до забоя (внутреннее пространство);

· ось - геометрическая ось симметрии скважины;

· глубина - расстояние от поверхности (устья) до забоя по оси скважины;

· угол наклона - угол между осью скважины и её проекцией на горизонтальную плоскость;