[Н2.2] Строительство скважин

Процесс создания скважин часто называют бурением, однако бурение представляет собой лишь один из необходимых этапов. Весь комплекс мероприятий по созданию скважины согласно классификации видов деятельности относится к строительству. Сама же скважина по определению представляет собой цилиндрическую горную выработку, глубина которой намного больше её диаметра. Строительство скважины делится на ряд этапов: подготовительные работы, бурение, крепление, испытание, освоение, заключительные работы.

Подготовительные работы включают в себя отсыпку площадки, размещение на ней буровой установки, подведение коммуникаций, прокладку подъездных дорог.

На следующем этапе начинается проходка ствола скважины. Вращающийся буровое долото разрушает горную породу, частицы которой выносятся на поверхность буровым раствором, закачиваемым в скважину. По конструктивному исполнению буровые долота делятся на три группы: лопастные, шарошечные, секторные.

doloto

При бурении нефтяных и газовых скважин наиболее часто используются шарошечные долота.

Традиционный метод бурения — роторный, он применяется с начала 20 века. Колонна бурильных труб, на которой закреплёно долото, приводится в движение мощным роторным механизмом, установленным на вышке. Этот способ бурения часто можно увидеть в фильмах и телепередачах о нефтяниках. Выглядит он впечатляющие: ревущий двигатель, вращающиеся громоздкие механизмы, всё вокруг залито глинистым раствором, включая бурильщиков. Недостатки роторного бурения начинают проявляться при увеличении глубины ствола скважины. Чем дальше уходит бур, тем большая часть энергии роторного механизма впустую тратится на вращение колонны труб длиной несколько тысяч метров и весом больше 100 тонн. Тем не менее, роторное бурение применяется до сих пор. Оборудование для роторного бурение простое и неприхотливое, что обеспечивает этому методу высокую популярность.

neftf

Очевидной была идея спускать двигатель внутрь скважины на неподвижной колонне труб. В 1923 г. выпускник Томского технологического института М.А. Капелюшников в соавторстве с С.М. Волохом и Н.А. Корнеевым изобрели гидравлический забойный двигатель — турбобур. Он представляет собой многосекционную конструкцию из дисков с лопатками. Диски приводятся в движение потоком бурового раствора. Каждая секция турбобура развивает относительно небольшое усилие, но суммарная мощность оказывается достаточной, чтобы разрушить самую твёрдую породу. При использовании турбобура можно управлять направлением движения инструмента. Благодаря этому стало возможным осуществлять проходку скважин сложного профиля — наклонно-направленных и горизонтальных.

В 60-х годах прошлого века арсенал буровиков пополнился винтовыми забойными двигателями. Статор винтового двигателя представляет собой трубу с нанесённым внутри резиновым профилем. Ротор расположен внутри статора. Под давлением жидкости ротор, обкатываясь по внутренней поверхности статора, совершает планетарное движение, которое вращает породоразрушающий инструмент.

vintovoy

Разработаны также электрические буры, приводимые в действие электромоторами, размещаемые в нижней части буровой колонны. Из-за ряда недостатков они применяются крайне редко.

Важный элемент бурения — раствор, закачиваемый в скважину. Его задача — выносить на поверхность разрушенные частицы породы. Обычная вода для этой цели не годится, буровой раствор должен быть густым и вязким. Во-первых, при остановке процесса бурения частицы породы не должны оседать вниз, что неизбежно приведёт к заклиниванию инструмента. Во-вторых, скважина на своём пути встречает водонасыщенные пласты, взаимодействие с которыми является весьма нежелательным. Хороший раствор не позволяет воде проникать в скважину и сам не просачивается в водные пласты. Основой раствора служит вода и глина. Для достижения требуемых характеристик в раствор добавляются различные полимерные добавки, гели, известь.