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 бетонируют 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 быть, от нескольких метров в устойчивых породах до десятков метров в болотах, в илистых или рыхлых грунтах.
То есть, направление — это первая труба или колонна труб, которая задает направление для бурения и служит для предотвращения размыва пород, залегающих близ дневной поверхности.
После сооружения направления пробуривают интервал под кондуктор и обсаживают его обсадной колонной. Кондуктор обычно перекрывает верхнюю часть геологического разреза с неустойчивыми породами и обязательно должен изолировать все водонасыщенные пласты. Поэтому его цементируют по всей длине. Длина кондуктора зависит от геологического строения верхних горизонтов. И кондуктор служит для установки на него противовыбросового оборудования (ПВО).
Работы по сооружению шахты, направления и кондуктора могут производиться бригадой шнекового бурения еще до доставки на проектируемую скважину основной буровой установки. При шнековом бурении удаление и вынос разрушенной породы с забоя производится не потоком промывочной жидкости, а самим шнековым бурильным инструментом.
Подробнее о технологии бурения шнеками можно почитать в статье "Шнековое бурение".
Высота верха кондуктора должна быть не меньше, чем полметра от поверхности земли.
После установки 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 через нее бурят уже 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 при протаскивании или при расхаживании.
Известно, что даже вертикальные скважины, как правило, имеют искривления и спущенная обсадная колонна прилегает к стенкам скважины в так называемых зонах защемления бурового раствора. Неполное вытеснение глинистого раствора из этих зон при цементировании 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 цементирующего состава к зонам защемления раствора.
Перед бурением эксплуатационной колонны на кондукторе монтируют ПВО.
На рисунке представлена одна из типовых схем компоновки противовыбросового оборудования.
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 скважине 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.
После установки комплекса противовыбросового оборудования начинают бурить интервал под эксплуатационную колонну. Исходя из глубины кондуктора компонуют бурильный инструмент и опускают его на забой кондуктора.
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 было продолжать непрерывно.
Роторное бурение с непрерывной циркуляцией бурового раствора в скважине стало традиционным при разработке нефтяных и газовых месторождений.
При бурении буровой раствор поступает на забой скважины по трубам бурильного инструмента через насадки бурового долота и поднимается к устью по затрубному пространству. Эффективность очистки ствола скважины от частиц выбуренной породы зависит от скорости восходящего потока бурового раствора.
Движущей силой для прокачивания бурового раствора являются буровые насосы. Следовательно, хорошая очистка ствола зависит от производительности насосов. Производятся расчеты необходимой производительности насосов при бурении под каждую обсадную колонну. Исходя из расчетов подбираются насосы и их количество для обеспечения максимальной производительности.
Например, буровая установка Уралмаш 3Д комплектуется буровым насосом с предельно возможной подачей 51,9 литров в секунду и предельным давлением на выходе в 25 мегапаскалей.
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 и соединяется с неподвижным напорным подводом герметезирующим устройством, сальником высокого давления.
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.
Подробнее о буровом растворе и самом процессе бурения читаем следующую статью «Бурение скважины. Часть вторая».
О происхождении нефти читаем статью "Происхождение нефти".
О бурильном инструменте читаем статью "Бурильный инструмент".
