Глубокое бурение на нефть и газ

Наклонно-направленное бурение

Бурение любой скважины ведется при постоянном контроле за ее положением в пространстве. Проекцию оси скважины на вертикальную плоскость называют профилем скважины.

Наклонно-направленные и горизонтальные скважины бурят тогда, когда технически или экономически невыгодно проводить вертикальные скважины.

Такие скважины бурят: при залегании нефтяных пластов под соляными куполами; при необходимости обхода зон обвалов и катастрофических поглощений бурового раствора; при вскрытии продуктивных пластов, залегающих под дном океанов, морей, рек, каналов, болот; для получения нескольких скважин с отдельных буровых оснований, расположенных на акваториях; при ликвидации открытых выбросов; при кустовом бурении; при вводе в эксплуатацию малодебитного пласта. Горизонтальные стволы скважин, пробуренные на десятки и сотни метров по простиранию пластов, существенно повышают добычу нефти. Такие скважины бурят по заранее выбранному профилю.

Скважины, заканчивающиеся с горизонтальным вхождением в пласт бурят с целью увеличения поверхности фильтрации. Выбор типа скважины зависит от геологических условий.

Для заданного искривления ствола скважины применяется специальный инструмент: отклонители, укороченные турбобуры, специальные переводники, забойные инклинометры и приборы, контролирующие профиль ствола.

Кустовое бурение широко распространено в США, Мексике, Венесуэле, Иране и др. В последние годы кустовое бурение все чаще применяется в РФ. В кусте может быть любое число скважин. Чаще всего в один куст группируют более 30 скважин. Кустовое бурение производится как на суше так и на морских месторождениях. Впервые кустовое бурение в России качали применять в Пермской области (1943 г.), а затем - на месторождениях нефти в Западной Сибири.

Строящаяся платформа для освоения Приразломного месторождения (МЛСП) в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции предназначена для бурения 55-и скважин, из которых 15 будут горизонтальными.

Кустовой метод бурения позволяет эффективно использовать новейшие достижения науки. Опыт кустового бурения показал, что он дает возможность сократить время на вышкомонтажные работы, уменьшить затраты на строительство трубопроводов и коммуникаций.

Рис. 5.2. Конструкция наклонно-направленной скважины (примерн.)

Рис. 5.2. Схематическое изображение наклонно-направленных скважин, пробуренных с берега для вскрытия пластов месторождения Чайво в Охотском море на расстоянии более 11 км от берега

Буровые установки для глубокого бурения на нефть и газ

В первые годы XX века в нефтяных районах Баку и Грозного скважины бурились в основном ударным способом. Для такого бурения применялись штанги, треноги и лебедки с паровым приводом. Вращательное бурение занимало небольшой объем, для чего применялись деревянная вышка, двухскоростная лебедка, насосы с максимальным давлением до 40 кг/см² и ротор для вращения бурильной колонны.

В 1924 г. в Баку (завод "Бакрабочий") начат выпуск четырехскоростных лебедок, электропривод на лебедку, ротор, насосы. С этого времени началось бурение на электроприводе. Объем вращательного бурения к 1928 г. достиг 90%. Были введены в эксплуатацию четырехногие буровые вышки высотой 41 м. Затем 'Бакрабочий" выпустил уже комплектные передвижные установки для бурения скважин на глубину до 800 м. Комплект бурового оборудования монтировался на двух платформах на колесно-гусеничном коду. На одной из них - ротор, лебедка, двигатель 65 л.с, на другой-2 насоса, трансмиссия, двигатель 65 л.с., генератор.

Металлическая вышка комплектовалась талевой системой, вертлюгом, крюком. Началось бурение на д,в.с. (двигатели внутреннего сгорания).

В предвоенные годы завод "Бакрабочий" выпустил установку ПРА -12Q0 для бурения на глубину 2000 м. Она была идентична двум первым установкам, но на бензиновых двигателях мощностью 130 л.с. Лебедка была 5-и скоростная, с безопасной катушкой и с цепной передачей.

С 1946 г. полукомплектные буровые установки начал выпускать завод Уралмаш". В комплект входили: 4 - скоростная лебедка (У2-4-1), насосы (У8-1), кранблок, талевый блок, крюк, вертлюг грузоподъемностью 130 тонн. С этого периода для привода установки стали применять силовые агрегаты с танковым двигателем В2-300.

В эти же годы начат выпуск буровых установок БУ-40 в Волгограде на заводе "Баррикады"для бурения до 1000 м. Вся установка, состояла та двух блоков, установленных на металлических санных основаниях. На вышечный блок высотой 2,2 м монтировали вышку (39 м) с открытой передней гранью, лебедку, ротор и два двигателя с коробкой передач и трансмиссией. На втором блоке устанавливали два насоса НГ-150 (насосный блок).

В 1954 г. завод "Баррикады" (Волгоград) создает комплектную буровую установку БУ-65 и на ее базе после промышленного испытания выпускается установка БУ-75 Бр на дизельном приводе и на электроприводе.

В эти же годы "Уралмаш" создает буровую установку "Уралмаш 5Д" для бурения до 3000 м. В комплект этой установки вошли: лебедка (с шинно-пневматическими муфтами), насосы У8-3, ротор У7-520-2, компрессоры КС ЗМ для пневматического управления установкой, талевый блок, кронблок, 5-дизельный привод с клиноременной передачей.

В 1959 году "Уралмаш" начинает комплектное проектирование буровых установок, включая вышки, основания, укрытия, механизацию трудоемок процессов, с электро- и дизельным приводом, для бурения скважин до 8000 м. Установки комплектуются вышками с АСП-5 (автомат спуска-подъема) с основанием, с подъемными кранами и системой очистки и приготовления бурового раствора. Вскоре были созданы бурустановки "Уралмаш - 125 БД", "Уралмаш 125 БЭ", серийный выпуск которых начат с 1965 г.

В 1967 году на заводе "Баррикады" модифицировали установки БУ-125 БД и БУ-125 БЭ на установки БУ-125 БД-67, БУ-125 БЭ-67. В них заменили насосы более мощными, пол заменили рифленым металлическим. В 1970 году в установке заменили отдельные узлы и они стали выпускаться с индексом - "70".

В настоящее время российских производителей бурового оборудования всего два - "Уралмаш" и "Волгоградский завод буровой техники" (ВЗБТ).

ОАО "Уралмаш" предлагает для разведочного бурения и бурения вторых стволов новую передвижную установку 2500/160ДП-БМ. Установка оснащена наклонной вышкой. В производстве - БУ2900/175ЭР-П и БУ2500/160ДЭ-П, с электрическим и дизель-электрическим, приводом, улучшенной монтажеспоспобности, с регулируемым приводом.

К настоящему времени создан целый ряд блочно-модульных кустовых установок для бурения эксплуатационных скважин в условиях Западной и Восточной Сибири, Тимано-Печорского региона: БУ3200ЯООЭК-БМ, БУ3900/225ЭК-БМ, БУ4000/250ЭК-БМ, БУ4500/270ЭК-БМ. Первые десять комплектов уже работают в Сургуте.

Внутри установок созданы комфортные условия. Несколько телекамер позволяют бурильщику контролировать основные технологические процессы. Вместо рукоятки бурильщика управление осуществляется тумблерами, клавишами, джойстиками с пульта.

Для повышения качества очистки бурового раствора разработаны экологически чистые 4-ступенчатые циркуляционные системы. Для выхода на международный рынок проводится сертификация оборудования на соответствие стандарту ISO9001. Самой массовой должна стать буровая установка БУ3900/225ЭК-БМ, разработанная уральскими учеными по заявкам нефтяных компаний.

В мае - 2000 г. в Волгограде прошла презентация буровой техники, выпускаемой ОАО "ВЗБТ", где нефтяники высоко оценили блочно-модульную бурустановку БУЗ900/225 (условная глубина бурения 3900 и грузоподъемность 225 для кустового бурения эксплуатационных скважин) и противовыбросовое оборудование, которое ближе к российским условиям бурения, чем импортное.

Нефтяные компании подписали с заводами договоры по финансированию производства новых буровых установок.

Назначение, классификация, типы буровых установок.

Более 50% всех буровых установок в нашей стране работают с дизельным приводом (и в разведочном и в эксплуатационном бурении). Их используют в районах, где нет электроэнергии. Мощность дизельных приводов постоянно увеличивается, технический уровень их совершенствуется, Для освещения и питания энергией малых двигателей на буровой (для центробежных насосов, компрессора пневмосистемы и др.) каждая буровая укомплектована электростанцией мощностью 100 - 250 кВт. Такие станции на буровой обслуживаются дизелистами.

Буровые установки с электроприводом на 15 - 20% меньше по массе, чем установки с дизельным приводом. Обслуживание этих установок проще. Скорости бурения установками на электроприводе обычно выше, чем при бурении с дизельным приводом (за счет высокого к,п.д., меньшего числа быстроизнашивающихся узлов и деталей и др.).

Установки с электроприводом отличаются от дизельных установок того же класса только приводом.

Установки для кустового бурения и наклонных скважин имеют механизмы перемещения для передвижения в пределах куста вышечно-лебедочного блока с оборудованием и бурильными трубами, а также для выравнивания блока в горизонтальной плоскости в процессе бурения. Блок передвигается по рельсам.

При разбуривании нового нефтяного месторождения большое значение имеет правильность выбора бурустановки. Исходными данными для выбора наиболее рационального класса буровой установки являются проектная глубина и конструкция скважины.

Буровые вышки бывают А-образные и башенного типа. В средней части вышки смонтирован балкон для работы второго помощника бурильщика. Вышки А-образного типа в современных буровых установках оснащены механизмом АСП (Автомат спуска - подъема труб). Основания для буровых вышек на суше разнообразны, но они должны отвечать главным требованиям: прочность, хорошая монтажеспособность, сохранность при многократных транспортировках.

На верхней площадке буровой вышки устанавливается кронблок, который соединяется с талевым блоком талевым канатом.

Буровая лебедка — основной механизм буровой установки, предназначенный для спуска и подъема бурильных и обсадных труб, передачи вращения ротору.

Ротор монтируется в центре буровой площадки и предназначен для передачи вращения бурильной колонне при роторном бурении. Ротор служит в для удержания на весу колонны буртруб и обсадных труб. Привод ротора осуществляется через буревую лебедку цепной или карданной передачей или от индивидуального привода.

Вертлюг - промежуточное звено между талевым блоком с крюком, буровым рукавом и вращающейся бурильной колонной, которая соединена со стволом вертлюга. Буровой раствор в вертлюг подается при помощи гибкого бурового рукава, который вторым концом присоединен к стояку. Вертлюг висит на крюке, связан с буровым рукавом и является устройством для нагнетания под большим давлением бурового раствора, в бурильную колонну.

На предприятиях бурения ведется четкий учет и паспортизация всего бурового оборудования (по отработанному времени, по мощности, моторесурсу, коэффициентам использования и т.д.).

Рис. 5.3. Схема буровой установки

1 — буровое долото; 2 — УБТ; 3 — бурильные трубы; 4 — кондуктор; 5 — устьевая шахта; 6 — противовыбросовое устройства; 7 — пол буровой установки; 8 — буровой ротор; 9 — ведущая бурильная труба; 10 — буровой стояк; 11 — вертлюг; 12 — крюк; 13 — талевый блок; 14 — балкон верхового рабочего; 15 — кронблок; 16 — талевый канат; 17 — шланг ведущей бурильной трубы; 18 — индикатор нагрузки на долото; 19 — буровая лебёдка; 20 — буровой насос; 21 — вибрационное сито для бурового раствора; 22 — выкидная линия бурового раствора.

Рис. 5.4. 0бщий вид буровой установки