Бурение нефтяных и газовых скважин - крайне важный процесс для добычи полезных ископаемых. От его эффективности зависит энергетическая безопасность всей страны.
1. Общие сведения о бурении скважин
Скважиной называется горная выработка цилиндрической формы, предназначенная для добычи полезных ископаемых, расположенных на большой глубине под землей. Ее длина значительно превышает диаметр.
Бурение скважин - это комплекс работ по созданию скважины: разрушение горных пород, удаление разрушенной породы и укрепление стенок скважины обсадными трубами.
Основные термины:
- Устье - верхняя часть скважины на поверхности земли
- Забой - нижняя часть скважины
- Ствол - цилиндрическая часть скважины
По глубине скважины делят на:
- Мелкие - до 1500 м
- Средние - 1500-4500 м
- Глубокие - 4500-6000 м
- Сверхглубокие - более 6000 м
По назначению бывают разведочные и эксплуатационные скважины.
Основные этапы бурения скважин:
- Подготовка площадки
- Бурение и углубление скважины
- Крепление скважины
- Испытание скважины
Для бурения применяются специальные буровые установки, оснащенные бурильным инструментом, насосами для подачи бурового раствора и другим оборудованием.
2. Методы бурения скважин
Бурение нефтяных и газовых скважин может осуществляться несколькими методами, основанными на разных принципах разрушения горных пород.
Вращательный метод
Наиболее распространенный метод, при котором разрушение породы происходит за счет вращения породоразрушающего инструмента - долота. Передача крутящего момента осуществляется с поверхности через колонну бурильных труб.
Турбинный метод
Использует забойный двигатель, преобразующий энергию потока бурового раствора в механическую энергию вращения долота. Эффективен при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин.
Достоинства:
- Высокая маневренность
- Возможность интенсификации процесса бурения
Недостатки:
- Ограничение по глубине бурения
- Повышенный износ двигателя
Электрический метод
Использует электрическую энергию для разрушения горной породы. Различают электроразрядный, электротермический и электроимпульсный методы.
Преимущества:
- Высокие скорости бурения в твердых породах
- Возможность регулирования направления разрушения
Недостатки:
- Высокая энергоемкость
- Сложность оборудования
Гидравлический метод
Основан на использовании энергии струи жидкости высокого давления для механического разрушения забоя скважины и выноса шлама.
Плюсы метода:
- Экологичность
- Простота аппаратуры
Минусы:
- Небольшая глубина бурения
- Высокий расход воды
Применение винтовых забойных двигателей
При бурении глубоких нефтяных и газовых скважин все чаще применяются винтовые забойные двигатели. Они передают крутящий момент непосредственно на долото, при этом вращение со стороны устья скважины не требуется.
Преимущества винтовых двигателей:
- Возможность интенсификации процесса бурения нефтяных и газовых скважин за счет повышения частоты вращения долота
- Улучшение качества ствола скважины
- Увеличение проходки на долото
Горизонтально-направленное бурение
Бурение нефтяных и газовых скважин часто осуществляется по наклонной или горизонтальной траектории, что позволяет увеличить площадь дренирования пласта.
Преимущества горизонтального бурения нефтяных скважин:
- Повышение нефтеотдачи пластов
- Снижение себестоимости добычи
- Уменьшение числа нефтяных скважин и площадей под бурение
Компьютеризация процесса бурения
Внедрение компьютерных технологий позволяет повысить эффективность и безопасность бурения нефтяных и газовых скважин. Компьютеры контролируют траекторию бурения, параметры режима, оптимизируют процесс.
Совершенствование буровых растворов
Буровые растворы выполняют множество функций при строительстве нефтяных и газовых скважин. Их свойства необходимо постоянно оптимизировать.
Направления совершенствования:
- Повышение смазывающей способности
- Снижение фильтрации в пласт
- Улучшение очистки забоя от шлама
Предупреждение осложнений при бурении
Наиболее опасные осложнения при строительстве газовых скважин - это:
- Поглощения бурового раствора
- Газонефтеводопроявления
- Обвалы стенок скважины
Для их предотвращения применяют специальные технические средства и реагенты.
Автоматизация процесса бурения
Автоматизация процесса позволяет значительно повысить эффективность и безопасность бурения скважин. Обычно автоматизируются следующие операции:
- Контроль и регулирование траектории бурения
- Контроль и оптимизация режима бурения
- Управление забойными двигателями
- Контроль параметров промывочной жидкости
Для реализации этих функций на буровой установке устанавливается комплекс датчиков, исполнительных механизмов и бортовой компьютер, который обрабатывает данные и выдает команды.
Роботизированные буровые комплексы
Перспективным направлением является создание полностью автономных буровых комплексов. Все процессы управляются искусственным интеллектом, а присутствие людей на буровой не требуется.
Преимущества роботизированного бурения:
- Повышение безопасности работ
- Снижение числа ошибок операторов
- Возможность работы в труднодоступных местах
Высокотехнологичные материалы в бурении
Применение новых материалов способствует повышению эффективности бурения скважин. Используются:
- Композитные обсадные трубы
- Износостойкие покрытия долот
- Полимерные добавки в буровые растворы
Такие материалы обеспечивают меньший вес, бóльшую прочность, стойкость к агрессивным средам.
