Бурение скважин—это процесс механического разрушения горных пород на забое и удаления разбуренной породы из ствола скважины на поверхность. Завершается бурение созданием конструкции скважины, вскрытием и освоением продуктивного пласта.
Полный цикл работ при бурении скважин включает монтаж буровой вышки и бурового оборудования, проводку скважины, подготовку ее к эксплуатации, демонтаж вышки и оборудования.
Бурение скважин—это процесс механического разрушения горных пород на забое и удаления разбуренной породы из ствола скважины на поверхность. Завершается бурение созданием конструкции скважины, вскрытием и освоением продуктивного пласта.
Полный цикл работ при бурении скважин включает монтаж буровой вышки и бурового оборудования, проводку скважины, подготовку ее к эксплуатации, демонтаж вышки и оборудования.
Применяется два способа вращательного бурения: роторный и с забойными двигателями, а также комбинированный, при котором используют оба способа одновременно.
При роторном бурении при помощи специального привода (ротора) и захвата вращают ведущую трубу (квадрат) и соединенную с ней бурильную колонну труб с долотом, разрушающим породу на забое (рис. 3).
При бурении с забойными двигателями передача долоту мощности и вращающего момента принципиально отличается от описанного. Между долотом и бурильными трубами установлен забойный двигатель, который вращает только долото, а вся колонна труб остается неподвижной. В этом случае не затрачивается энергия на вращение многотонной, многокилометро-вой колонны бурильных труб, исключаются износ труб от трения о стенки скважин, обвалы стенок и т. д. Преимущества такого бурения сделали его основным способом бурения газовых скважин.
В качестве забойных двигателей применяют турбо- и электробуры.
При турбинном бурении вал турбобура вращается за счет преобразования гидравлической энергии потока промывочной жидкости, закачиваемой насосами в бурильную колонну, в механическую энергию на валу турбобура с которым жестко соединено долото. Поэтому во время работы долота на забое корпус турбобура и бурильная колонна не вращаются.
Турбобур — это гидравлический забойный двигатель, в котором поток жидкости вращает турбинки (роторы). Направленная струя жидкости создается неподвижными лопастями статоров. В современных турбобурах используют более ста пар «статор — ротор».
При электробурении долото вращает забойный электродвигатель, электроэнергия к которому подводится с поверхности по кабелю, секции которого укреплены концентрично внутри бурильной колонны. При работе долота на забое, как и при турбинном бурении, вращается только вал электробура, а его корпус и бурильная колонна остаются неподвижными.
Рис. 3. Схема буровой установки.
1— крон-блок: 2 — талевый канат: 3 — талевый блок: 4 — крюк; 5 — вертлюг; 6—буровой шланг; 7 — ведущая труба (квадрат); 8—ротор; 9— стояк; 1О—стенки скважины; 11—бурильная колонна; 12— турбобур; 13 — долото; 14 — желобная система; /5 — лебедка; IS — двигатели (дизельные или электрические); 17—буровые насосы; 18 — емкость для промывочной жидкости с очистными механизмами от разбуренной породы (шлама)
В процессе бурения скважину непрерывно промывают жидкостью (водой, глинистым или специальным раствором). Промывочная жидкость выносит с забоя частички разбуренной породы, охлаждает долото, создает противодавление на пласты, удерживает стенки скважины от обвалов и т. д.
При бурении скважины промывочная жидкость от буровых насосов 17 (см. рис. 3) поступает в стояк 9, в буровой гибкий шланг 6,
в вертлюг 5 и дальше в бурильную колонну, по которой прокачивается вниз к турбобуру и долоту. Пройдя через турбобур и отверстия в долоте, промывочная жидкость подхватывает кусочки разбуренной породы и по кольцевому пространству между стенками скважины и бурильной колонной поднимается на поверхность. Здесь в желобной системе 14 и в очистительных механизмах она очищается от выбуренной породы, «облагораживается» необходимыми добавками (реагентами) и вновь закачивается в скважину.
По мере продвижения долота вниз колонна бурильных труб наверху наращивается новыми трубами. При износе долота поднимают всю колонну труб, заменяют долото и снова колонну опускают до забоя. Эту процедуру называют спуско-подъемными операциями.
Во время этих операций скважина обязательно должна быть полностью заполнена промывочной жидкостью, иначе в нее будут поступать пластовые воды, газ или нефть из вскрытых пластов. Давление столба промывочной жидкости должно быть выше, чем в пластах, так как без этого возможен выброс ее из скважины и даже открытое фонтанирование.
В процессе бурения создается запроектированная конструкция скважины. После проходки определенного интервала в скважину опускают заданную обсадную колонну.
В колонну закачивают цементный раствор, который начинает поступать в заколонное пространство (между колонной и стенками скважины). После подъема цемента на заданную высоту и продавливания его остатков из внутреннего объема трубы ждут затвердения цемента и проверяют качество цементирования. Цементное кольцо должно надежно изолировать друг от друга все пробуренные пласты, а в дальнейшем быть герметичным для газа продуктивного пласта, т. е. препятствовать перетоку газа в другие пласты.
После того как забой скважины пройдет полностью или частично продуктивный горизонт и в скважину спущена и зацементирована обсадная колонна, приступают к вскрытию продуктивного пласта.
Вскрытие продуктивного пласта—это сообщение его с внутренним пространством обсадной колонны. В обсадной колонне и в цементном кольце за ней создаются отверстия при помощи опускаемых в скважину перфораторов.
Перфораторы бывают пулевыми, кумулятивными и гидропескоструйными, соответственно отверстия создаются прострелом колонны пулями, направленными взрывами кумулятивных зарядов или струёй жидкости с песком. Во время перфорации скважина обязательно полностью заполнена жидкостью.
Это делают для того, чтобы не произошло резкого выброса газа, что может повредить оборудование и привести к открытому фонтанированию. После вскрытия приступают к освоению скважины.
Освоение скважины — это постепенное полное удаление жидкости из ствола скважины и получение устойчивого промышленного притока газа в скважину. Во время вскрытия пласта давление столба жидкости в скважине должно быть выше ожидаемого пластового давления.
Это достигается утяжелением жидкости специальными растворами-добавками. После вскрытия при освоении обычно жидкость циркуляцией заменяют на более легкую.
В момент, когда пластовое давление станет выше давления столба жидкости, газ начинает поступать в скважину и вытеснять из нее жидкость. На устье скважины этот газоводяной поток направляют по отводу в земляной амбар.
Затем продувают скважину до тех пор, пока ствол не очистится от жидкости, а призабойная зона пласта—от остатков разбуренной породы и проникшего в пласт промывочного раствора. После того как из скважины начинает поступать струя сухого газа, приступают к проведению первичных испытаний скважины на продуктивность.
После завершения работ по освоению скважины буровое оборудование демонтируют, на устье устанавливают фонтанную арматуру и скважину передают в эксплуатацию. Скважина осваивается только после установки фонтанной арматуры.
