Курсовая добыча. 1. Введение История бурения нефтяных скважин
 Скачать 38.16 Kb.
|
|
Содержание 1.Введение…………………………………………………………………………...2 2.История бурения нефтяных скважин…………………………………………3 3.Общие сведения о бурении нефтяных…………………………………………4 4.Способы бурения скважин……………………………………………………....5 4.1.Ударное бурение…………………………………………………………………………………………..5 4.2.Вращательное бурение скважин…………………………………………...6,7 5.Породоразрушающие инструменты…………………………………………...8 6.Оборудование для бурения нефтяных скважин……………………………..9 7.Буровые промывочные жидкости…………………………………………….10 8 Функции буровой жидкости…………………………………………………...11 9.Общие сведения о цементировании скважин……………………………….12 1.Введение Как правило, в природе нефть располагается в пористых породах, в которых жидкость может накапливаться и перемещаться. Такие породы называют коллекторами. Но чтобы образовалась залежь, необходимо присутствие так называемых покрышек — непроницаемых пород, которые препятствуют миграции. Таким образом, чтобы обнаружить месторождение нефти, необходимо найти возможные ловушки, в которых она могла скопиться. Сначала потенциально нефтеносный район исследовали визуально, научившись выявлять присутствие нефтяных залежей по многим косвенным признакам. Однако чтобы поиски были максимально успешными, необходимо было уметь «видеть что под землей». Это стало возможным благодаря геофизическим методам исследования. Наиболее эффективным инструментом оказался сейсмограф, который был предназначен для регистрации землетрясений. Его способность улавливать механические колебания пригодилась в геологоразведочном деле. Колебания от взрывов динамитных снарядов преломляются подземными структурами, и, регистрируя их, можно определить расположение и форму подземных пластов. Однако важным методом исследования является опорное бурение. Керн, полученный из глубоких скважин, тщательно изучается по слоям геофизическими, геохимическими, гидрогеологическими и другими методами. Для такого вида исследований бурятся скважины глубиной до 7 километров. После того как геолог-нефтяник обнаружит район, благоприятный для скопления нефти или газа, на этом месте начинается бурение нефтяных скважин. На одном месторождении бурят от нескольких десятков до нескольких тысяч скважин — не только нефтяных, но и контрольных, и нагнетательных скважин — для закачивания воды или газа. 2.История бурения нефтяных скважин Первые скважины в истории человечества бурили ударно-канатным способом за 2000 лет до нашей эры для добычи соли в Китае. До середины 19 века нефть добывалась в небольших количествах, в основном из неглубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на дневную поверхность. Со второй половины 19 века спрос на нефть стал возрастать в связи с широким использованием паровых машин и развитием на их основе промышленности, которая требовала больших количеств смазочных веществ и более мощных, чем сальные свечи, источников света. Исследованиями последних лет установлено, что первая скважина на нефть была пробурена ручным вращательным способом на Апшеронском полуострове (Россия) в 1847 г. по инициативе В. Н. Семенова. В США первая скважина на нефть (25 м) была пробурена в Пенсильвании Эдвином Дрейком в 1959 г. Этот год считается началом развития нефтедобывающей промышленности США. Рождение российской нефтяной промышленности принято отсчитывать от 1964 г., когда на Кубани в долине реки Кудако А. Н. Новосильцев начал бурить первую скважину на нефть (глубиной 55 м) с применением механического ударно-канатного бурения. В 1901 г в США впервые было применено вращательное роторное бурение с промывкой забоя циркулирующим потоком жидкости. Необходимо отметить, что вынос выбуренной породы циркулирующим потоком воды изобрел в 1848 г. французский инженер Фовелль и впервые применил этот способ при бурении артезианской скважины в монастыре св. Доминика. Одной из труднейших проблем, возникших при бурении скважин, особенно при роторном способе, была проблема герметизации затрубного пространства между обсадными трубами и стенками скважины. Решил эту проблему русский инженер А. А. Богушевский, разработавший и запатентовавший в 1906 г. способ закачки цементного раствора в обсадную колонну. В 1923 г. выпускник Томского технологического института М. А. Капелюшников в соавторстве с С. М. Волохом и Н. А. Корнеевым изобрели гидравлический забойный двигатель — турбобур, определивший принципиально новый путь развития технологии и техники бурения нефтяных и газовых скважин. В 1924 г. в Азербайджане была пробурена первая в мире скважина с помощью одноступенчатого турбобура, получившего название турбобура Капелюшникова. В 1937;40 гг.А. П. Островским, Н. Г. Григоряном, Н. В. Александровым и другими была разработана конструкция принципиально нового забойного двигателя — электробура. 3. Общие сведения о бурении нефтяных Бурение — процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники — бурового оборудования. Различают три вида бурения: · Вертикальное бурение · Наклонно-направленное бурение · Горизонтальное бурение Бурение скважин — это процесс сооружения направленной цилиндрической горной выработки в земле, диаметр которой мал по сравнению с её длиной по стволу, без доступа человека на забой. Область применения бурения широка: · 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; · искусственное закрепление горных пород (замораживание, битумизация, цементация и др.); · прокладка подземных коммуникаций и др. Бурение осуществляется, как правило, в земной коре, реже в искусственных материалах (бетоне, асфальте и др.). В ряде случаев процесс бурения включает крепление стенок скважин (как правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками скважин. Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше ее длины Основные элементы буровой скважины Устье скважины — пересечение трассы скважины с дневной поверхностью, т. е. начало скважины; Забой скважины — дно буровой скважины, перемещающееся в результате воздействия породоразрушающего инструмента на породу; Стенки скважины — боковые поверхности буровой скважины; Ось скважины — воображаемая линия, соединяющая центры поперечных сечений буровой скважины Ствол скважины — пространство в недрах, занимаемое буровой скважиной. Обсадные колонны — колонны соединенных между собой обсадными трубами. Если стенки скважины сложены из устойчивых пород, то в скважину обсадные колонны не спускают. Диаметр скважин, 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. 4.Способы бурения скважин Бурить скважины можно механическим, термическим, электроимпульсным и другими способами (несколько десятков). Однако промышленное применение находят только способы механического бурения — ударное и вращательное. Остальные пока не вышли из стадии экспериментальной разработки. 4.1 Ударное бурение Из его всех разновидностей наибольшее распространение получило ударно-канатное бурение Буровой снаряд, который состоит из долота , ударной штанги , раздвижной штанги-ножниц и канатного замка , спускают в скважину на канате , который, огибая блок , оттяжной ролик и наравляющий ролик, сматывается с барабана бурового станка. Скорость спуска бурового снаряда регулируют тормозом. Блок установлен на вершине мачты . Для гашения вибраций, возникающих при бурении, применяются амортизаторы . Кривошип при помощи шатуна приводит в колебательное движение балансирную раму. При опускании рамы оттяжной ролик натягивает канат и поднимает буровой снаряд над забоем. При подъеме рамы канат опускается, снаряд падает, и при ударе долота о породу последняя разрушается. По мере углубления скважины канат удлиняют, сматывая его с барабана. Эффективность разрушения породы при ударно-канатном бурении прямо пропорциональна массе бурового снаряда, высоте его падения, ускорению падения, числу ударов долота о забой в единицу времени и обратно пропорциональна квадрату диаметра скважины. Процесс бурения будет тем эффективнее, чем меньшее сопротивление долоту бурового снаряда оказывает накапливающаяся на забое скважины выбуренная порода, перемешанная с пластовой жидкостью. При отсутствии или недостаточном притоке пластовой жидкости в скважину с устья периодически доливают воду. Равномерное распределение частиц выбуренной породы в воде достигается периодическим расхаживанием (приподъемом и опусканием) бурового снаряда. По мере накопления на забое разрушенной породы (шлама) возникает необходимость в очистке скважины. Для этого с помощью барабана поднимают буровой снаряд из скважины и многократно спускают в нее желонку на канате, сматываемом с барабана. В днище желонки имеется клапан. При погружении желонки в зашламленную жидкость клапан открывается и желонка заполняется этой смесью, при подъеме желонки клапан закрывается. Поднятую на поверхность зашламленную жидкость выливают в сборную емкость. Для полной очистки скважины приходится спускать желонку несколько раз подряд. 4.2 Вращательное бурение скважин При вращательном бурении разрушение породы происходит в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего момента. Под действием нагрузки долото внедряется в породу, а под влиянием крутящего момента скалывает ее. Существует две разновидности вращательного бурения — роторный и с забойными двигателями. При роторном бурении мощность от двигателей передается через лебедку к ротору— специальному вращательному механизму, установленному над устьем скважины в центре вышки. Ротор вращает бурильную колонну и привинченное к ней долото. Бурильная колонна состоит из ведущей трубы и привинченных к ней с помощью специального переводника 6 бурильных труб. Следовательно, при роторном бурении углубление долота в породу происходит при движении вдоль оси скважины вращающейся бурильной колонны, а при бурении с забойным двигателем — невращающейся бурильной колонны. Характерной особенностью вращательного бурения является промывка При бурении с забойным двигателем долото привинчено к валу, а бурильная колонна — к корпусу двигателя . При работе двигателя вращается его вал с долотом, а бурильная колонна воспринимает реактивный момент вращения корпуса двигателя, который гасится невращающимся ротором (в ротор устанавливают специальную заглушку). Буровой насос, приводящийся в работу от двигателя, нагнетает буровой раствор по манифольду (трубопроводу высокого давления) в стояк — трубу , вертикально установленную в правом углу вышки, далее в гибкий буровой шланг (рукав), вертлюг и в бурильную колонну. Дойдя до долота, промывочная жидкость проходит через имеющиеся в нем отверстия и по кольцевому пространству между стенкой скважины и бурильной колонной поднимается на поверхность. Здесь в системе емкостей и очистительных механизмах буровой раствор очищается от выбуренной породы, затем поступает в приемные емкости буровых насосов и вновь закачивается в скважину. В настоящее время применяют три вида забойных двигателей — турбобур, винтовой двигатель и электробур (последний применяют крайне редко) При бурении с турбобуром или винтовым двигателем гидравлическая энергия потока бурового раствора, двигающегося вниз по бурильной колонне, преобразуется в механическую на валу забойного двигателя, с которым соединено долото. При бурении с электробуром электрическая энергия подается по кабелю, секции которого смонтированы внутри бурильной колонны и преобразуется электродвигателем в механическую энергию на валу, которая непосредственно передается долоту. По мере углубления скважины бурильная колонна, подвешенная к полиспастной системе, состоящей из кронблока, талевого блока, крюка и талевого каната, подается в скважину. Когда ведущая труба войдет в ротор на всю длину, включают лебедку, поднимают бурильную колонну на длину ведущей трубы и подвешивают бурильную колонну с помощью клиньев на столе ротора. Затем отвинчивают ведущую трубу вместе с вертлюгом и спускают ее в шурф (обсадную трубу, заранее установленную в специально пробуренную наклонную скважину) длиной, равной длине ведущей трубы. Скважина под шурф бурится заранее в правом углу вышки примерно на середине расстояния от центра до ее ноги. После этого бурильную колонну удлиняют (наращивают), путем привинчивания к ней двухтрубной или трехтрубной свечи (двух или трех свинченных между собой бурильных труб), снимают ее с клиньев, спускают в скважину на длину свечи, подвешивают с помощью клиньев на стол ротора, поднимают из шурфа ведущую трубу с вертлюгом, привинчивают ее к бурильной колонне, освобождают бурильную колонну от клиньев, доводят долото до забоя и продолжают бурение. Для замены изношенного долота поднимают из скважины всю бурильную колонну, а затем вновь спускают ее. Спуско-подъемные работы ведут также с помощью полиспастной системы. При вращении барабана лебедки талевый канат наматывается на барабан или сматывается с него, что и обеспечивает подъем или спуск талевого блока и крюка. К последнему с помощью штропов и элеватора подвешивают поднимаемую или спускаемую бурильную колонну. При подъеме БК развинчивают на свечи и устанавливают их внутри вышки нижними концами на подсвечники, а верхние заводят за специальные пальцы на балконе верхового рабочего. Спускают БК в скважину в обратной последовательности. Таким образом процесс работы долота на забое скважины прерывается наращиванием бурильной колонны и спускоподъемными операциями (СПО) для смены изношенного долота. Трубу (колонну труб) 7, установленную в шурфе, называют направлением. Установка направления и ряд других работ, выполняемых до начала бурения, относятся к подготовительным. После их выполнения составляют акт о вводе в эксплуатацию буровой установки и приступают к бурению скважины. 5.Породоразрушающие инструменты Породоразрушающие инструменты Породоразрушающий инструмент (ПРИ) предназначен для разрушения горной породы на забое при бурении скважины. По принципу разрушения породы ПРИ подразделяется на 3 группы: ПРИ режуще-скалывающего действия — применяется для разбуривания вязких, пластичных и малоабразивных пород небольшой твердости; ПРИ дробяще-скалывающего действия — применяется для разбуривания неабразивных и абразивных пород средней твердости, твердых, крепких и очень крепких; ПРИ истирающе-режущего действия — применяется для бурения в породах средней твердости, а также при чередовании высокопластичных маловязких пород с породами средней твердости и даже твердыми. По назначению ПРИ подразделяется: Для бурения сплошным забоем (без отбора керна) — буровые долота; Для бурения по кольцевому забою (с отбором керна) — бурголовки; Лопастные долота При бурении нефтяных и газовых скважин чаще всего применяют трехлопастные (3Л и 3ИР) и шестилопастные (6ИР) долота. Лопасти выполнены заостренными и слегка наклонными к оси долота в направлении его вращения. В этой связи по принципу разрушения породы долота 3Л относят к долотам режуще-скалывающего действия, так как под влиянием нагрузки лопасти врезаются в породу, а под влиянием вращающего момента скалывают ее. Для увеличения износостойкости долот их лопасти укрепляют (армируют) твердым сплавом. Алмазные долота Алмазные долота предназначены для разрушения истиранием (микрорезанием) неабразивных пород средней твердости и твёрдых. Диаметр алмазных долот на 2−3 мм меньше соответствующих диаметров шарошечных долот. Это вызвано созданием условий для перехода к бурению алмазными долотами после шарошечных, у которых, как правило, по мере износа уменьшается диаметр. Существенным недостатком алмазных долот является во-первых, крайне низкая механическая скорость бурения. Максимальная механическая скорость бурения, как правило, не превышает 3 м/ч. Для сравнения максимальная механическая скорость бурения шарошечными долотами составила около 120 м/ч. Во вторых, алмазные долота имеют узкую область применения (исключаются абразивные породы), и в третьих, предъявляются повышенные требования к предварительной подготовке ствола и забоя скважины. Долота ИСМ Особая разновидность долот разработана Институтом сверхтвердых материалов (ИСМ) — долота типа ИСМ. Долота ИСМ предназначены для разрушения резанием и истиранием (микрорезанием) неабразивных пород мягких (М), перемежающихся по твердости (МС) и средней твердости . 6. Оборудование для бурения нефтяных скважин Для выполнения операций технологии вращательного бурения требуются различные по функциональным назначениям машины, механизмы и оборудование. Набор необходимых для бурения скважин машин, механизмов и оборудования, имеющих взаимосвязанные эксплуатационные функции и технические параметры, называется буровым комплексом. Центральным звеном бурового комплекса является буровая установка. Буровая установка — это комплекс буровых машин, механизмов и оборудования, смонтированный на точке бурения и обеспечивающий с помощью бурового инструмента самостоятельное выполнение технологических операций по строительству скважин. Современные буровые установки включают следующие составные части: ·буровое оборудование (талевый механизм, насосы, буровая лебедка, вертлюг, ротор, силовой привод и т. д.); · буровые сооружения (вышка, основания, сборно-расборные каркасно-панельные укрытия, приемные мостки и стеллажи); · оборудование для механизации трудоемких работ (регулятор подачи долота, механизмы для автоматизации спуско-подъемных операций, пневматический клиновой захват для труб, автоматический буровой ключ, вспомогательная лебедка, пневмораскрепитель, краны для ремонтных работ, пульт контроля процессов бурения, посты управления); · оборудование для приготовления, очистки и регенерации бурового раствора (блок приготовления, вибросита, песко — и илоотделители, подпорные насосы, емкости для химических реагентов, воды и бурового раствора · манифольд (нагнетательная линия в блочном исполнении, дроссельно-запорные устройства, буровой рукав); · устройства для обогрева блоков буровой установки (тепло генераторы, отопительные радиаторы и коммуникации для развода теплоносителя). 7.Буровые промывочные жидкости При бурении вращательным способом в скважине постоянно циркулирует поток жидкости, которая ранее рассматривалась только как средство для удаления продуктов разрушения (шлама). В настоящее время она воспринимается, как один из главных факторов обеспечивающих эффективность всего процесса бурения. При проведении буровых работ циркулирующую в скважине жидкость принято называть — буровым раствором или промывочной жидкостью. Буровой раствор кроме удаления шлама должен выполнять другие, в равной степени важные функции, направленные на эффективное, экономичное, и безопасное выполнение и завершение процесса бурения. Способы промывки При бурении скважин промывочная жидкость должна циркулировать по замкнутому гидравлическому контуру. В зависимости от вида гидравлического контура все существующие системы промывки делятся на две группы: 1) Системы промывок с выходом раствора на поверхность; 2) Системы промывок с внутрискважинной циркуляцией. В зависимости от направления движения промывочной жидкости по отношению к буровому инструменту промывка с выходом ее на поверхность осуществляется по одной из приведенных на рис. 17 схем. Комбинированная система промывки по технологии исполнения подразделяется на периодическую (последовательную) и совмещенную (параллельную). Оба варианта могут быть реализованы как по прямой, так и по обратной схеме. При использовании периодической промывки направление потока бурового раствора меняется с прямой промывки на обратную и наоборот. 8.Функции буровой жидкости Удаление продуктов разрушения из скважины. Вся выбуренная порода должна эффективно удаляться с забоя и из ствола во избежание переизмельчения шлама и дополнительного износа породоразрушающего инструмента и бурильных труб. Охлаждение породоразрушающего инструмента и бурильных труб В процессе бурения происходит нагрев породоразрушающего инструмента за счет совершаемой на забое механической работы. Буровой раствор, омывая породоразрушающий инструмент, в результате конвекционного обмена отводит тепло. Эффективность охлаждения зависит от расхода бурового раствора, его теплофизических свойств и начальной температуры, а также от размеров и конструктивных особенностей породоразрушающего инструмента. Буровой раствор также охлаждает бурильные трубы, нагревающиеся вследствие трения о стенки скважины. Классификация буровых растворов В практике бурения в качестве буровых растворов используются: 1) вода; 2) водные растворы; 3) водные дисперсные системы на основе: · Добываемой твердой фазы (глинистые, меловые, сапропелевые, комбинированные растворы); · Жидкой дисперсной фазы (эмульсии); · Конденсированной твердой фазы; · Выбуренных горных пород (естественные промывочные жидкости); 4) дисперсные системы на углеводородной основе; 5) сжатый воздух. В исключительных условиях для промывки скважин используются углеводородные жидкости (дизельное топливо, нефть); 9. Общие сведения о цементировании скважин Разобщение пластов при существующей технологии крепления скважин — завершающий и наиболее ответственный этап, от качества, выполнения которого в значительной степени зависит успешное строительство скважины. Под разобщением пластов понимается комплекс процессов и операций, проводимых для закачки тампонажного раствора в затрубное пространство (т.е. в пространство за обсадной колонной) с целью создания там надежной изоляции в виде плотного материала, образующегося со временем в результате отвердения тампонажного раствора. Поскольку в качестве тампонажного наиболее широко применяется цементный раствор, то и для обозначения работ по разобщению используется термин «цементирование» . Цементный камень за обсадной колонной должен быть достаточно прочным и непроницаемым, иметь хорошее сцепление (адгезию) с поверхностью обсадных труб и со стенками ствола скважины. Цементирование включает пять основных видов работ: · Приготовление тампонажного раствора, · Закачку его в скважину, · Подачу тампонажного раствора в затрубное пространство, · Ожидание затвердения закачанного материала, · Проверку качества цементировочных работ. Тампонажные материалы. Это такие материалы, которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превратиться в твердый непроницаемый камень. В зависимости от вида вяжущего материала тампонажные материалы делятся на: 1) тампонажный цемент на основе портландцемента; 2) тампонажный цемент на основе доменных шлаков; 3) тампонажный цемент на основе известково-песчаных смесей; 4) прочие тампонажные цементы (белиловые и др.). При цементировании скважин применяют только два первых вида — тампонажные цементы на основе портландцемента и доменных шлаков. |