 |
Глава IX Бурение нефтяных и газовых скважин
|
|
|
|
В этой главе даются необходимые знания о сооружении одного из главных в добыче нефти и газа объекта - о скважине.
Первоначально в нашей стране использовали бурение для строительства соляных скважин.
Информация о бурении скважин для поисков нефти относится к 30-м годам XIX века на Тамани. По предложению горного инженера Н.И. Воскобойникова в 1848 году на Биби-Эйбате была пробурена скважина с помощью бура, из которой получена нефть. Это была первая нефтяная скважина в мире, построенная с помощью бурения с использованием способа непрерывной очистки скважины от пробуренной породы промывкой жидкостью. Способ очистки скважины от пробуренной породы промывкой жидкостью был предложен в 1846 году французским инженером Фовелем. Он предложил в процессе бурения скважины с поверхности насосами прокачивать воду, которая при постоянной циркуляции в скважине будет выносить из нее на поверхность мел-кис частицы пробуренной породы.
В конце 1880-х годов в США впервые было испытано вра-Щптельное бурение при бурении скважины на нефть с применением непрерывной промывки ствола скважины глинистым Г створом для выноса на поверхность пробуренной породы. России вращательное бурение скважин с промывкой было Применено впервые в 1902 году.
Вначале при вращательном бурении вращение долота вме-i ю со всей колонной труб осуществлялось на поверхности, llti при больших глубинах скважин, когда вес колонны труб ста-ноиился очень большим, такое бурение было очень трудным.
В 1922 году советским инженером М.А. Капелюшниковым был изобретен турбобур, который представлял из себя одноступенчатую гидравлическую турбину с редуктором. Турбина приводилась во вращение промывочной жидкостью и вращала долото, а жидкость вымывала пробуренную породу. В 1939 году российский ученый П.П. Шумилов усовершенствовал одноступенчатый турбобур в многоступенчатый. В 1899 году в России был запатентован электробур. Этот электробур вначале представлял из себя электродвигатель, соединяющийся с долотом, и подвешивался на канате. В 1938 году советскими инженерами А.П. Островским и Н.В. Александровым был создан современный электробур.
|
|
|
Скважины бурятся вертикальные, наклонные, горизонтальные.
Широкое применение получил метод наклоннонаправлен-ного кустового бурения, когда с одной площадки бурится наклонным способом 15 и более скважин. Этот метод успешно применяется в условиях заболоченных мест, при бурении скважин с морских буровых платформ, для сохранения плодородных пахотных земель и т.д.
Понятие о скважине
Скважина - это горная выработка (вертикальная или наклонная) круглого сечения, глубиной от нескольких метров до нескольких километров, различного диаметра, сооружаемая в толще земной коры. Верхняя часть скважины называется устьем, нижняя часть скважины называется забоем, а боковая поверхность называется стволом скважины. Расстояние от устья скважины до забоя по оси ствола скважины называется длиной скважины. Проекция длины на вертикальную ось называется глубиной скважины.
Скважины бывают нефтяные, газовые, газоконденсатные, нагнетательные, наблюдательные, оценочные и т.д. Конструкция скважин должна отвечать следующим требованиям:
1. Обеспечивать механическую устойчивость стенок ствола скважины и надежное разобщение всех (нефть, газ, вода) пластов друг от друга, свободный доступ к забою скважин спускаемого оборудования, недопущение обрушения горных пород в стволе скважины.
2. Эффективную и надежную связь забоя скважины с продуктивным (нефтяным или газовым) пластом.
3. Возможность герметизации устья скважины и обеспечение направления извлекаемой продукции в систему сбора, подготовки и транспорта нефти и газа или нагнетания в пласт
|
|
|
у < агента воздействия.
Й- Возможность проведения в скважинах исследовательских
j? работ, а также различных геолого-технических и ремонтно-
, профилактических работ.
Устойчивость стенок ствола скважин и разобщение пластов друг от друга достигается за счет бурения и спуска в скважину нескольких труб, называемых обсадными. Вначале скважина бурится на глубину 50-100 метров, в нее спускается стальная труба d = 500 мм и более - направление. Пространство между наружной стенкой трубы и стенкой скважины (породы) заполняется специальным тампонажным цементным раствором под давлением с целью недопущения обвала верхних пород и перетоков между верхними пластами. Затем скважина бурится меньшим диаметром долота на глубину 500-600 м, в нее спускается труба диаметром 249-273 мм и цементируется, как и направление, до устья. Эта колонна труб называется кондуктором и предназначена для предотвращения размыва верхних пластов, а также для создания канала для бурового глинистого раствора. После этого скважина бурится до проектного забоя. В нее спускается эксплуатационная колонна (стальная труба диаметром 146-168 мм), а пространство между трубой и породой под давлением заполняется цементным раствором до устья. Объем цементного раствора и давление его закачки определяются расчетом. После затвердения цементного раствора (обычно 48 часов) в межтрубном пространстве между наружной стенкой трубы и породой образуется цементный камень, который разобщает пласты между собой.
Это очень важно, особенно для недопущения перетоков жидкостей и газов между пластами и, в частности, для сохранения питьевых источников водоснабжения. В зависимости от характеристики залежи, ее пластового давления, геологического разреза и др. конструкция скважин может быть одноколонной или многоколонной (двух или трех). Последняя колонна называется эксплуатационной.
Рис. 30. Конструкция скважины: 1 - обсадные трубы; 2 - цементный камень; 3 - пласт; 4 - перфорация в обсадной трубе и цементном камне; I -направление; II - кондуктор; III - промежуточная колонна; IV - эксплуатационная колонна
|
|
|
После завершения бурения, спуска эксплуатационной колонны, ее цементации в скважине в интервале нефтяного или газового пласта делаются сквозные отверстия через стальную трубу и цементный камень с помощью специальных перфораторов. После этого скважина осваивается и вводится в эксплуатацию.
Скважина может быть с закрытым или открытым забоем. Открытый забой используется, когда продуктивный пласт сложен из плотных пород - карбонатных, известковых или плотных песчаников. При открытом забое скважина бурится до кровли продуктивного пласта, спускается эксплуатационная колонна и цементируется. Затем долотом меньшего диаметра через эксплуатационную колонну вскрывают (добуривают) продуктивный пласт. При этом не требуется перфорация, т.к. продуктивный пласт не перекрывается металлической трубой.
Если продуктивный пласт состоит из неустойчивых и слабоцементированных песчаников или известняков, то забой скважины оборудуется закрытым. При этом скважина бурится до проектной глубины (несколько ниже на 15-20 м продуктивного пласта создается так называемый «зумф»), в нее спускается эксплуатационная колонна, которая цементируется, а затем делается перфорация продуктивных участков пласта для сообщения пласта с забоем скважины.
Если пласт представлен слабоцементированными песчаниками или алевролитами, то продуктивный пласт можно вскры-нать при открытом забое с последующим спуском фильтра-хвостовика. Фильтр представляется в виде отверстий в эксплуатационной колонне в интервале продуктивного пласта.
В зависимости от назначения скважины бывают: опорные, параметрические, поисковые, разведочные, эксплуатационные, нагнетательные, контрольные (наблюдательные) и оценочные.
Опорные скважины бурятся для изучения состава и возраста горных пород в земной коре в крупных регионах, где ранее не проводилось бурение, для оценки нефтегазоносности. Бурятся гги скважины со сплошным отбором керна (пород).
Параметрические скважины бурятся с целью изучения глубинного строения горных пород в районах, где предполагается
|
|
|
наличие условий для образования нефтяных или газовых месторождений. Параметрические скважины бурятся в пределах локальных структур. При бурении параметрических скважин керн отбирается в размерах, обеспечивающих установление или уточнение характеристик вскрываемых отложений, а в интервалах возможного скопления нефти и газа производится сплошной отбор керна. Количество и места отбора керна указываются в технологическом проекте на бурение скважины.
Поисковые скважины бурятся по результатам данных, полученных при бурении параметрической скважины, и ранее проведенных геофизических исследований. Поисковые скважины бурятся с целью открытия нефтяных или газовых месторождений. В поисковых скважинах проводят комплексные геофизические и геохимические исследования с целью детального изучения разреза нефтегазоносности.
В скважинах отбирается поинтервально керн (место отбора указывается в технологическом проекте на бурение скважин) и производится сплошной отбор керна в интервале нефтегазоносности. По данным, полученным в результате бурения и исследования в поисковой скважине, определяются запасы категорий С] (запасы, установленные в отдельных скважинах) и С-х (предполагаемые запасы).
Разведочные скважины бурят после того, как получены положительные результаты в поисковой скважине, т.е. после открытия нефтяного или газового месторождения. Разведочными скважинами уточняется контур нефтеносности, дается оценка промышленных запасов нефти и газа. В результате бурения разведочных скважин должны быть изучены:
1. Литолого-стратиграфический разрез, положение нефтяных и газовых пластов.
2. Контуры нефтегазоносности, формы и размеры залежи, а также положение нефтегазовых и водонефтяных контактов.
3. Литолого-минералогический и гранулометрический составы, пористость, проницаемость, трещиноватость, неф-
тегазонасыщенность, а также толщина (общая, нефтега-зонасыщенная) продуктивного пласта.
4. Суточные дебиты нефти и газа, газовый фактор, допус-^ каемые депрессии на пласт, режим работы залежей.
Вышеперечисленные данные являются основными исходными данными для составления технологической схемы разработки нефтяного или газового месторождения.
В процессе бурения во всех вышеизложенных категориях скважин отбираются пробы горных пород, называемые керном. По керну определяется пористость, проницаемость, нефте- и газонасыщенность и т.д.
После оконтуривания нефтегазовой залежи, подсчета и утверждения в ГКЗ РФ (Государственный комитет по запасам РФ) запасов нефти и газа, составления технологической схемы разработки месторождения приступают к эксплуатационному бурению скважин. Эксплуатационные скважины бурятся по сетке в соответствии с утвержденной технологической схемой.
|
|
|
В технологической схеме разработки месторождения утверждаются также специальные нагнетательные скважины, которые служат для нагнетания в пласт агента воздействия для поддержания пластового давления в залежи. Нагнетательные скважины могут иметь специальную, отличную от эксплуатационных скважин, конструкцию. Например, для нагнетания острого пара и скважины.
Контрольные скважины служат для постоянного контроля ia состоянием разработки месторождения. В них постоянно замеряют пластовое давление, то есть следят за изменением пластового давления в залежи, контролируют положение водонефтяного и газонефтяного контуров, осуществляют контроль за температурой в пласте при тепловых методах и т.д.
В процессе разработки месторождения иногда появляется необходимость бурения так называемых оценочных скважин. Оценочные скважины бурят с целью определения выработки пласта, наличия остаточных невыработанных участков в залежах нефти и газа и т.д.
|
|
|
