БУРЕНИЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Буровой скважиной называется цилиндрическая горная выработка сравнительно малого диаметра и большой длины. Буровую установку, способную достичь глубины 15000 м, сконструировали и построили на «Уралмаше».

Основными процессами бурения являются:1) разрушение горной породы на забое скважины; 2) удаление разрушенной породы с забоя на поверхность; 3) закрепление неустойчивых стенок скважины.

При механических способах бурения в породах создаются напряжения, превышающие предел их прочности. К механическим способам разрушения горных пород породоразрушающими инструментами относятся: неглубокое вибробурение, вращательное, ударно-вращательное и ударное бурение. Вибробурение и вибропогружение грунтоноса в мягкие породы осуществляется на глубину до 25 - 30 м. В качестве вибраторов используют поверхностные (механические) и забойные (гидро- и пневмовибраторы).

Ударно-вращательное бурение применяется в твёрдых породах. С помощью гидро- и пневмоударников на вращающуюся с нагрузкой коронку или долото наносится до 1500 - 2000 ударов в минуту. Пневмоударники работают от энергии сжатого воздуха, гидроударники - от энергии струи жидкости.

Ударное бурение осуществляется за счёт ударов долота, сбрасываемого на забой некоторой высоты. Для увеличения силы удара к долоту присоединяют ударную штангу. С помощью канатного замка ударный инструмент после каждого удара поворачивается на определённый угол. Это позволяет наносить удары по новому участку забоя. Поэтому этот вид бурения называют ударно-поворотным, а в зависимости от того, на чём опускается в скважину ударный инструмент, - ударно-канатным или ударно-штанговым.

В отличие от ударно-штангового бурения ударно-канатное осуществляется без промывки, и разрушенную в забое породу приходится извлекать после каждой серии ударов специальным инструментом - желонкой. Желонка опускается на желоночном канате после подъёма ударного инструмента. При ударах по забою клапан желонки пропускает внутрь разрушенную породу (шлам), а при подъёме опускается в гнездо и герметизирует корпус желонки.

Вращательное бурение бывает без промывки и с промывкой или продувкой скважины. Без промывки производится вращательное шнековое бурение. Вынос на поверхность разрушенной горной породы осуществляется шнековой колонной, являющейся транспортёром. Шнековая колонна состоит из отдельных соединённых между собой звеньев - шнеков, представляющих собой трубу с приваренной к ней ребром по спирали стальной лентой. Шнековое быстровращательное бурение используют в мягких, не липких горных породах.

Медленно вращательное бурение применяется также при бурении мягких пород - ложками, змеевиками, обуривающими грунтоносами на небольшую глубину.

Вращательное бурение глубоких скважин, как правило, осуществляется с промывкой забоя скважины или с продувкой сжатым воздухом. Промывочная жидкость не только охлаждает буровой инструмент и очищает забой от шлама, но и закрепляет стенки скважины о обвалов и водопоглощений. Если породы неустойчивые и глинистая корка не обеспечивает закрепления стенок скважины, то применяют другие способы их крепления.

Бурение с промывкой или продувкой разделяется по характеру привода на бурение с двигателями на поверхности, когда вращение породоразрушающему инструменту передается через колонну бурильных труб, и забойными двигателями. Забойный двигатель находится непосредственно над породоразрушающим инструментом, а бурильные трубы в процессе бурения, как правило, не вращаются.

Забойные двигатели могут быть гидравлическими и электрическими. Гидравлические забойные двигатели называются турбобурами, а электрические - электробурами. Преимущество забойных двигателей в том, что вся мощность двигателя передаётся породоразрушающему инструменту, на вращение бурильной колонны энергия не расходуется.

Турбобур состоит из вращающейся и неподвижной систем. Вращающаяся система связана с долотом и состоит из вала, рабочих колёс турбины (дисков ротора). Неподвижная система состоит из корпуса, направляющих колёс (дисков статора). Корпус турбобура с помощью переходника присоединяется к низу колонны бурильных труб.

В турбобуре энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию вращения вала.

Электробур представляет собой погружной электродвигатель, установленный на верхней части длинного герметичного цилиндра, наполненного маслом. Питание электроэнергией производится с поверхности через кабель, проложенный внутри бурильных труб. Концы кабеля, заделанные в бурильные замки, автоматически соединяются при свинчивании бурильных труб в колонну.

При вращательном бурении порода разрушается с помощью режущих и истирающих инструментов (долота режущего типа; пикобуры; алмазные долота; кольцевые коронки - алмазные, твёрдосплавные) или дробящих инструментов (шарошечные долота).

Вращательное бурение разделяют на бурение без отбора керна, при котором порода забоя разрушается полностью, и колонковое (с отбором керна), при котором порода забоя разрушается по кольцу, в результате чего центральная часть забоя остаётся неразрушенной в виде колонки породы (керна), откуда и происходит название - колонковое бурение.

В зависимости от применяемого породоразрушающего инструмента получают различной конфигурации забой - сплошной, кольцевой, ступенчатый и др.

Закрепление неустойчивых стенок скважины достигается:

1) созданием гидростатического давления промывочной жидкости (вода, глинистый раствор и др.), заполняющей скважину;

2) образованием плотной глинистой корки при промывке скважины глинистыми и другими растворами;

3) установкой в скважине колонны обсадных труб;

4) методом электрохимического закрепления.