Бурение нефтяных и газовых скважин

Причинами искривления скважин  являются геологические, технические  и технологические факторы. К геологическим -- относятся наличие в разрезе скважин крутопадающих пластов; частая смена пород различной твердости; наличие в породах, через которые проходит скважина, трещин и каверн. Техническими факторами, способствующими искривлению скважин, являются несовпадение оси буровой вышки с центром ротора и осью скважины; наклонное положение стола ротора; применение искривленных бурильных труб и т.д. К технологическим факторам, обуславливающим искривление скважин, относятся создание чрезмерно высоких осевых нагрузок на долото; несоответствие типа долота, количества и качества промывочной жидкости характеру проходимых пород.

В соответствии с перечисленными факторами принимаются меры по предотвращению искривления скважин. В сложных  геологических условиях применяется  особая компоновка низа бурильной колонны, включающая калибраторы и центраторы. Кроме того, необходимо:

? монтаж оборудования  проводить в соответствии с  техническими условиями;

? тип долота выбирать  соответственно типу пород;

? снижать нагрузку на  долото и т.д.

2.10 НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫЕ  СКВАЖИНЫ

Скважины, для которых  проектом предусматривается определенное отклонение забоя от вертикали, а  ствол проводится по заранее заданной траектории, называются наклонно направленными.

Наклонные скважины бурят, когда  продуктивные пласты залегают под акваториями  морей, озер, рек, под территориями населенных пунктов, промышленных объектов, в заболоченной местности, а также для удешевления  строительства буровых сооружений.

Разработанные в настоящее  время виды профилей для наклонно-направленных скважин делятся на две группы: профили обычного типа (представляющие собой кривую линию, лежащую в вертикальной плоскости) и профили пространственного типа(в виде пространственных кривых).

Типы профилей наклонно направленных скважин обычного типа приведены  на рисунке 2.40. Профиль типа А состоит из трех участков: вертикального 1, участка набора угла наклона ствола 2 и прямолинейного наклонного участка 3. Его рекомендуется применять при бурении неглубоких скважин в однопластовых месторождениях, если предполагается большое смещение забоя.

Рисунок 2.40 -- Типы профилей наклонно-направленных скважин

1 -- наклонный участок; 2 -- участок набора угла наклона  ствола; 3 -- прямолинейный наклонный  участок; 4 -- участок снижения угла  наклона ствола

Профиль типа Б отличается от предыдущего тем, что вместо прямолинейного наклонного участка имеет участок 4 естественного снижения угла наклона. Данный профиль рекомендуется применять при больших глубинах скважин.

Профиль типа В состоит из пяти участков: вертикального 1, участка набора угла наклона ствола 2, прямолинейного наклонного участка 3, участка снижения угла наклона 4 и снова -- вертикального 1. Его рекомендуется применять при проводке глубоких скважин, пересекающих несколько продуктивных пластов.

Профиль типа Г отличается от предыдущего тем, что в нем участки 3 и 4 заменены участком самопроизвольного снижения угла наклона 4. Данный профиль рекомендуется применять при бурении глубоких скважин, в которых возможны отклонения в нижней части ствола скважины.

Профиль типа Д состоит из вертикального участка 1 и участка набора угла наклона ствола 2. Для него характерна большая длина второго участка. Профиль рекомендуется при необходимости выдержать заданный угол входа в пласт и вскрыть его на наибольшую мощность.

Как видно из рисунка 2.40, все  типы профилей в начале имеют вертикальный участок. Его глубина должна быть не менее 40 ... 50 м. Окончание вертикального  участка приурочивают к устойчивым породам, где можно за один рейс набрать  зенитный угол S...6 градусов.

Для отклонения скважины от вертикали применяют специальные  отклоняющие приспособления: кривую бурильную трубу, кривой переводник, эксцентричный ниппель и отклонители  различных типов.

В последние годы все большее  распространение получают вертикальные и наклонные скважины, имеющие  горизонтальные окончания большой  протяженности. Это делается для  того, чтобы увеличить площадь  поверхности, через которую в  скважину поступает нефть и соответственно увеличить дебит. Одновременно стало  возможным извлекать в промышленных масштабах нефть, считавшуюся ранее  неизвлекаемой, вследствие малой мощности и низкой проницаемости продуктивного  пласта. Кроме того, горизонтальное окончание скважин располагают  в пласте выше подошвенной воды, что позволяет продлить период безводной  эксплуатации.

2.11 БУРЕНИЕ СКВАЖИН  НА МОРЕ

В настоящее время на долю нефти, добытой из морских месторождений, приходится около 30 % всей мировой продукции, а газа -- еще больше. Как люди добираются до этого богатства (Рисунок 2 41).

Самое простое решение -- на мелководье забивают сваи, на них устанавливают  платформу, а на ней уже размещают  буровую вышку и необходимое  оборудование.

Другой способ -- «продлить» берег, засыпав мелководье грунтом. Так, в 1926 г. была засыпана Биби-Эйбатская  бухта в районе Баку и на ее месте  создан нефтяной промысел.

После того как в Северном море были обнаружены большие залежи нефти и газа более полувека назад, родился смелый проект его осушения. Дело в том, что средняя глубина  большей части Северного моря едва превышает 70 м, а отдельные участки  дна покрыты всего лишь сорокаметровым слоем воды. Поэтому авторы проекта  считали целесообразным с помощью  двух дамб -- через пролив Ла-Манш в  районе Дувра, а также между Данией и Шотландией (длина более 700 км) -- отсечь огромный участок Северного  моря и откачать оттуда воду. К счастью, этот проект остался только на бумаге.

В 1949 г. в Каспийском море в 40 км от берега была пробурена первая в СССР нефтяная скважина в открытом море. Так началось создание города на стальных сваях, названного «Нефтяные  Камни». Однако сооружение эстакад, уходящих на многие километры от берега стоит  очень дорого. Кроме того, их строительство  возможно только на мелководье.

При бурении нефтяных и  газовых скважин в глубоководных  районах морей и океанов использовать стационарные платформы технически сложно и экономически невыгодно. Для  этого случая созданы плавучие буровые  установки, способные самостоятельно или с помощью буксиров менять районы бурения.

Различают самоподъемные  буровые платформы, полупогружные  буровые платформы и буровые  платформы гравитационного типа.

Самоподъемная буровая  платформа представляет собой плавучий понтон с вырезом, над которым расположена буровая вышка. Понтон имеет трех-, четырех- или многоугольную форму. На ней размещаются буровое и вспомогательное оборудование, многоэтажная рубка с каютами для экипажа и рабочих, электростанция и склады. По углам платформы установлены многометровые колонны-опоры.

В точке бурения с помощью  гидравлических домкратов колонны  опускаются, достигают дна, опираются  на грунт и заглубляются в него, а платформа поднимается над  поверхностью воды. После окончания  бурения в одном месте платформу  переводят в другое.

Надежность установки  самоподъемных буровых платформ зависит от прочности грунта, образующего  дно в месте бурения.

Полупогружные буровые  платформы применяют при глубинах 300 ...600 м, где неприменимы самоподъемные платформы. Они не опираются на морское дно, а плавают над местом бурения на огромных понтонах. От перемещений такие платформы удерживаются якорями массой 15 т и более. Стальные канаты связывают их с автоматическими лебедками, ограничивающими горизонтальные смещения относительно точки бурения.

Первые полупогружные  платформы были несамоходными, и  их доставляли в район работ с  помощью буксиров. Впоследствии платформы  были оборудованы гребными винтами  с приводом от электромоторов суммарной  мощностью 4.5 тысяч кВт.

Недостатком полупогружных  платформ является возможность их перемещения  относительно точки бурения под  воздействием волн. Более устойчивыми  являются буровые платформы гравитационного типа. Они снабжены мощным бетонным основанием, опирающемся на морское дно. В этом основании размещаются не только направляющие колонны для бурения, но также ячейки-резервуары для хранения добытой нефти и дизельного топлива, используемого в качестве энергоносителя, многочисленные трубопроводы.

Морское дно в месте  установки гравитационных платформ должно быть тщательно подготовлено. Даже небольшой уклон дна грозит превратить буровую в Пизанскую  башню, а наличие выступов на дне  может вызвать раскол основания. Поэтому перед постановкой буровой  «на точку» все выступающие камни  убирают, а трещины и впадины  на дне заделывают бетоном.

Все типы буровых платформ должны выдерживать напор волн высотой  до 30 м, хотя такие волны и встречаются  раз в 100 лет.