Бурение нефтяных и газовых скважин - область производства, включающая в себя совокупность средств, способов и методов, направленных на решение комплексных задач при бурении нефтяных и газовых скважин. Объектами профессиональной деятельности техника по специальности 131003 «Бурение нефтяных и газовых скважин» является техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин на всех этапах их строительства, проектно - конструкторская, технологическая и другие виды документации и информации. Техник по специальности 131003 «Бурение нефтяных и газовых скважин» в соответствии со специальной подготовкой может осуществлять следующие виды профессиональной деятельности.
Техник-технолог по бурению нефтяных и газовых скважин подготавливается для производственно-
технологической и организаторской деятельности на буровых предприятиях в должностях техника по бурению, помощника бурового мастера, бурового мастера, мастера по сложным работам, начальника буровой, инженера по бурению. Для получения практического опыта выпускники могут использоваться на рабочих местах помощника бурильщика 4-5 разряда и бурильщика. Техник-технолог должен уметь: организовывать работу буровой вахты, бригады на всех этапах процесса бурения скважины в соответствии с технологическими регламентами; предотвращать и ликвидировать все виды осложнений и аварий; проводить анализ производственно-хозяйственной деятельности подразделения, производить основные проверочные технологические расчеты, связанные с бурением скважины; оформлять техническую документацию; пользоваться средствами автоматизации, компьютерной техники, контрольно-измерительными приборами и инструментом, а также конструкторско-технологической документацией, эксплуатировать и обслуживать буровое оборудование; вести
целенаправленную работу по ресурсо-энергосбережению, осуществлять контроль за соблюдением правил охраны труда и окружающей среды.
Р азработка проектно-сметной документации на строительство наклонно направленных, горизонтальных, многозабойных скважин на месторождениях Республики Башкортостан, Западной Сибири, Оренбургской области, Демократической Республики Йемен, Ирана, Мавритании.
Р азработка проектно-сметной документации на реконструкцию старого фонда скважин методом бурения боковых стволов.
Р азработка проектно-сметной документации на строительство переходов трубопроводов через различные препятствия, в том числе под руслами рек, оврагами и т.п. методом наклонно направленного бурения.
Р азработка нормативной базы для составления проектно-сметной документации на строительство скважин, укрупненных комплексных расценок на подготовительные, строительно-монтажные работы по комплектам бурового оборудования.
Строительство горизонтальных и многозабойных скважин
Р азработка техники и технологии для строительства многозабойных скважин различного уровня сложности на конкретных месторождениях и последующее инженерное сопровождение бурения.
Б урение наклонно направленных скважин под различными препятствиями, в том числе под руслами рек, оврагами и т.п.
Бурение, процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы - скважины, шпура или шахтного ствола - путём разрушения горных пород на забое. Осуществляется, как правило, в земной коре, реже в искусственных материалах (бетоне, асфальте и др.). В ряде случаев процесс включает в себя крепление стенок скважин (как правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками скважин.
Область применения бурения многогранна: поиски и разведка полезных ископаемых; изучение свойств горных пород; добыча жидких, газообразных и твёрдых (при выщелачивании и выплавлении) полезных ископаемых через эксплуатационные скважины; производство взрывных работ; выемка твёрдых полезных ископаемых; искусственное закрепление горных пород (замораживание, битумизация, цементация и др.); осушение обводнённых месторождений полезных ископаемых и заболоченных районов; вскрытие месторождений; прокладка подземных коммуникаций: сооружение свайных фундаментов и др.
Буровая скважина проходит сквозь толщу горных пород, для того чтобы добраться до желаемого объекта - залежи рудного тела, нефти, газа, водоносного горизонта и т.д. Таким образом, скважина это искусственная выемка в горном массиве пород. В то же время, имеются близкие по назначению, но иной формы выемки - горные выработки (шахты, штольни, карьеры), от которых скважина существенно отличается наименьшим объемом выемки на глубину проходки. В этом смысле она наиболее экономичная и самая быстрая по достижению объекта вскрытия. В поперечном сечении скважина имеет форму круга, так как бурение осуществляется обычно способом вращения, при этом диаметр круга очень мал (75-300 мм) по сравнению с длиной скважины при глубине бурения в сотни метров и даже несколько километров (9 и более км). При бурении разведочных скважин на твёрдые полезные ископаемые их диаметр обычно 59 и 76 мм, на нефть и газ - 100-400 мм.
Бурение развивалось и специализировалось применительно к трём основным областям техники: наиболее глубокие скважины (несколько км) бурятся на нефть и газ, менее глубокие (сотни м) для поисков и разведки твёрдых полезных ископаемых, скважины и шпуры глубиной от нескольких м до десятков м бурят для размещения зарядов взрывчатых веществ (главным образом в горном деле и строительстве).
Как разведочные, так и эксплуатационные первые скважины закладывают в предполагаемых наивысших точках обнаруженной благоприятной структуры, чтобы наверняка вскрыть залеж полезного ископаемого. По полученным из первых скважин сведениям выбирают местоположение последующих скважин, перед которыми ставится более широкая задача - определить размеры залежи, эффективную мощность продуктивных пластов, изменение по простиранию их пористости и проницаемости, уточнить структурную карту месторождения (карту изогипс), получить данные для определения термодинамических параметров продуктивных пластов и построения карт изобар и изотерм, а в конечном итоге - подсчитать или уточнить промышленные запасы месторождения и обосновать или уточнить систему его разработки (построить карту разработки).
При этом скважины могут быть заложены как в пределах залежи так и за ее пределами.
После выбора места заложения составляют проект этой скважины, основными разделами которого являются:
Конструкция (соотношение диаметров и длин ствола, его ориентация; интервалы спуска, диаметры, толщина стенок и марки стали обсадных колонн; интервалы цементирования; тип и конструкция фильтра; другие необходимые элементы скважины);
Технология проводки ствола (типы и размеры породоразрушающего инструмента - долот; режимы бурения - интенсивность циркуляции очищающего забой и ствол от вырубленной породы агента, скорость вращения долота, усилие со стороны долота на разрушаемый им забой; тип и физические свойства очищающего скважину агента; тип, соотношение диаметров и длин секций бурильной колонны; тип и размер забойного двигателя в случае его использования);
Технология вскрытия продуктивных слоев (тип и физические свойства промывочного агента при проводке ствола в фильтровой зоне; соотношение давлений в скважине и пласте; способ закрепления ствола в фильтровой зоне и другие технологические параметры и технические средства);
Технология крепления ствола скважины (спуск и цементирование кондуктора, промежуточных и эксплуатационной колонн; конструкция низа эксплуатационной колонны и фильтра; тип цемента, физические свойства цементного раствора в жидком и затвердевшем состоянии, интенсивность его транспортировки в заколонное пространство; способ цементирования колонн и оснастка их дополнительными устройствами; длительность ожидания затвердевания цементного раствора; способ испытания качества крепления ствола скважины);
Технология испытания скважины как объекта эксплуатации (геометрические размеры колонны лифтовых труб; оборудование устья скважины эксплуатационной арматурой; режимы и длительность исследования производительности скважины);
Наземное грузоподъемное и приводное оборудование для бурения ствола (вышка; ротор для вращения бурильной колонны; талевая система и лебедка для выполнения спускоподъемных операций; двигатели для привода лебедки и ротора; вспомогательное оборудование и приспособления);
Поверхностная циркуляционная система для приготовления, регулирования свойств и очистки промывочного агента (емкость с перемешивателями; блок приготовления, утяжеления и регулирования свойств; блок очистки - вибросита, гидроциклоны, центрифуги);
Буровые насосы (марка, диаметры цилиндров, производительность, тип и мощность приводных двигателей).
По целевому назначению буровые скважины делятся на три основные группы: геологоразведочные, эксплуатационные и технические.
1)Геологоразведочные скважины:
Картировочные (изучение коренных пород, скрытыми под наносами) <50м;
Поисковые (открытие новых месторождений н/г);
Разведочные (на открытых местностях с целью их оконтуривания и сбора необходимого материала, для дальнейших разработок);
Гидрогеологические
Cейсморазведочные (для закладки взрывочного в-ва) <50м;
Структурные (для тщательного изучения структур выбуренных из скважин и составления проекта поисково-разведочного бурения на перспективные структуры);
Параметрические (для более детального изучения геологического разреза);
Инженерно-геологические;
Опорные (для изучения геологического разреза крупных регионов).
2)Эксплуатационные скважины:
Нефтяные и газовые (транспортировка н/г из залежей на
поверхность);
Водозаборные;
Скважины подземной газификации углей;
Скважины для добычи рассолов;
Геотехнологические скважины.
3)Технические скважины:
Взрывные скважины;
Стволы шурфов и шахт;
По глубине и наклонности бурения:
- - вертикальные (ось близка к вертикали);
- - наклонные (ось наклонена от вертикали);
- - сверхглубокие (>5000м);
- - глубокие (1000-5000м);
- - мелкие (
Вся структура работ по проводке ствола скважины включающую в себя комплекс наземного бурения, буровой инструмент и технологические приемы работы.
По характеру разрушения породы, применяемые способы бурения делятся на: механические - буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, и немеханические - разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на неё (термическое, взрывное и др.). Механические способы бурения подразделяют на вращательные и ударные (а также вращательно-ударные и ударно-вращательные). При вращательном бурении порода разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В зависимости от прочности породы при вращательном бурении применяют буровой породо-разрушающий инструмент режущего типа (Долото буровое и Коронка буровая); алмазный буровой инструмент; дробовые коронки, разрушающие породу при помощи дроби (Дробовое бурение). Ударные способы бурения разделяются на: ударное бурение или ударно-поворотное (бурение перфораторами, в том числе погружными, ударно-канатное, штанговое и т.п., при которых поворот инструмента производится в момент между ударами инструмента по забою); ударно-вращательное (погружными пневмо- и гидроударниками, а также бурение перфораторами с независимым вращением и т.п.), при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту; вращательно-ударное, при котором породо-разрущающий буровой инструмент находится под большим осевым давлением в постоянном контакте с породой и разрушает её за счёт вращательного движения по забою и периодически наносимых по нему ударов. Разрушение пород забоя скважины производится по всей его площади (бурение сплошным забоем) или по кольцевому пространству с извлечением керна (колонковое бурение). Удаление продуктов разрушения бывает периодическое с помощью желонки и непрерывное шнеками, витыми штангами или путём подачи на забой газа, жидкости или раствора (Глинистый раствор). Иногда бурение подразделяют по типу бурового инструмента (шнековое, штанговое, алмазное, шарошечное и т.д.); по типу буровой машины (перфораторное, пневмоударное, турбинное и т.д.), по методу проведения скважин (наклонное, кустовое и т.д.). Технические средства бурения состоят в основном из буровых машин (буровых установок) и породоразрушающего инструмента. Из немеханических способов получило распространение для бурения взрывных скважин в кварцсодержащих породах термическое бурение, ведутся работы по внедрению взрывного бурения.
Бурение как производственный процесс состоит из ряда последовательных операций:
- 1. Транспортирование буровой установки на точку бурения.
- 2. Монтаж буровой установки.
- 3. Собственно бурение (проходка ствола скважины), которое включает в себя:
а) чистое бурение, т. е. непосредственное разрушение горной породы породоразрушающим инструментом на забое скважины;
б) очистка забоя от разрушенной породы и транспортирование ее от забоя до устья скважины. При бурении с промывкой или продувкой, а также при бурении шнеками эта операция совмещается с основной - чистым бурением;
в) спуско-подъемные операции осуществляются для замены износившегося породоразрушающего инструмента и для подъема керна (образцов пород).
4. Крепление стенок скважины в неустойчивых породах, т.е. способных к обрушения (трещиноватые, слабосвязанные, рыхлые, сыпучие и плывуны), что может производиться двумя способами:
а) крепление спуском в скважину обсадных колонн труб, что требует остановки бурения;
б) крепление промывочными жидкостями, закрепляющими стенки скважины, производимое одновременно с бурением.
- 5. Испытания и исследования в скважине (измерение искривления, каротаж и др.).
- 6. Тампонирование скважин с целью разобщения и изоляции водоносных пластов с разным химическим составом вод или с целью изоляции водоносного пласта от нефтегазоносного.
- 7. Установки фильтра и водоподъемника в гидрогеологической скважине и производство гидрогеологических исследований (замеры уровня воды в скважине, отборы проб воды, определение дебита скважины с помощью пробных откачек).
- 8. Предупреждение и ликвидация аварий в скважине.
- 9. Извлечение обсадных труб и ликвидация скважины после выполнения задачи (ликвидационный тампонаж).
- 10. Демонтаж буровой установки и перемещение на новую точку бурения
Перечисленные рабочие операции бурения являются последовательными, т.е. могут выполняться последовательно одной и той же бригадой.
При необходимости бурения нескольких скважин и при наличии резервных буровых установок с целью ускорения разведочных ·работ некоторые рабочие операции могут быть параллельными, т. е. выполняться двумя или несколькими специализированными бригадами. Так, например, буровая бригада выполняет собственно бурения и крепление скважины; монтажные бригады занимаются только транспортированием, монтажом, демонтажем буровых установок, ликвидационным тампонажем скважин; каротажная бригада занимается только каротажем и т.п.
Добыча полезных ископаемых — это извлечение из недр земли природных ресурсов. Разработка твердых полезных ископаемых ведется карьерным или шахтным способом. Для добычи жидких и газообразных природных ресурсов бурят скважины. Современные технологии бурения скважин позволяют вести разработку месторождений нефти и газа на глубине свыше 12.000 метров.
Важность добычи углеводородов в современном мире сложно переоценить. Из нефти делают топливо (см. ) и масла, синтезируют каучуки. Нефтехимическая промышленность выпускает бытовой пластик, красители и моющие средства. Для стран нефтегазовых экспортеров сборы с продажи углеводородов за рубеж является весомым,а зачастую основным методом пополнением бюджета.
Разведка месторождений, монтаж буровых установок
В предполагаемом месте залежи полезных ископаемых проводят геологическое изыскание и определяют место для исследовательской скважины. В радиусе 50 метров от разведывательной скважины, выравнивается площадка и монтируется буровая вышка. Диаметр исследовательской скважины 70-150 мм. В процессе бурения отбираются образцы бурового шлама с разных глубин для последующего геологического изыскания. Современные комплексы для геологического исследования позволяют точно ответить на вопрос — стоит ли начинать добычу энергоресурсов через эту скважину в промышленных масштабах.
Когда геологическое исследование бурового шлама показала перспективность промышленной разработки – начинают строительство буровой площадки. Ранее расчищенную площадку бетонируют и ограждают, прокладывают грейдерную дорогу (дорога без твердого покрытия). На созданной строят вышку, монтируют лебедку, буровые насосы, устанавливают генератор и все необходимое. Собранное оборудование тестируют, постепенно выводя на плановую мощность, и сдают в эксплуатацию.
Чаще всего применяют технологию механического бурения скважин , которое осуществляется вращательным, ударным или комбинированным способом. Бур присоединяется к бурильной колонне квадратного сечения и с помощью талевой системы опускается в скважину. Ротор, расположенный над устьем скважины, передает буру вращательное движение.
По мере проходки скважины бурильная колонна наращивается. Одновременно с процессом бурения добывающей скважины с помощью специальных насосов выполняются работы по промывке скважины. Для промывки скважины от частиц разрушенной породы применяют промывочную жидкость, в качестве которой могут использовать техническую воду, водную суспензию, глинистые растворы или растворы на углеводородной основе. После откачки бурового раствора в специальные емкости его очищают и используют снова. Кроме очистки забоя от выбуренной породы промывочные жидкости обеспечивают охлаждение бура, уменьшают трение буровой колонны о стенки скважины и предотвращают обвал.
На завершающем этапе бурения добывающую скважину цементируют.
Существует два метода цементирования:
- Прямой метод – раствор закачивают в буровую колонну и продавливают в затрубное пространство.
- Обратный метод – раствор закачивают в затрубное пространство с поверхности.
Для бурения скважин применяется ряд специализированных машин и механизмов. На пути к проектной глубине нередко попадаются участки породы с повышенной твердостью. Для их прохождения приходится давать на буровую колону дополнительную нагрузку, поэтому к добывающему оборудованию предъявляются достаточно серьезные требования.
Оборудование буровой установки стоит недешево и рассчитано на долгосрочное использование. В случае остановки добычи из-за поломки какого-либо механизма придется ждать замены, что серьезно снизит рентабельность предприятия. Оборудование и механизмы для добычи углеводородов должны быть изготовлены из высококачественных и износостойких материалов.
Оборудование буровой платформы можно разделить на три части:
- Буровая часть – бур и бурильная колонна.
- Силовая часть – ротор и талевая система, обеспечивающие вращения буровой колонны и спускоподъемные манипуляции.
- Вспомогательная часть – генераторы, насосы, емкости.
Бесперебойная работа буровой установки зависит от правильной эксплуатации оборудования и технического обслуживания механизмов, в сроки предписываемые производителем. Не менее важно своевременно менять расходные части, даже если по внешнему виду с ними все нормально. Без соблюдения правил эксплуатации невозможно гарантировать безопасность персонала буровой платформы, недопущение загрязнения окружающей среды и бесперебойную добычу нефти или газа.
Способы бурения добывающих скважин
Способы бурения скважин делят в зависимости от метода воздействия на породу.
Механические:
- Ударный.
- Вращательный.
- Комбинированный.
Немеханические:
- Гидравлический разрыв пласта.
- Высокотемпературное воздействие.
- Подрыв.
Стоит отметить, что основной способ бурения вращательный и вращательно-ударный, остальные способы на практике применяются редко.
Решение о строительстве собственного водозаборного устройства на участке обосновано несколькими причинами, среди которых:
- отсутствие централизованного водоснабжения;
- желание иметь источник воды с повышенным ее качеством без обработки хлорирующими составами;
- большая потребность в воде для полива огорода – при нынешних ценах на живительную влагу из водопроводной сети, ведение приусадебного хозяйства становится дорогостоящим удовольствием, иногда просто нерентабельным.
Независимо от того, будут ли выполняться работы сторонней организацией или самостоятельно, технология бурения скважин на воду должна быть как можно лучше знакома. Это поможет избежать обмана исполнителями и лишних затрат на реализацию замысла.
Выбор способа зависит от нескольких факторов:
- Наличие воды на участке. В первом приближении это можно определить наблюдениями за окружающей средой, имеется ряд признаков, свидетельствующих о ее наличии или отсутствии. Можно также произвести несколько опытов с различными предметами, чтобы получить ответ на этот вопрос.
- Характеристика состава грунтов, характерного для данной местности, от чего зависит выбор способа бурения. Такие данные можно получить в местной гидрогеологической организации, там же нужно уточнить собственные прогнозные оценки по наличию воды на участке.
- Глубина залегания верховодных (песчаных) слоев и оценка глубины залегания артезианских (известняковых) водоносных горизонтов.
При наличии таких данных можно сделать вывод о предпочтительности использования той или иной технологии бурения.
Разновидности способов прохождения стволов скважин
Роторное бурение
Рис.3. Инструмент для бурения скважин роторным способомОбычно применялось при нефтеразведочном бурении. В последнее время, с увеличение потребности в скважинах, используется и при строительстве водяных водозаборов.
Особенностью способа является высокая энергозатратность и применяемость его на тяжелых или особо тяжелых грунтах с включением скальных образований, а также по сплошным известнякам.
При вращении ротор разрушает породу, которая выносится на поверхность промывочным раствором. В состав его входит и цемент. В результате часть участка будет безнадежно испорчено. Кроме того, по окончании работ такая скважина нуждается в длительной промывке чистой водой для удаления из пор породы цемента, входящего в состав раствора.
Для небольшого загородного участка такая технология представляется нежелательной.
Бурение гидроразмывом
Это наиболее легкая технология бурения скважин на воду. В процессе выполнения работ производится размывка грунта внутри обсадной трубы, которая опускается под собственным весом. Только в начале процесса, когда обсадная колонна еще легкая, приходится прибегать к ее проворачиванию специальным ключом.
Рис.4. Бурение с размывом грунта водой под давлением
Для осуществления такого способа понадобятся:
- два насоса, один из них, способный подавать жидкость под давлением не менее 6 атм, второй – для откачки отработавшей воды обратно в бак, соответствующей производительности;
- бак; емкость зависит от планируемого размера и глубины скважины и рассчитывается из соотношения:
V = R обс 2 (см) х 3,14 x H (см) , где
V – объем бака,
R – внутренний радиус обсадной трубы,
3,14 – число ПИ.
Так, для скважины диаметром 273 мм (максимально возможный диаметр ствола скважины при таком методе проходки), внутренний диаметр обсадки составит 260 мм (радиус 13 см), предполагаемая глубина скважины – 15 метров (15000 см) необходимый объем бака составит:
13 2 х 3,14 х 1500 = 756000 (см 3) = 756 (литров) .
Учитывая, что при отсутствии воды в баке работать невозможно, принимаем потребную емкость бака 2 кубометра. Этот расход не станет обузой, поскольку правильное пользование участком предполагает применение промежуточной прогревочной емкости в системе полива огорода.
- гидромонитор – шланг с металлической трубой на конце. Выходное отверстие которой должно быть порядка 20 мм.
Выполнение процесса происходит следующим образом:
- Забуривание – производится садовым буром, диаметр которого больше диаметра обсадной трубы на 30 – 40 мм. Глубина предварительного отверстия порядка 1,5 метра.
- Установка первой секции обсадной трубы в забуренное отверстие.
- Гидромонитор вводится отверстие обсадной трубы, подается вода под давлением. Обсадную трубу при этом нужно проворачивать вокруг ее оси, способствуя ее проседанию по мере размывки грунта.
- По мере углубления ствола промывку периодически приостанавливают, чтобы установить очередную секцию обсадки.
- Откачку воды производят по мере ее накопления, отводя жидкость обратно в бак.
Недостатком такого способа является его применимость только на песчаных и супесных грунтах, а также существует ограничение по глубине скважины. Как правило, они бывают не глубже 12 – 15 метров, в редких случая достигают 20.
Ударный способ
Технология бурения скважин на воду ударным методом – один из самых древних способов, применявшихся еще в древнем Китае. Он состоит в следующем:
- Отрывается приямок глубиной порядка 1,5 метров размерами 1,5 – 1,5 метра.
- Производится забуривание для установки первой секции обсадной трубы глубиной до 2-х метров.
- Устанавливается буровая вышка – тренога высотой не менее 3-х метров. Высота буровой зависит от длины секций обсадных труб, максимальный их размер составляет 6 метров.
Рис. 5. Самодельная буровая установка для ударного бурения
Ударная часть, подвешенная на тросе от лебедки, вводится в отверстие обсадной трубы и отпускается в свободное падение. При попадании на грунт, она активно разрушает его и он, в измельченном виде попадает внутрь ударной части (изготавливается из трубы). На конце ударника нарезаны зубья и разведены как на пиле.
Внутри ударника установлен клапан, пропускающий рыхлый грунт внутрь, но препятствующий его высыпанию при очередном подъеме. При прохождении глинистых влажных слоев применяется ударник без дополнительных приспособлений (стакан), влажная глина хорошо держится в нем за счет прилипания к стенкам. После прохождения расстояния около метра, ударник нужно извлечь из ствола и очистить его полость.
В арсенале профессиональных буровиков количество модификаций ударников доходит до 10 видов и более. Различные конструкции применяются для прохождения грунтов с отличающимися свойствами. Таким образом, широкий выбор инструмента позволяет проходить практически любые грунты, кроме скальных пород. Качество скважин при этом остается самым высоким. Поэтому, не являясь производительной, технология ударной пробивки остается самой популярной.
Шнековое бурение
Такая технология бурения скважины под воду становится все более популярной по причине высокой производительности и простоте исполнения.
По сути – это сверление вращающимся инструментом, при это режущая часть разрушает грунт в направлении движения, а спиральный шнек выносит его наружу. На поверхность выноситься порядка 40 – 50 % грунт, остальной уходит на уплотнение стенок. Таким образом, есть возможность производить бурение без одновременной обсадки стенок. Обсадная колонна опускается в ствол по окончании бурения.
Рис.6. Бур шнековый
У такого способа есть определенные недостатки, не позволяющие применять на песчаных и других сыпучих грунтах, а также ограничение по глубине столов до 50 метров. Дальнейшее заглубление производится с периодическим извлечением рабочего инструмента для очистки.
Бурение производится с применением очень разнообразного оборудования, а часто и вручную своими руками для скважин на верховодку. Так, промышленностью освоены и выпускаются различные миниатюрные буровые станки, при помощи которых выполняются скважины на глубину до 50 метров по легким и средней тяжести грунтам, исключая песчаные.
Такое оборудование активно применяются для обустройства водозаборов на загородных участках, зачастую нет необходимости его приобретать, а можно взять в аренду.
В то же время мощные артезианские скважины с большим дебетом выполняются с использованием настолько же мощных буровых установок.
Рис.7. Буровая установка для промышленного бурения
Перфоративное бурение
Производится путем забивки «копья» бабкой или штангой. Применяется, как правило, для оборудования абиссинских колодцев с ручным насосом для откачки воды. Ограниченный диаметр скважины позволяет выполнение работ самостоятельно и в короткий промежуток времени.
Кроме описанных способов, наиболее популярных на практике, применяются многие приемы, комбинирующие особенности различных способов.
Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше длины (Рис.2.1).
Рис.2.1
Начало скважины называется устьем 1, боковая цилиндрическая поверхность - стенкой 2 или стволом, дно - забоем 4. Расстояние от устья до забоя по оси ствола определяет длину скважины (рис. 1 в), а по проекции оси 4 на вертикаль - ее глубину (рис. 1 а, в).
По пространственному положению ствола различают вертикальные (рис. 1 а, б) и наклонные (рис. 1 в)скважины.
Скважины углубляют, разрушая породу по всей площади забоя (сплошным забоем) или по его периферийной части (кольцевым забоем). В последнем случае в центре скважины остается колонка породы -керн 5, которую периодически поднимают на поверхность для непосредственного изучения. Диаметр скважины, как правило, уменьшается от устья к забою ступенчато на определенных интервалах. Начальный диаметр нефтяных и газовых скважин обычно не превышает 900 мм, а конечный редко бывает меньше 165 мм. Глубины нефтяных и газовых скважин изменяются в пределах нескольких тысяч метров.
Нефтяные и газовые скважины бурят на суше и на море при помощи буровых установок. В последнем случае буровые установки монтируются на эстакадах, плавучих буровых платформах или судах.
В нефтегазовой отрасли бурят скважины следующего назначения:
Эксплуатационные - для добычи нефти, газа и газового конденсата.
Нагнетательные - для закачки в продуктивные горизонты воды (реже воздуха, газа) с целью поддержания пластового давления и продления фонтанного периода разработки месторождений, увеличения дебита эксплуатационных скважин, снабженных насосами и воздушными подъемниками.
Разведочные - для выявления продуктивных горизонтов, оконтуривания, испытания и оценки их промышленного значения.
Специальные - опорные, параметрические, оценочные, контрольные для изучения геологического строения малоизвестного района, определения изменения коллекторских свойств продуктивных пластов, наблюдения за пластовым давлением и фронтом движения водонефтяного контакта, степени выработки отдельных участков пласта, термического воздействия на пласт, обеспечения внутрипластового горения, газификации нефтей, сброса сточных вод в глубокозалегающие поглощающие пласты и др.
Структурно-поисковые - для уточнения положения перспективных нефтегазоносных структур по повторяющим их очертания верхним маркирующим (определяющим) горизонтам, по данным бурения мелких, менее дорогих скважин небольшого диаметра.
Нефтяные и газовые скважины представляют собой капитальные дорогостоящие сооружения, служащие много десятилетий. Это достигается соединением продуктивного пласта с дневной поверхностью герметичным, прочным и долговечным каналом. Однако пробуренный ствол скважины еще не представляет собой такого канала, вследствие неустойчивости горных пород, наличия пластов, насыщенных различными флюидами (вода, нефть, газ и их смеси), которые находятся под различным давлением. Поэтому при строительстве скважины необходимо крепить ее ствол и разобщать (изолировать) пласты, содержащие различные флюиды.
Крепление ствола скважины производится путем спуска в нее специальных труб, называемых обсадными. Ряд обсадных труб, соединенных последовательно между собой, составляет обсадную колонну Для крепления скважин применяют стальные обсадные трубы.
Насыщенные различными флюидами пласты разобщены непроницаемыми горными породами - «покрышками» . При бурении скважины эти непроницаемые разобщающие покрышки нарушаются и создается возможность межпластовых перетоков, самопроизвольного излива пластовых флюидов на поверхность, обводнения продуктивных пластов, загрязнения источников водоснабжения и атмосферы, коррозии спущенных в скважину обсадных колонн.
В процессе бурения скважины в неустойчивых горных породах возможны интенсивное кавернообразование, осыпи, обвалы и т.д. В ряде случаев дальнейшая углубка ствола скважины становится невозможной без предварительного крепления ее стенок.
Для исключения таких явлений кольцевой канал (кольцевое пространство) между стенкой скважины и спущенной в нее обсадной колонной заполняется тампонирующим (изолирующим) материалом. Это составы, включающие вяжущее вещество, инертные и активные наполнители, химические реагенты. Их готовят в виде растворов (чаще водных) и закачивают в скважину насосами. Из вяжущих веществ наиболее широко применяют тампонажные портландцементы. Поэтому процесс разобщения пластов называют цементированием.
Таким образом, в результате бурения ствола, его последующего крепления и разобщения пластов создается устойчивое подземное сооружение определенной конструкции.
