Эффективные методы бурения нефтяных и газовых скважин

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: