Основными промышленными объектами, с помощью которых производится разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений являются скважины. Строительство скважины – наиболее трудоемкий и ответственный процесс разработки месторождения.
Скважина – это горная выработка круглого сечения, пробуренная с поверхности земли под любым углом к горизонту. Устьем называют начало скважины на поверхности земли. Забой – дно скважины, а боковые поверхности – ее стенки. Диаметр скважины может быть от 25 мм до 3 метров.
Нефтяные и газовые скважины бурят, в основном, вращательным способом, применяя буровые установки, которые можно перемещать с одного места на другое.
Все современные роторные буровые установки работают подобным образом: ротор на поверхности земли вращает бурильный инструмент. Специальный бур (буровое долото), прикрепленный к низу бурильной колонны, дробит и измельчает горную породу на забое скважины. Таким образом проникая в горную породу, буровое долото создает цилиндрический ствол скважины.
В зависимости от вида разрушающих породу элементов, буровые долота подразделяются на два основных типа: шарошечные долота и долота с неподвижными резцами.
Сегодня в бурении на нефть и газ преимущественно используются трехшарошечные долота. Три шарошки такого долота и являются разрушающими породу элементами. Сами шарошки бывают с фрезерованными на них зубьями и с впрессованными в них зубьями из твердого сплава. Этот твердый сплав – карбид вольфрама имеет высокую твердость и износостойкость. Известный многим твердый сплав «победит», на 90% состоит из карбида вольфрама.
Долота для бурения сплошным забоем используются при строительстве эксплуатационных скважин. А при бурении разведочных скважин применяются и колонковые долота. Колонковое долото или коронка производит кольцевую выработку, а остающийся нетронутым центральный цилиндрический столбик породы заполняет керноприемную трубу. Керноприемную трубу с керном поднимают на поверхность. Так получают керн, то есть пробу породы из скважины с определенной глубины. В дальнейшем керн исследуют для определения свойств и состава пород.
А теперь рассмотрим компоновку бурильного инструмента:
Калибратор вслед за долотом обрабатывает стенки скважины своими износостойкими лопастями – подравнивает, калибрует ствол скважины.
Наддолотный амортизатор уменьшает, гасит вибрации и пульсации бурильной колонны возбуждаемые перекатывающимися по забою шарошками долота.
Центратор предназначен для стабилизации направления, то есть обеспечения прямолинейности ствола скважины.
Нижняя часть бурильной колонны, собранная из УБТ, работает на сжатие и своим весом создает необходимую нагрузку на долото. Утяжеленные бурильные трубы придают жесткость нижней части бурильной колонны, уменьшая тем самым искривление ствола скважины. Также применение УБТ снижает износ бурильных труб.
Толщина стенок УБТ может быть от 16 мм до 50 мм. УБТ поставляются комплектами, состоящими из одной наддолотной трубы и нескольких вышерасположенных труб. Верхние трубы имеют на одном конце наружную замковую резьбу, а на другом – внутреннюю. Наддолотная труба с обоих концов имеет внутреннюю замковую резьбу.
Обычно УБТ изготавливаются цилиндрическими, но бывают УБТ с квадратным или шестиугольным сечением.
При использовании УБТ с фрезеруемыми спиральными канавками, уменьшается площадь соприкосновения трубы со стенками скважины. Спиральные УБТ снижают возможность «прихвата» труб в случае обрушения стенок скважины.
Длина одной трубы УБТ может составлять от 4,5 до 9 метров.
Длина колонны УБТ и диаметр труб рассчитываются исходя из конкретных геологотехнических условий бурения и конструкции скважины.
Верхнюю часть бурильной колонны составляют бурильные трубы.
Бесшовная бурильная труба для глубокого бурения изготавливается из легированной стали с толщиной стенки от 9 до 11 мм. Концы бурильной трубы оборудуется замками. Замки навинчиваются на трубу по резьбе или соединяются с трубой фрикционной сваркой.
При резьбовом соединении на один конец трубы навинчивается ниппель замка, а на другой конец – муфта замка.
Коническая резьба замков с крупным шагом легко центрируется и полностью закручивается за несколько оборотов. Такая резьба обеспечивает герметичность соединения и выдерживает огромные осевые и изгибающие нагрузки.
А в резьбовом соединении замка с трубой используется коническая резьба треугольного профиля с мелким шагом. Наружная резьба нарезается на конце трубы, а внутренняя трубная резьба – в замке. Резьба эта затягивается очень плотно. Она герметична и вполне надежна.
Фрикционная сварка или сварка трением также обеспечивает надежное соединение замка с бурильной трубой. Сварка трением выполняется на специальных станках. Соединение замка с трубой, в этом случае, производится встык. Понятно, что при сварке трением резьба на трубе и трубная резьба в замке не делается.
Переводники используются для сочленения бурильных труб разного диаметра и типа. Переводник двухмуфтовый (ПМ) соединяет ниппель с ниппелем.
Переводник двухниппельный (ПН) соединяет муфту с муфтой.
ПШН – переводник штанговый нижний соединяет ведущую трубу с верхней бурильной трубой.
ПШВ – переводник штанговый верхний соединяет ведущую трубу с вертлюгом. Расположение переводников смотрим на схеме компоновки бурильного инструмента.
Для предохранения бурильных труб от истирания и разрушения используют протекторные кольца. Протекторные кольца могут быть цельными и разрезными, резиновыми и резино-металлическими.
Ведущая бурильная труба (ВБТ) имеет квадратное сечение, поэтому буровики называют ее просто «квадратом». Бывают и шестигранные ВБТ, но они встречаются редко. Квадратная труба, как и бурильные трубы оборудуется замковым ниппелем и замковой муфтой. Ведущая бурильная труба изготавливается из легированной стали и может быть длиной от 11,3 до 16,5 метров:
Далее читаем следующую статью: «Спуско-подъемные операции в бурении».