С чего начинается скважина?
Когда определены координаты скважины, подготавливают площадку для размещения буровой установки и инфраструктуры. На площадке производят планировочно-разбивочные работы и прокладывают к ней подъездные дороги.
Затем крупными или мелкими блоками доставляют на площадку оборудование и механизмы буровой. На площадке производят сборку блоков и монтаж коммуникаций установки.
Когда позволяет рельеф местности буровую вышку на основании вместе с агрегатами затаскивают на площадку единым блоком.
Буровая вышка и все агрегаты буровой установки размещаются на основаниях. Основания – это опорные сборно-разборные металлоконструкции, которые устанавливаются на бетонные или железобетонные фундаменты.
Для настила пола буровой на фермы укладывают дополнительные балки.
Основными параметрами оснований являются несущие способности подроторных балок, подсвечника и опор под вышку, зависящие от веса бурильного инструмента, то есть от глубины проектируемой скважины.
Высота пола буровой установки от уровня земли определяется высотой противовыбросового оборудования.
Когда монтаж буровой закончен и агрегаты установки опробованы, приступают к строительству скважины.
Скважину начинают с шахты. Обычно делают выемку почвенных слоев квадратного сечения до глубины залегания устойчивых грунтов. Для предохранения стенок шахты от обрушения их бетонируют или укрепляют досками. Роют шахту одновременно с сооружением фундаментов под основания буровой. Скважинную шахту еще называют забурочной ямой или забурником.
Затем по центру шахты бурят скважину большого диаметра под направление. В эту скважину спускают обсадную трубу или колонну обсадных труб и цементируют
затрубное пространство на всю длину. Вертикальность направления проверяют в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В дальнейшем, при установке ротора должна соблюдаться соосность направления с осью вращения стола ротора. Глубина направления может составлять несколько метров в устойчивых породах и десятки метров в болотах, илистых или рыхлых грунтах.
Направление — это первая обсадная колонна, которая задает направление стволу и крепит стенки скважины от размыва и обрушения пород близ дневной поверхности.
После сооружения направления пробуривают интервал под кондуктор и обсаживают его. Кондуктор перекрывает верхнюю часть геологического разреза с неустойчивыми породами и изолирует водонасыщенные пласты. Поэтому его цементируют на всю длину. Глубина кондуктора определяется геологическим строением верхних горизонтов. И на кондуктор устанавливают блок системы противовыбросового оборудования (ПВО). Кондуктор должен возвышаться над землей не менее, чем на полметра.
Комплекс работ по сооружению шахты, направления и кондуктора может выполнять бригада шнекового бурения еще до монтажа на площадке основной буровой установки. Подробнее о технологии шнекового бурения можно почитать в статье: "Шнековое бурение".
После сооружения кондуктора основной буровой установкой пробуривают интервал под эксплуатационную колонну и обсаживают его.
Эксплуатационная колонна - последняя колонна обсадных труб, которая крепит скважину, разобщая продуктивные пласты от остальных горизонтов и служит для извлечения нефти и газа. Бывает так, что невозможно сразу пробурить скважину до проектной глубины без предварительного разобщения зон проявлений или обвалов. Тогда через кондуктор сначала бурят промежуточную колонну, а уже через нее бурят эксплуатационную колонну.
При бурении на нефть, газ или воду скважина вскрывает горизонты с высоким пластовым давлением, которое может превышать гидростатическое. Поэтому на устьях добывающих и всех разведочных скважин устанавливают противовыбросовое оборудование (ПВО).
Противовыбросовое оборудование обеспечивает герметизацию устья бурящейся скважины с находящейся в ней колонной бурильных труб. А также герметизирует устье при протаскивании бурильного инструмента с замками или обсадных труб с муфтами.
Известно, что даже вертикальная скважина имеет искривления и спущенная обсадная колонна будет прилегать к стволу в некоторых местах. Места в которых обсадка лежит на стенке называются зонами защемления бурового раствора. Неполное замещение глинистого раствора цементом в этих зонах приводит к некачественной герметизации затрубного пространства. Поэтому при закачке тампонажного раствора обсадную колонну расхаживают. Расхаживание – это возвратно-поступательные движения колонны по вертикальной оси. То есть колонну немного поднимают и опускают, вследствие чего положение ее относительно стенок меняется. И открывается доступ цементного раствора к зонам защемления.
Перед бурением под эксплуатационную колонну на кондукторе устанавливают блок противовыбросового оборудования (ПВО).
На рисунке представлена одна из типовых схем компоновки ПВО.
В муфту верхней трубы кондуктора вкручивают монтажный патрубок и на него накручивают колонную головку. На фланец колонной головки устанавливают крестовину противовыбросовой обвязки.
Буровой раствор с выбуренной породой поднимаясь по затрубному пространству через рабочий выкид крестовины поступает на вибросито первой ступени грубой очистки.
ПУГ – превентор универсальный гидроуправляемый служит для герметизации устья скважины при газонефтяных и водопроявлениях (ГНВП) и при открытых фонтанах. Герметизация устья возможна на любой части бурильной колонны (гладкая труба, замковые соединения, УБТ, квадрат), на обсадной колонне, а также при отсутствии колонн в скважине. ПУГ позволяет протаскивать бурильный инструмент с замками и расхаживать обсадную колонну.
ППГ – превентор плашечный гидроуправляемый.
Плашечный превентор с трубными плашками герметизирует устье, обжимая трубы проходящие через него.
Превентор с глухими плашками перекрывает устье, когда труб в скважине нет.
Превентор со срезными плашками герметизирует устье без труб в скважине, а при наличии труб срезает их.
При бурении могут возникать непредсказуемые аварийные ситуации, связанные с внезапными выбросами нефти и газа. Поэтому противовыбросовое оборудование обеспечивается оперативными и безопасными средствами управления работоспособными в любое время.
Для управления ПВО используется дистанционный гидравлический привод, который дублируется механическим приводом.
Превенторы, задвижки и дроссели открываются и закрываются с основного и вспомогательного пультов. Основной пульт вместе со станцией гидравлического управления располагается на расстоянии не менее 10 метров от устья скважины. Обеспечивается безопасный доступ к нему при пожаре. Вспомогательный пульт устанавливается у поста бурильщика и дублирует основной пульт управления. Механический привод закрывает плашечные превенторы в случае отказа гидропривода и может фиксировать плашки закрытыми длительное время.
Еще о противовыбросовом оборудовании можно почитать отдельную статью: «Превентор».
После установки комплекса ПВО начинают бурить интервал под эксплуатационную колонну.
Любая горная выработка – это искусственная полость, которая образуется выемкой грунта. По мере углубления выработки процесс извлечения горной породы усложняется. А как разрушать породу и вытаскивать ее с глубины на поверхность, если человек не имеет доступа к забою выработки? Другими словами, как пробурить скважину?
Первые скважины для добычи воды и соляных рассолов люди сооружали ударно-канатным способом. С высоты на канате кидался забивной стакан. Такое примитивное долото при ударе о дно скважины забивалось грунтом. Стакан вытаскивали, вытряхивали из него грунт и снова кидали в скважину.
Однажды в 1833 году французский инженер Фовель наблюдал процесс ударно-канатного бурения. Когда инструмент вскрыл водонасыщенный горизонт, инженер увидел фонтан воды, который выносил из скважины всю разрушенную долотом породу. Так появилась идея очистки забоя принудительной циркуляцией жидкости в скважине. Бурение с промывкой скважины можно продолжать непрерывно.
Вращательное бурение с непрерывной циркуляцией бурового раствора в скважине стало традиционным при разработке нефтяных и газовых месторождений.
При проходке буровой раствор поступает на забой скважины по бурильной колонне и через насадки бурового долота. А затем поднимается к устью по затрубному пространству. Эффективность очистки ствола от выбуренной породы определяется скоростью восходящего потока.
Движущей силой для прокачивания бурового раствора являются буровые насосы. Следовательно, качественная очистка ствола зависит от производительности насосов. Производятся расчеты необходимого расхода промывочной жидкости при бурении под каждый интервал. По расчетам подбираются насосы и их количество.
Например, буровая установка Уралмаш-3Д комплектуется буровыми насосами с максимальной подачей 51,9 л/сек и предельным давлением 25 МПа.
Рассмотрим подробнее схему циркуляции бурового раствора при бурении скважины.
Буровой насос – это двухпоршневой или трехпоршневой насос с дизельным или электрическим приводом.
Буровой насос всасывает буровой раствор из приемной емкости и прокачивает его по трубопроводу высокого давления (манифольду), стояку и буровому шлангу в вертлюг. Через вертлюг и ведущую бурильную трубу раствор поступает в бурильную колонну и достигает долота. Проходя через насадки бурового долота, раствор захватывая частицы выбуренной породы (шлам) поднимается по затрубному пространству на устье скважины. На устье, через рабочий выкид подпревенторной крестовины раствор, насыщенный шламом, поступает на механизмы очистной системы. Производится трехступенчатая очистка бурового раствора и его дегазация. Шлам сбрасывается в амбар, а очищенный раствор пополняет приемные емкости буровых насосов.
Ствол вертлюга, к которому привинчивается ведущая бурильная труба вращается на опорном подшипнике. По шлангу от насосов буровой раствор через напорный патрубок поступает в ствол вертлюга.
То есть вертлюг, не вращаясь висит на крюке талевой системы, а ствол вертлюга, по которому буровой раствор нагнетается в бурильную колонну получает крутящий момент от квадратной трубы. Поэтому талевые канаты не скручиваются от вращения.
Продолжаем читать о процессе бурения и о буровом растворе в статье: «Бурение скважины. Часть вторая».