Бурение – единственный метод, дающий окончательный ответ на вопрос, есть ли в недрах залежь нефти или газа. Бурить скважины можно механическим, термическим, электроимпульсным и другими способами (несколько десятков). Однако промышленное применение находит только способы механического бурения — вращательный. Остальные пока не вышли из стадии экспериментальной разработки. При вращательном бурении разрушение породы происходит в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего момента. Под действием нагрузки долото внедряется в породу, а под влиянием крутящего момента скалывает ее.
Рисунок 7 - Схема вращательного бурения скважин
Существует две разновидности вращательного бурения — роторное и с забойными двигателями. В первом случае двигатель находиться на поверхности, во втором – опускается в скважину вместе с долотом. При роторном бурении (рис. 7) мощность от двигателей (9) передается через лебедку (8) к ротору (16) — специальному вращательному механизму, установленному над устьем скважины в центре вышки. Ротор вращает бурильную колонну и привинченное к ней долото (1). Бурильная колонна состоит из ведущей трубы (15) и привинченных к ней с помощью специального переводника (6) бурильных труб (5). Следовательно, при роторном бурении углубление долота в породу происходит при движении вдоль оси скважины вращающейся бурильной колонны, а при бурении с забойным двигателем — не вращающейся бурильной колонны. Характерной особенностью вращательного бурения является промывка, необходимая для выноса выбуренной породы на поверхность. При бурении с забойным двигателем долото (1) привинчено к валу, а бурильная колонна — к корпусу двигателя (2). При работе двигателя вращается его вал с долотом, а бурильная колонна воспринимает реактивный момент вращения корпуса двигателя, который гасится не вращающимся ротором (в ротор устанавливают специальную заглушку).
Роторное бурение более трудоемкое чем с забойными двигателями, так как основная часть энергии тратится на вращение колонны, а не на углубление. На месторождениях ОАО “Сургутнефтегаз” основное предпочтение отдается бурению с забойными двигателями.
После комплекса исследовательских работ скважину сдают в эксплуатацию. На каждую скважину заводится паспорт, где точно отмечаются ее конструкция, местоположение устья, забоя и пространственное положение ствола по данным инклинометрических измерений ее отклонений от вертикали (зенитные углы) и азимута (азимутальные углы). Последние данные особенно важны при кустовом бурении наклонно-направленных скважин во избежание попадания ствола бурящейся скважины в ствол ранее пробуренной или уже эксплуатирующейся скважины. Фактическое отклонение забоя от проектного не должно превышать заданных допусков.
Буровые работы должны выполняться с соблюдением законов об охране труда и окружающей природной среды. Строительство площадки под буровую, трасс для передвижения буровой установки, подъездных путей, линий электропередачи, связи, трубопроводов для водоснабжения, сбора нефти и газа, земляных амбаров, очистных устройств, отвал шлама должны осуществляться лишь на специально отведенной соответствующими организациями территории. После завершения строительства скважины или куста скважин все амбары и траншеи должны быть засыпаны, вся площадка под буровую максимально восстановлена (рекультивирована) для хозяйственного использования.
В состав полного цикла сооружения скважины входят следующие работы:
- монтаж буровой установки;
- подготовка;
- поинтервальное углубление ствола;
- поинтервальное крепление ствола и разобщение пластов; вскрытие продуктивных горизонтов;
- глубинное исследование;
- спуск и цементирование эксплуатационной колонны; сооружение фильтра в продуктивной части скважины; испытание скважины на приток пластового или приемистость нагнетаемого флюида;
- демонтаж буровой установки.
Буровые растворы
Промывка скважин - одна из самых ответственных операций, выполняемых при бурении. Первоначально назначение промывки ограничивалось очисткой забоя от частичек выбуренной породы и их выносом из скважины, а также охлаждением долота. Однако по мере развития бурового дела функции бурового раствора расширились. Теперь сюда входят:
1) вынос частиц выбуренной породы из скважины;
2) передача энергии турбобуру или винтовому двигателю;'
3) предупреждение поступления в скважину нефти, газа и воды;
4) удержание частичек разбуренной породы во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции;
5) охлаждение и смазывание трущихся деталей долота;
6) уменьшение трения бурильных труб о стенки скважины;
7) предотвращение обвалов пород со стенок скважины;
8) уменьшение проницаемости стенок скважины, благодаря коркообразованию.
Соответственно буровые растворы должны удовлетворять ряду требований:
1) выполнять возложенные функции;
2) не оказывать вредного влияния на бурильный инструмент и забойные двигатели (коррозия, абразивный износ и т.д.);
3) легко прокачиваться и очищаться от шлама и газа;
4) быть безопасными для обслуживающего персонала и окружающей среды;
5) быть удобными для приготовления и очистки;
6) быть доступными, недорогими, допускать возможность многократного использования.
Виды буровых растворов и их основные параметры
При вращательном бурении нефтяных и газовых скважин в качестве промывочных жидкостей используются: агенты на водной основе (техническая вода, естественные буровые растворы, глинистые и неглинистые растворы); агенты на углеводородной основе; агенты на основе эмульсий; газообразные и аэрированные агенты.
Основными параметрами буровых растворов являются:
-плотность,
-вязкость,
-показатель фильтрации,
-статическое напряжение сдвига,
-стабильность,
-суточный отстой,
-содержание песка,
-водородный показатель.
Плотность промывочных жидкостей может быть различной: у растворов на нефтяной основе она составляет 890...980 кг/м3, у малоглинистых растворов - 1050... 1060 кг/м3, у утяжеленных буровых растворов - до 2200 кг/м3 и более. Выбор бурового раствора должен обеспечить превышение гидростатического давления столба в скважине глубиной до 1200 м над пластовым на 10...15 %, а для скважин глубже 1200м - на 5...10 %.
Вязкость характеризует свойство раствора оказывать сопротивление его движению.
Показатель фильтрации - способность раствора при определенных условиях отдавать воду пористым породам. Чем больше в растворе свободной воды и чем меньше глинистых частиц, тем большее количество воды проникает в пласт.
Статическое напряжение сдвига характеризует усилие, которое требуется приложить, чтобы вывести раствор из состояния покоя.
Стабильность характеризует способность раствора удерживать частицы во взвешенном состоянии. Она определяется величиной разности плотностей нижней и верхней половин объема одной пробы после отстоя в течении 24 ч. Для обычных растворов ее величина должна быть не более 0,02 г/см3, а для утяжеленных - 0,06 г/см3.
Суточный отстой - количество воды, выделяющееся за сутки из раствора при его неподвижном хранении. Для высокостабильных растворов величина суточного отстоя должна быть равна нулю.
Содержание песка - параметр, характеризующий содержание в растворе частиц (породы, не разведенных комочков глины), не способных растворяться в воде. Его измеряют по величине осадка, выпадающего из бурового раствора, разбавленного водой, после интенсивного взбалтывания. В хорошем растворе содержание песка не должно превышать 1 %.
Величина водородного показателя рН характеризует щелочность бурового раствора.