Загальні відомості про будівництво свердловини №94 Спаського родовища

 

Сучасна бурова установка – це невелике промислове підприємство. Тут є своя силова підстанція, установка для приготування глинистого і тампонажного розчину, бурова вишка та деяке інше обладнання, яке необхідне для спуску і підйому бурильних труб.

Конструкцію свердловини №94-Спаського родовища передбачено згідно з діючими нормативними документами з врахуванням гірничо-геологічних умов проводки свердловин на даній площі, економічних міркувань, природоохоронних вимог, а також з огляду на технології будівництва глибоких свердловин.

Кількість і глибину спуску колон визначено виходячи з умов можливості успішного проведення розкриття горизонтів, які складають розріз свердловини, вимог щодо охорони надр і навколишнього середовища при існуючих технологіях.

Свердловиною називають гірську циліндричну виробку, що споруджується без доступу в неї людини і діаметр якої в багато разів менший від довжини.

Початок свердловини називається устям, циліндрична поверхня – стінкою або стволом, а дно – вибоєм. Відстань від устя до вибою по осі ствола визначає довжину свердловини, а по проекції осі на вертикаль – її глибину.

Свердловини бурять вертикальні і похилі. В останньому випадку свердловину примусово викривляють згідно раніше запроектованого профілю. Свердловини бурять ступенево, зменшуючи діаметр від інтервала до інтервала. Початковий діаметр нафтових і газових свердловин, як правило, не перевищує 900 мм, а кінцевий рідко буває меншим 165 мм. Глибини свердловин коливаються в широких межах: від декількох сотень до декількох тисяч метрів. Усі види робіт, які входять у цикл будівництва свердловини, поділяються на:

1. Підготовчі роботи до монтажу бурового обладнання (планування майданчика під бурову, проведення підїздних доріг, прокладення водопроводу, підвід електроліній, телефонного зв'язку);

Монтаж бурового обладнання (встановлення фундаментів і блоків обладнання на них, обв'язка обладнання, захист вишки та обладнання).

2. Підготовчі роботи до буріння свердловини (встановлення направлення; оснащення талевої системи; буріння під шурф і встановлення в ньому труби; монтаж і випробування пристосувань малої механізації, що прискорюють і полегшують процес виконання робіт; приєднання б) фового шланга до вертлюга і стояка; підвішування машинних ключів; перевірка приладів; центрування вишки, перевірка горизонтальності ротора);

3. Буріння свердловини, кріплення її стінок обсадними колонами і розмежування пластів;

4. Вторинне розкриття продуктивного пласта (при перекритому колоною пласті), випробування, освоєння і здача свердловини в експлуатацію;

5. Демонтаж бурового обладнання;

6. Перевезення обладнання на нову точку.

Усі види робіт на етапах 1,2,3,6 і 7 виконуються вишкомонтажниками, на етапі 4 – буровими бригадами, а на етапі 5 – бригадами для дослідження та освоєння свердловин[6].

На рисунку 1.1 як приклад, зображено схему установки для буріння нафтових та газових свердловин (рис. 1.1)

Поглиблення свердловини здійснюється шляхом руйнування породи на всій площі вибою (без відбору керну) або на його периферійній частині (з відбором керну). В останньому випадку в центрі свердловини залишається порода (керн), яку періодично піднімають на поверхню для вивчення пройденого розрізу порід.

Залежно від характеру руйнування порід та глибини виробок застосовують такі способи буріння:

1) механічні – ударний, обертовий, вібраційний, ударно-обертовий, коли породи руйнуються під впливом на них породоруйнівних інструментів;

2) фізико-хімічні – термічний, вибуховий, гідравлічний, електрогідравлічний, ультразвуковий та ллазмовиї.

Найчастіше буріння виконують механічними способами, з другої групи практично застосовують термічний (вогневий) спосіб. Зруйнований ґрунт (буровий дріб'язок, шлам) видаляють з виробки за допомогою глинистого розчину чи води, струминою стисненого повітря, шнековими пристроями, желонками та іншими пристроями, які вибирають залежно від способу буріння, глибини виробки та виду грунту.

 

 

Рисунок 1.1 – Схема установки для буріння нафтовихта газових свердловин обертовим способом.

 

Буріння свердловини здійснюється з допомогою спеціальних бурових установок як на суші, так і на морі, як приклад установок зображено на рисунку (рис. 1.2).

Стінки свердловин у слабких, пухких та насичених водою ґрунтах закріплюють сталевими обсадними трубами. Колони обсадних труб збирають з ланок 1,5…4,5 м завдовжки, з'єднаних муфтами, ніпелями або вгвинчуванням.

 

 

 

Рисунок 1.2 – Бурові установки

 

Обладнання та інструмент для буріння шпурів і свердловин:
а – бурильний молоток; 6 – ручне електросвердло; в-форми головок бура; г – схема ручного термобура; д – бури ручні; е – самохідна установка колонкового буріння; є – робочі наконечники; 1 – трубки, зварені у рамку; 2 – циліндр; З – буротримач; 4 – глушитель шумів; 5 – поворотна рукоятка; 6 – повітряний шланг; 7 – патрубок; 8 – корпус; 9 – ручка; 10 – електрокабель; 11 – патрон; 12 – верхня кришка; 13 – сопло; 14 – камера згоряння; 15 – паливна трубка; 16 – щиток; 17 – труба; 18 – повітряний кран; 19 – манометр; 20 – паливний кран; 21 – паливний шланг; 22 – редукторний клапан; 23 – паливний насос; 24 – паливний бак; 25 – ручний бур-щуп; 26 – лопатень-змійовик; 27 – лопатень-желонка; 28 – клапан; 29 – двигун; 30 – насос; 31 – щогла; 32 – блок; 33 – трос; 34 – вертлюг; 35 – штанга; 36 – ротор; 37 – буровий снаряд; 38 – коронка, армована різцями з твердого сплаву; 39 – те саме, дрібними алмазами; 40 – шротова коронка; 41 – шарошечне долото; 42 – хрестоподібне долото; 43 – уступчасте долото.

Всі види робіт є складовими частинами основного виробництва в бурінні і відрізняються один від одного технологічними особливостями, а також застосовуваними технічними засобами [4].

Перший етап починається з виконання земельних робіт, обладнання та перетягування і монтаж на точці, де будуть бурити свердловину, блоків на яких змонтована вишка і іншого обладнання. Після цього бурове обладнання випробують і виконують підготовчі роботи. Підготовчі роботи до будівництва бурової включають планування площадки, прокладення трубопроводів, ліній електропередач, перетягування бурового обладнання. Будівельно-монтажні роботи включають збирання бурової, спорудження фундаменту для вежі і обладнання, монтаж бурового і силового обладнання. Підготовчі роботи до буріння свердловин здійснюються після закінчення будівельно-монтажних робіт. Ці роботи включають оснастку талевої системи, підвіска машинних ключів, встановлення елементів малої механізації, складання бурильних свічок, буріння і кріплення шурфа.

Другий етап – буріння і кріплення свердловини – вважається закінченим після спуску у свердловину останньої обсадної колони.

Основним процесом циклу будівництва свердловини є буріння стовбура свердловини, його кріплення, геофізичні і електрометричні дослідження.

Операції буріння вимагають будівництво під'їзних доріг, монтажної пло-щадки, ємності для бурових розчинів і, по можливості, тимчасових робочих се-лищ чи вагончиків на колесах. Звичайно операції буріння проводяться цілодо-бово, 7 днів у тиждень. На площадці встановлюють пересувну лабораторію для визначення початкових виходів нафти і газу (слідів нафти і

газу) у буровому шламі (шматочках породи із шару на глибині), взятих на певних глибинах.

Після того, як обрана площадка для свердловини, готується монтажна площадка. Площа монтажних площадок звичайно складає від 0,02 до 0,05 га; вони являють собою рівні площадки, на яких встановлюється устаткування бурової. Як правило на площадці розташовується бурова вишка і необхідні пристрої (наприклад, насоси, ємності для бурових розчинів, відстійник-нагромаджувач, генератори, стелажі для труб і т.д.). Найчастіше використовується бурова вишка для обертального буріння, що працює від дизельного двигуна. Бурова вишка забезпечена піднімальною системою (яка складається з власне вишки, верхнього блоку і рухливого блоку) для підйому й опускання бура. Голівка бура кріпиться (і обертається) за допомогою порожньої бурової колони, нові ділянки або секції до якої приєднуються в міру проходки свердловини. Подрібнені шматочки породи піднімаються із свердловини бурильним розчином, що постійно циркулює вниз усередині бурової колони, проходить через отвори голівки бура і піднімається вгору по кільцевому простору між буровою трубою і стінкою свердловини чи обсадної труби. Бурова рідина або розчин змащує і прохолоджує голівку бура, врівноважує тиск у свердловині і виносить шматочки породи на поверхню.

На поверхні рідина, що повертається, (розчин) проходить через декілька ємностей чи амбарів, у яких шматочки породи відокремлюються від розчину. У багатьох випадках застосовуються також вібросита для відокремлення часток сланцевих глин, відокремлють пісок і мул з метою полегшення розділення шматочків породи і рідини. Пісок і частки мулу, відділені від бурового розчину, звичайно скидають у відстійник-нагромаджувач. Після того, як відділені шматочки породи, буровий розчин подається на вхід насоса і цикл повторюється. Шматокки порід є основними відходами, що утворюються при бурінні. Шматочки гірських порід можуть утримувати за рахунок адгезії до 10% твердої фази бурового розчину. У результаті цього потенційні забруднюючі речовини зв’язані з буровими розчинами, які застосовуються.

Спочатку свердловина буриться на глибину близько 30 м і в неї цементується труба кондуктора або обсадна труба. Необхідна довжина труби кондуктора залежить від перепаду тисків для промивання свердловини при бурінні до глибини поверхневої обсадної труби, тиску в шарі і розташування водозабору. Труба повинна бути встановлена в гірську породу, досить міцну; щоб витримати максимальний очікуваний тиск. До свердловини приєднується ряд клапанів пристрою для запобігання викидів. Викид відбувається в тому випадку, коли тиск у шарі перевершує протитиск полони бурового розчину, що створює умови для викиду пластових флюїдів із свердловини. Це є однією з найбільших небезпек при бурінні, що призводить до великих втрат. Правильний підбір складу бурового розчину є істотним для вирішення цієї проблеми.

Буріння відновлюють після установки обсадних труб і клапанів, застосовуючи голівку бура меншого розміру. Коли глибина проходки досягне кількох десятків метрів, із свердловини виймається бурова колона і голівка бура, а поверхнева обсадна труба опускається у свердловину і цементується в ній. (Глибина поверхневої обсадної труби залежить від місць перебування водозаборів, тисків у шарі і схильності свердловини до обвалення). Ця операція попереджає яке-небудь обвалення поверхневого шару у свердловину; вона також має на меті захистити водоносні горизонти від забруднення. Якщо наявні більш глибокі водоносні горизонти прісної води, то цемент видавлюють через труби для закупорювання шарів прісної води і запобігання розведення бурового розчину (з наступним проникненням забруднення в зони з прісною водою). Це попереджає коливання щільності бурового розчину і набрякання глин, що зустрічаються в деяких шарах.

Під час процесу буріння із свердловини періодично виймається бурова колона для зміни бурової голівки, установки обсадних труб чи відбору кернових проб із стовбура свердловини (рис. 1.3).

 

Рисунок 1.3 – Бурова установка

Якуже пояснювалось раніше, спочатку встановлюється труба кондуктора на глибину порядку 30 м і монтуються клапани. Потім, коли при бурінні пройшли зони прісної води або водоносні горизонти, встановлюється поверхнева обсадна труба. У розвідницьких свердловинах після установки поверхневої обсадної труби здійснюють проходку свердловини на проектну глибину до монтажу останньої обсадної труби. Оскільки обсадна колона свердловини коштує дорого, то більш глибокі ділянки обсадної колони не встановлюють до визначення потенційних можливостей свердловини по видобутку копалини. І навпаки, після проходки експлуатаційної свердловини може бути відразу встановлена обсадна колона з метою попередження обвалення свердловини. У таких свердловинах у міру проходки додаткові обсадні труби меншого діаметра опускаються у свердловину і цементуються в ній. Звичайно 30-метрові ділянки, утворені трьома 10-метровими відрізками труб, послідовно опускаються в стовбур свердловини до досягнення кінцевої глибини. Після установки обсадної колони відпрацьований буровий розчин і цемент повертаються на поверхню. Установка обсадної колони і підготовка свердловини до промислової експлуатації називаються остаточними операціями.

Через широкий діапазон складу бурових розчинів потенційні забруднюючі речовини містяться у відпрацьованих бурових рідинах. Використаний розчин зберігається у амбарі-накопичувачі, то в нього можуть попадати й інші забруднювачі при експлуатації свердловин [3].