Основные сведения о бурении скважин и вскрытии продуктивных пластов.

Сегодня 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. Скважина создается последовательным разрушением горных пород и извлечением их на поверхность. 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.

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше ее длины (Рис. 1).

Основные элементы скважины:

Ø Устье скважины (1) – это начало скважины, образованное короткой вертикальной зацементированной трубой – направлением.

Ø Забой скважины (2) – дно буровой скважины, перемещающееся в результате воздействия породоразрушающего инструмента на породу.

Ø Стенки скважины (3) – боковые поверхности буровой скважины

Ø Ось скважины (4) — воображаемая линия, соединяющая центры поперечных сечений буровой скважины.

Ø Ствол скважины (5) – пространство в недрах, занимаемое буровой скважиной.

Ø Обсадные колонны (6) – колонны соединенных между собой обсадных труб.

Если стенки скважины сложены из устойчивых пород, то в скважину обсадные колонны не спускают. Скважины углубляют, разрушая породу по всей площади забоя (сплошным забоем, рис. 1.2 а) или по его периферийной части (кольцевым забоем рис. 1.2 б). В последнем случае в центре скважины остается колонка породы – керн, которую периодически поднимают на поверхность для непосредственного изучения.

Рис. 2.1. Элементы конструкции скважины

Рис. 2.2. Схема скважины пробуренной сплошным (а) и кольцевым (б) забоем

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 (рис1.3).

Бурение скважин — это процесс сооружения направленной горной выработки большой длины и малого (по сравнению с длиной) диаметра. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно — забоем. Этот процесс — бурение — распространен в различных отраслях народного хозяйства.

Рис. 2.4. Газовая скважина

Нефть и газ добывают, пользуясь скважинами, основными процессами строительства которых являются бурение и крепление. Необходимо осуществлять качественное строительство скважин во все возрастающих объемах при кратном снижении сроков их проводки, а также при уменьшении трудо - и энергоемкости и капитальных затрат.

Бурение скважин - единственный метод результативной разработки, приращения добычи и запасов нефти и газа.

Современный процесс бурения скважины -это сложный технико-технологический процесс, состоящий из цепи звеньев, выход из строя одного из которых может привести к осложнениям, авариям или даже к гибели скважины. Безотносительно к способу разрушения горных пород процесс бурения скважины включает ряд операций:

Ø спуск бурильных труб с породоразрушающим инструментом в скважину;

Ø разрушение породы на забое;

Ø вынос разрушенной породы из скважины;

Ø подъем бурильных труб из скважины для замены изношенного долота;

Ø крепление скважины обсадными колоннами и тампонирующим материалом.

Применяются другие операции технологического и геофизического характера, которые непосредственно не участвуют в проходке ствола скважины.

Технологические способы проходки ствола скважины можно классифицировать по принципу бурения, способу привода породоразрушающего инструмента, виду углубления забоя, ориентации породоразрушающего инструмента, давлению на забое, количеству проходимых из одного устья стволов.

По принципу бурения различают способы: вращательные, ударные, вибрационные, гидродинамические, термические, электрофизические, взрывные, химические, комбинированные.

По приводу породоразрушающего инструмента способы делят на: роторные, погружными (забойными) двигателями, гравитационные (ударные), комбинированные.

По виду углубления забоя выделяют способы: сплошным, кольцевым и ступенчатым забоем.

По ориентации породоразрушающего инструмента различают: вертикальную, горизонтальную и ориентированную по странам света проходку.

По забойному давлению выделяют способы: с репрессией и с депрессией на пласты, а также сбалансированные.

По количеству проходимых стволов без перемещения буровой установки различают: индивидуальное, двухствольное, кустовое и мгногозабойное бурение.

Рис. 2.5. Схема многозабойной скважины.

Перечень технологических операций, обеспечивающих сооружение скважины, включает:

Ø разрушение горных пород на забое;

Ø очистку скважины от шлама;

Ø регулирование внутрискважинного давления;

Ø регулирование физико-химического взаимодействия скважины с окружающими горными породами;

Ø изоляцию друг от друга технологически несовместимых и осложненных интервалов ствола;

Ø вскрытие продуктивных горизонтов;

Ø замену изношенного породоразрушающего инструмента, подземного оборудования и устройств;

Ø крепление ствола скважины;

Ø создание фильтра в продуктивной части ствола скважины;

Ø вызов притока флюида из пласта на дневную поверхность;

Ø освоение скважины.

В состав полного цикла сооружения скважины входят следующие работы:

Ø монтаж буровой установки;

Ø подготовка;

Ø поинтервальное углубление ствола;

Ø поинтервальное крепление ствола и разобщение пластов;

Ø вскрытие продуктивных горизонтов;

Ø глубинное исследование;

Ø спуск и цементирование эксплуатационной колонны;

Ø сооружение фильтра в продуктивной части скважины;

Ø испытание скважины на приток пластового или приемистость нагнетаемого флюида;

Ø демонтаж: буровой установки.

Цикл сооружения нефтяных и газовых скважин до сдачи их в эксплуатацию состоит из следующих последовательных звеньев:

Ø строительство наземных сооружений;

Ø проходка ствола скважины, осуществление которой возможно только при выполнении параллельно протекающих работ двух видов — углубление забоя посредством локального разрушения горной породы и очистка ствола от разрушенной (выбуренной) породы;

Ø разобщение пластов, состоящее из последовательных работ двух видов — закрепление стенок ствола обсадными трубами, соединенными в обсадную колонну, и герметизация (цементирование, тампонирование) заколонного пространства;

Ø освоение скважины как эксплуатационного объекта.