Технологическая схема бурения скважин вращательным способом
Способы бурения по характеру воздействия на горные породы’ подразделяются на механические, термичес^е, физико-химические, электроискровые и др. Широко применяются только способы, связанные с механическим воздействием на горные породы; остальные не вышли из стадии экспериментальной разработки.
Механическое бурение осуществляется ударным, вращательным и ударно-вращательным способами (последний способ имеет пока очень ограниченное применение). Ударное бурение нефтяных и газовых скважин, еще распространенное во многих странах, уже несколько десятков лет не применяется на нефтяных и газовых промыслах Российской Федерации.
При бурении нефтяных и газовых скважин в России применяют исключительно вращательный способ бурения. При этом способе бурения скважина как бы высверливается непрерывно вращающимся долотом. Разбуренные частицы породы в процессе бурения выносятся на поверхность непрерывно циркулирующей струей бурового раствора или нагнетаемым в скважину воздухом или газом. В зависимости от местонахождения двигателя вращательное бурение подразделяют на роторное бурение, когда двигатель находится на поверхности и приводит во вращение долото на забое при помощи колонны бурильных труб, и бурение с забойным двигателем (гидравлическим или при помощи электробура), когда двигатель перенесен к забою скважины и установлен над долотом.
Процесс бурения состоит из следующих операций: спуско-, подъемные работы (опускание бурильных труб с долотом в скважину до забоя и подъем бурильных труб с отработанным долотом! из скважины) и работа долота на забое (разрушение породы долотом). Эти операции периодически прерываются для спуска обсадных труб в скважину, чтобы предохранить стенки скважины от обвалов и разобщить нефтяные (газовые) и водяные горизонты. Одновременно в процессе бурения скважин выполняется ряд вспомогательных работ: отбор керна, приготовление промывочной жидкости (бурового раствора), каротаж, замер кривизны, осво-!
ение скважины с целью вызова притока нефти (газа) в скважину и т. д. В случае аварии или осложнения (поломка бурильных труб, прихват инструмента и т. д.) возникает необходимость в дополнительных (аварийных) работах. Для выполнения перечисленных операций в процессе бурения скважины применяется буровая установка (рис. 2.1).
Самая верхняя труба в колонне бурильных труб не круглая, а квадратная (она может быть также шестигранной или желобчатой). Она называется ведущей бурильной трубой. Ведущая труба проходит через отверстие круглого стола — ротора — и при бурении скважины по мере углубления забоя опускается вниз.
Ротор помещается в центре буровой вышки. Бурильные трубы и ведущая труба внутри полые. Ведущая труба верхним концом соединяется с вертлюгом. Нижняя часть вертлюга, соединенная с ведущей грубой, может вращаться вместе с колонной бурильных труб, а его верхняя часть всегда неподвижна. В последнее время, особенно при бурении на море, используются силовые вертлюги (верхний вращатель).
К отверстию (горловине) неподвижной части вертлюга присоединяется гибкий шланг, через который в процессе бурения в скважину закачивается промывочная жидкость при помощи буровых насосов. Промывочная жидкость, пройдя ведущую трубу и всю колонну бурильных труб, попадает в долото и через отверстия в нем устремляется на забой скважины (при бурении гидравлическим двигателем промывочная жидкость вначале поступает в него, приводя вал двигателя во вращение, а затем в долото). Выходя из отверстий в долоте, жидкость промывает забой, подхватывает частицы разбуренной породы и вместе с ними через кольцевое пространство между стенками скважины и бурильными трубами поднимается наверх, где направляется в прием насосов, предварительно очищаясь на своем пути от частиц разбуренной породы.
К верхней, неподвижной, части вертлюга шарнирно прикреплен штроп, при помощи которого вертлюг подвешивается на подъемном крюке, связанном с подвижным талевым блоком. На самом верху буровой вышки установлен кронблок, состоящий из нескольких роликов.
Во время бурения колонна труб висит на крюке и опускается по мере углубления. Как только долото срабатывается, всю колонну труб поднимают на поверхность для его замены.
Для крепления верхнего интервала, сложенного неустойчивыми породами, во избежание размыва устья скважины спускается и Цементируется направление. Пробурив после этого 30…600 м, в скважину спускают кондуктор, служащий для перекрытия слабых (неустойчивых) пород или верхних притоков воды и для созда — Ния всртикального направления ствола скважины при дальней-
|
Рис. 2.1. Схема буровой установки для глубокого вращательного бурения:1 / — талевый канат; 2 — талевой блок; 3 — вышка; 4 — крюк; 5 — буровой шланг? 6 — ведущая труба; 7 — желоба; 8 — буровой насос; 9 — двигатель насоса; 10 —■ обвязка насоса; // — приемный резервуар (емкость); 12 — бурильный замок; /.? — бурильная труба; 14 — гидравлический забойный двигатель (при роторном бурении не устанавливается); 15 — долото; 16 — ротор; 17 — лебедка; 18 — дкигател! лебедки и ротора; 19 — вертлюг |
шем бурении. После спуска кондуктора производят цементирование (тампонаж), т. е. закачивают цементный раствор через обсадные трубы в кольцевое пространство между ними и стенками скважины. Цементный раствор, поднимаясь вверх, заполняет затруб-, цое пространство. После затвердения цементного раствора бурение возобновляется.
В скважину опускают долото, диаметр которого меньше диаметра предыдущей обсадной колонны. Затем в пробуренную до проектной глубины скважину спускают колонну обсадных труб (эксплуатационную колонну) и цементируют ее. Цементирование производят для того, чтобы изолировать друг от друга водоносные и нефтеносные пласты. Если при бурении под эксплуатационную колонну возникают большие осложнения, препятствующие успешному бурению, то после кондуктора спускают одну или две промежуточные (технические) колонны.