Бурение и построение конструкции скважин

1. Характеристика  геологического месторождения.

     ТУЙМАЗИНСКОЕ  МЕСТОРОЖДЕНИЕ нефтяное — расположено  в Башкирской ACCP, в 180 км к западу от Уфы. Входит в Волго-Уральскую нефтегазоносную провинцию. Открыто в 1937, разрабатывается с 1939. Центр добычи — г. Уфа. Приурочено к Туймазинскому и Александровскому поднятиям, расположенным в пределах Альметьевской вершины Татарского свода. Продуктивны отложения нижнего карбона, верхнего и среднего девона. Выявлено 122 залежи. Основная нефтеносность связана с терригенными девонскими отложениями, в которых обнаружено 54 залежи на глубине 1690-1720 м (пашийский, муллинский и старооскольский горизонты). Общая мощность песчаных коллекторов около 70 м, пористость 17-22%, проницаемость до 470 мД. Тип коллектора поровый. Залежи пластовые сводовые, большей частью литологически экранированные, высотой до 68 м. Начальное пластовое давление 17,2-18,1 МПа, температура 30°С. водонефтяной контакт на отметках от -1485 до -1530 м. В известняках фаменского яруса (девон) выявлено 8 массивных залежей на глубине 1130-1100 м. Пористость коллекторов 3%. Высота залежей до 30 м, начальное пластовое давление 14 МПа. Плотность нефтей из отложений девонского возраста 889-894 кг/м3, содержание S 2,7-3%. В известняках кизеловского горизонта (нижний карбон) обнаружено 5 массивных залежей нефти на глубине 1600-2000 м. Высота залежей до 35 м. Плотность нефтей из отложений каменноугольного возраста 889-894 кг/м3, содержание S 2,7- 3%. Месторождение разрабатывается с поддержанием пластового давления методами законтурного и внутриконтурного заводнения. Эксплуатация ведётся механизированным способом. 
 
 
 
 

2. Выбор способа бурения  и построение конструкции  скважин.
1. Выбор способа бурения.

     Бурение – процесс образования горной выработки,преимущественно круглого сечения, путм разрушения горных пород главным образом буровым инструментом с удалением продуктов разрушения.

     Способы бурения можно классифицировать по характеру воздействия на горные породы: механическое, термическое, физико-химическое, электроискровое и. т.д. Широко применяются  только способы,связанные с механическим воздействием на горные породы.

     Механическое  бурение осуществляется ударным, вращательным и ударно-вращательными способами. 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 бурениии нефтяных и газовых  скважин в России применяют исключительно  вращательный способ бурения. При этом способе скважина как бы высверливается непрерывно вращающим долотом. Разбуренные частицы  породы в процессе бурения выносятся на поверхность непрерывно циркулирующей струей бурового раствора или нагнетательным в скважину воздухом или газом. В зависимости от месторождения двигателя вращательное бурение разделяют на роторное – двигатель находится на поверхности и приводит во вращение долото на забое при помощи колонны бурильных труб и бурение с забойным двигателем – двигатель перенесен к забою скважины и устанавливается над долотом. 

     В Российской Федерации получили распростронение три способа бурения нефтяных и газовых скважин: роторный, гидравлическими забойными двигателями и бурение электробурами. Первые два из этих способов являются основными. Выбор наиболее эффективного способа бурения обусловлен задачами, которые должны быть решены при разработке или совершенствовании технологии бурения в конкретных геолого-технических условиях. На основании данных, полученных при опытном бурении, сравнивают способы бурения и выявляют из их числа наиболее эффективный для конкретных геолого-технических условий.

     Эффективность бурения зависит от комплексов фактов:

• Осевой нагрузки долота
• Частоты вращения долота
• Расхода бурового раствора
• Параметров качества бурового раствора
• Типа долота
• Геологических условий
• Механических свойств горной породы

     Основной  вид деформации, под действием  которой породы в процессе бурения  разрушаются, - вдавливание. При бурении  нефтяных и газовых скважин основным инструментом,при помощи которого происходит разрушение горной породы на забое  и образуется собственно скважина, является долото.

     Обоснование выбора способа бурения.

     В данном геологическом разрезе целесообразно  применить роторное бурение. Это обусловлено тем, что роторное бурение чаще всего применяют для устройства скважин значительных диаметров (300-400) и значительной глубины (150-1200 м).

        
 

2.   Выбор буровой установки.

     Скважины  бурят при помощи буровой установки, представляющей собой сложный комплекс машин, механизмов, аппаратуры, металлоконструкций, средств контроля и управления, расположенных  на поверхности.

     В комплекс буровой установки входят: вышка для подвешивания талевой  системы и размещения бурильных  труб, оборудование для спуска и  подъема инструмента, оборудование для подачи вращения инструмента, насосы для прокачивания промывочной жидкости, механизмы для приготовления и очистки промывочной жидкости, механизмы для автоматизации и механизации спускоподъемных операцций (СПО), контрольно-измерительные приборы и вспомагательные устройства. В комплект буровой установки входят также металлические основания, на которых монтируется и перевозится оборудование.

     Современные буровые установки могут подразделяться на 3 группы:

     1. Для структурно-поискового бурения

     2. Для глубоко-разведочного бурения

     3. Для бурения на море

     Буровые установки для структурно-поискового бурения с глубиной

бурения от 25 до 2500 м; грузоподъемность от 0,4 до 20 т. Базируются на больших машинах.

     Для глубокого-разведочного и эксплутационного бурения на нефть и газ позволяют  бурить скважину с глубиной от 2000 до 10000 м.

     Этом  месторождении применяются буровые  установки для стуктурно-поискового бурения, т.к. продуктивный пласт, в  этом геологическом разрезе, залегает на глубине 1600 м.  

         Буровая вышка – это сооружение над скважиной для спуска и подъема бурового инструмента, забойных двигателей, бурильных и обсадных труб, размещение бурильных свечей ( соединение между собой двух-трех бурильных труб общей длиной 25…36 м) после подъема их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и атмосферных осадков.

     Различают 2 типа вышек: башенные и мачтовые. Их изготовляют из труб или прокатной  стали.

     Башенная  вышка представляет собой правильную усеченную четырехгранную пирамиду решетчатой конструкции. Ее основными элементами являются ноги 1, ворота 2, балкон верхнего рабочего 3, подкронблочная площадка 4, козлы 5, поперечные пояса 6, стяжки 7, маршевая лестница 8.

     Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А-образные). Последние более распространены.

     В конструкцию мачтовой вышки А-образного  типа входят подъемная стройка 1, секции мачты 2,3,4,6, пожарная лестница 5, монтажные  козлы 7 для ремонта кронблока, подкронблочная рама 8, растяжки 9,10,14, оттяжки 11, тоннельные лестницы 12, балкон верхнего рабочего 13, предохранительный пояс 15, маршевые лестницы16, шарнир 17.

     А-образные вышки более трудоемки в изготовлении и поэтому более дороги. Они  менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и затем  монтировать.

     Основные  параметры вышки – грузоподъемность, высота, емкость «магазинов» (хранилище  для свечей бурильных труб), размеры  верхнего и нижнего оснований, длина  свечи, масса.

     Грузоподъемность  вышки – это предельно допустимая вертикальная статическая нагрузка, которая не должна быть превышена  в процессе всего проводки скважины.

     Высота  вышки определяет длину свечи, которую  можно извлечь из скважины и от величины которой зависит продолжительность  спуско-подъемных операций. Чем больше длина свечи, тем на меньшее число  частей необходимо разбирать колонну  бурильных труб при смене бурового инструмента. С ростом глубины бурения  высота и грузоподъемность увеличивается. Так, для бурения скважин на глубину 2000…3000 м – высотой 42 м и на глубину 4000…6500 м – 53 м.

     Емкость «магазинов» показывает, какая суммарная  длина бурильных труб диаметром 114…168 мм может быть размещена в  них. Практически вместимость «магазинов»  показывает на какую глубину может  быть осуществлено бурение с помощью  конкретной вышки.

     Размер  верхнего основания вышек составляет 2х2 м или 2,6х2,6 м нижнего 8х8 м или 10х10 м.

     Оборудование  для механизации спускоподъемных  операций включает талевую систему  и лебедку.

     Талевая система состоит из неподвижного кронблока, установленного в верхней  части буровой вышки, талевого блока, соединенного с кронблоком талевым  канатом, один конец которого крепится к барабану лебедки, а другой закреплен  неподвижно, и бурового крюка. Талевая  система является полиспастом (системой блоков), который в буровой установке  предназначен, в основном, для уменьшения натяжения талевого каната, а также  для снижения скорости движения бурильного инструмента, обсадных и бурильных  труб. 

     Буровая лебедка предназначена для следующих  операций:

     • Спуска и подъема бурильных и обсадных труб;

     • Удержания на весу бурильного инструмента;

     • Подтаскивания различных грузов;

     • Подъема оборудования и вышек в процессе монтажа установок и т.п.

     Буровая установка комплектуется буровой  лебедкой соответствующей грузоподъемности.

     Наземное  оборудование,непосредственно используемое при бурении, включает вертлюг, буровые  насосы, напорный рукав и ротор.

     Вертлюг – это механизм, соединяющий не вращающиеся талевую систему и буровой крюк с вращающимися бурильными трубами, а также обеспечивающий ввод в них промывочной жидкости под давлением.

     Буровые насосы служат для нагнетания бурового раствора в скважину. При глубоком бурении их роль, как правило, выполняют поршневые двухцилиндровые насосы двойного действия. Напорный рукав (буровой шланг) предназначен для подачи промывочной жидкости под давлением от неподвижного стояка к перемещающемуся вертлюгу.

     Ротор передает вращательное движение бурильному инструменту, поддерживает на весу колонну бурильных или обсадных труб и воспринимает реактивная крутящий момент колонны, создаваемый забойным двигателем.

     Силовой привод обеспечивает функционирование всей буровой установки – он снабжает энергией лебедку, буровые насосы и ротор.

     Привод  буровой установки может быть дизельным, электрическим, дизель-электрическим  и дизель-гидравлическим. Дизельный  привод применяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Электрический привод от электродвигателей  переменного и постоянного тока отличается простотой в монтаже  и эксплуатации, высокой надежностью  экономичностью, но применим только электрифицированных  районах. Дизель-электрический привод из дизеля, который вращает генератор, питающий, в свою очередь, электродвигатель. Дизель-гидралический привод состоит  из двигателя внутреннего сгорания и турбопередачи. Последние два  типа привода автономны, но в отличие  отдизельного не содержат громозких  коробок перемены передач и сложных  соединительных частей, имеют  удобное  управление, позволяют плавно изменять режим работы лебедки и ротора в широком диапазоне.

     Суммарная мощность силового привода буровых  установок составляет от 1000 до 4500кВт. В процессе бурения она распределяется на привод буровых насосов и ротора. При проведении спускоподъемных  операций основная энергия потребляется лебедкой, а остальная часть –  компрессорами, вырабатывающими сжатый воздух, используемый в качестве источника  энергии для автоматического  бурового ключа, подвесного бурового ключа, пневматического клинового захвата  и др.

     Циркуляционная  система буровой установки служит для сбора и очистки отработанного бурового раствора, приготовления новых его порций и закачки очищенного раствора в скважину.

     К привышечным сооружениям относятся:

     • Помещение для размещения двигателей и передаточных механизмов лебедки;