Скважины: устройство и типы

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Институт нефти и газа

 

Кафедра топливообеспечения и горюче-смазочных материалов

 

 

 

 

 

 

 

 

РАССЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ К1.

Кинематика точки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преподаватель			А. А. Головня
Студент	НБ14-06Б,081400932		К. В. Коробейникова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2015

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Скважина - это цилиндрическая горная выработка, у которой длина ствола гораздо больше, чем ее диаметр.

Жидкое и газообразное углеводородное сырье ежегодно извлекается из недр Земли через сотни тысяч добывающих скважин, которые выполняют роль герметичных вертикальных или наклонных трубопроводов, соединяющих глубокозалегающие нефтяные пласты с размещенными на дневной поверхности системами сбора, подготовки и транспортировки добытой нефти и газа.

Бурение скважин различного назначения ведется на всех этапах цикла разведки и разработки нефтяного (газового, газоконденсатного и др.) месторождения. Условия размещения, бурения, закачивания и эксплуатации всех этих скважин следует учитывать при планировании, проектировании, финансировании и организации буровых работ.

На современном этапе развития различных направлений горного дела бурение скважины осуществляется как самостоятельный цикл строительства горно-технического сооружения, например, при разведке или эксплуатации жидких и газообразных полезных ископаемых, а также и как вспомогательная операция, выполняемая при других горных и строительных работах, например во время проходки шахт в сильно водоносных породах по известному способу предварительного замораживания или цементирования грунта, для исследования грунтов при возведении крупных объектов промышленного и гражданского строительства.

Все скважины, сооружаемые буровыми предприятиями с целью геологического исследования недр на территории страны и шельфовых акваториях, проведения нефтегазопоисковых работ, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений, подразделяются на опорные, параметрические, структурные, поисковые, разведочные, эксплуатационные, оценочные, нагнетательные, наблюдательные и др.

Наряду с этим буровые скважины различного назначения в довольно большом количестве сооружаются и применяются в угольной, горнорудной, химической промышленности, а также в системе промышленного и гражданского строительства.

Целью данного реферата является:

- изучение устройства скважины;

- рассмотрение типов скважин.

 

1 Устройство скважин

 

Конструкция скважины определяется техническим проектом на разработку, строительство и бурение для конкретного региона. Основной ее целью является беспрепятственное бурение на заданную глубину для вскрытия продуктивных нефтяных и газовых пластов в общей системе добычи и разработки месторождения. Схема конструкции напрямую зависит от ряда факторов, а именно:

- геологического строения;

- методов и способов проведения буровых работ;

- прямого назначения скважины;

- технологии вскрытия продуктивных пластов;

- требований техники безопасности.

Диаметр скважины определяется диаметром породоразрушающего инструмента и изменяется в пределах от 16 до 1500 мм.

Длина ствола скважины – это расстояние от устья до забоя скважины, измеренное по ее осевой линии. Глубина скважины это разница между отметками устья и забоя.

Элементы скважины:

- устье скважины – начало скважины, то есть место пересечения ее с земной поверхностью или с поверхностью горной выработки;

- забой скважины – дно скважины;

- стенки скважины – боковые поверхности скважины;

- обсадные колонны – колонны соединенных между собой обсадных труб. Если  стенки скважины сложены из устойчивых пород, то в скважину обсадные колонны не спускают;

- ствол скважины – пространство  в недрах, занимаемое скважиной;

- ось скважины – воображаемая линия, соединяющая центры поперечных сечений буровой скважины.

В процессе глубинного бурения нефтяных скважин возникает необходимость в креплении их стенок. Это необходимо выполнять для достижения следующих целей:

- закрепления и цементации  неустойчивых горных пород;

- отделения водоносных  слоев;

- разобщения нефтеносных  и газоносных пластов скважины;

- создания герметичного  канала для беспрепятственного  поднятия на поверхность нефти  и газа;

- снижения гидравлических  потерь.

Разделение и крепление стенок скважины выполняют с использованием обсадных труб, а пространство между обсадными трубами и стенкой выработки кольцевое пространство) заполняется тампонирующим (изолирующим) материалом. Это составы, включающие вяжущее вещество, инертные и активные наполнители, химические реагенты. Их готовят в виде растворов (чаще водных) и закачивают в скважину насосами. Из вяжущих веществ наиболее широко применяют тампонажные портландцементы. Поэтому процесс разобщения пластов называют цементированием.

 

 В скважину спускают обсадные колонны определенного назначения: направление, кондуктор, промежуточные колонны, эксплуатационная колонна.

Направление спускается в скважину для предупреждения размыва и обрушения горных пород вокруг устья при бурении под кондуктор, а также для соединения скважины с системой очистки бурового раствора. Кольцевое пространство за направлением заполняют по всей длине тампонажным раствором или бетоном. Направление спускают на глубину от нескольких метров в устойчивых породах, до десятков метров в болотах и илистых грунтах.

Кондуктором обычно перекрывают верхнюю часть геологического разреза, где имеются неустойчивые породы, пласты, поглощающие буровой раствор или проявляющие, подающие на поверхность пластовые флюиды, т.е. все те интервалы, которые будут осложнять процесс дальнейшего бурения и вызывать загрязнение окружающей природной среды. Кондуктором обязательно должны быть перекрыты все пласты, насыщенные пресной водой. Кондуктор спускают на глубину нескольких сотен метров. Для надежного разобщения пластов, придания достаточной прочности и устойчивости кондуктор цементируется по всей длине.

Эксплуатационная колонна спускается в скважину для извлечения нефти, газа или нагнетания в продуктивный горизонт воды или газа с целью поддержания пластового давления. Высота подъема тампонажного раствора над устройством ступенчатого цементирования или узлом соединения верхних секций обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах должна составлять соответственно не менее 150-300 м и 500 м.

Промежуточные (технические) колонны необходимо спускать, если невозможно пробурить до проектной глубины без предварительного разобщения зон осложнений (проявлений, обвалов). Решение об их спуске принимается после анализа соотношения давлений, возникающих при бурении в системе «скважина-пласт».

Довольно часто колонны в скважину спускают секциями. Такой спуск является секционным, а сама колонна – многосекционной. При сложном бурении используют многоколонные конструкции горных выработок. В таких природных условиях буровые работы занимают много времени. В результате происходит значительный физический износ буровых и обсадных труб.

Для предотвращения преждевременного износа используют специальные протекторные кольца. Протекторы также относятся к конструкции скважины и представляют собой 2 резиновые оболочки в металлическом каркасе. Соединяются оболочки между собой с использованием металлических штырей. Протектор устанавливают на рабочих площадках или над ротором буровой при спусковых и подъемных операциях.

 

 

 

2 Типы скважин (разведочные, эксплуатационные, нагнетательные, специальные)

 

 

 Встречаются следующие виды классификации скважин:

по глубине:

- скважины малой глубины (менее 1000 м);

- глубокие скважины (1000 - 5000 м);

- сверхглубокие скважины (свыше 5000 м).

по диаметру:

- скважины небольшого диаметра (25 - 100 мм);

- скважины со средним диаметром (100 - 500 мм);

- скважины большого диаметра (500 - 900 мм и более);

по степени отклонения от вертикальной оси:

- вертикальные скважины;

- наклонные скважины;

- искривленные скважины;

- горизонтальные скважины;

по количеству спускаемых в скважину эксплуатационных колонн:

- однорядные;

- многорядные (двух - семи рядные);

по характеру бурения:

- бурение одиночных скважин;

- кустовое бурение (количество  стволов скважин от двух до 12 и более);

по назначению:

- опорные;

- структурно-поисковые;

- разведочные;

- параметрические;

- эксплуатационные;

- оценочные;

- нагнетательные;

- наблюдательные;

- специальные.

Опорные скважины бурят для изучения геологического строения крупных регионов с целью установления общих закономерностей залегания горных пород и выявления возможностей образования в этих породах месторождений нефти и газа.

Назначение структурно-поисковых скважин — установление (уточнение) тектоники, стратиграфии, литологии разреза пород, оценка возможных продуктивных горизонтов.

Разведочные скважины служат для выявления продуктивных пластов, а также для оконтуривания разрабатываемых нефтяных и газовых месторождений.

Параметрические скважины бурят для изучения глубинного геологического строения и сравнительной оценки перспектив нефтегазоносности возможных зон нефтегазонакопления; выявления наиболее перспективных районов для детальных геолого-поисковых работ, а также для получения необходимых сведений о геолого-геофизической характеристике разреза отложений с целью уточнения результатов сейсмических и других геофизических исследований.

Эксплуатационные (добывающие) скважины  закладывают на полностью разведанном и подготовленном к разработке месторождения. В категорию входят не только добывающие скважины, но и скважины позволяющие организовать эффективную разработку месторождения (оценочные, нагнетательные, наблюдательные).

Оценочные скважины предназначены для уточнения режима работы пласта и степени выработки участков месторождения, уточнения схемы его разработки.

Нагнетательные скважины служат для организации законтурного и внутриконтурного нагнетания в эксплуатационный пласт воды, газа или воздуха в целях поддержания пластового давления.

Наблюдательные скважины бурят для контроля за разработкой залежей (изменением давления, положения водонефтяного и газонефтяного контактов и т.д.).

Специальные скважины  бурят для взрывных работ при сейсмических методах поисков и разведки месторождения, сброса промысловых вод в непродуктивные поглощающие пласты, разведки и добычи воды, подготовки структур для подземных газохранилищ и закачки в них газа, ликвидации открытых фонтанов нефти и газа.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В настоящее время скважины бурят практически во всех средах для проведения научных исследований и обычных нефтегазо-разведочных работ; эксплуатации месторождений газообразных, жидких и твердых полезных ископаемых; сброса промышленных отходов и осуществления множества других технологических процессов.

Столь широкий диапазон применения буровых скважин в различных отраслях народного хозяйства определил многообразие условий размещения устьев, способов проходки и пространственного положения стволов этих выработок в пересекаемых ими горных массивах.

Буровые работы должны выполняться с соблюдением законов об охране труда и окружающей природной среды. Строительство площадки под буровую, трасс для передвижения буровой установки, подъездных путей, линий электропередач, связи, трубопроводов для водоснабжения, сбора нефти и газа, земляных амбаров, очистных устройств, отвал шлама должны осуществляться лишь на специально отведенной соответствующими организациями территории. После завершения строительства скважины или куста скважин все амбары и траншеи должны быть засыпаны, вся площадка под буровую – максимально восстановлена для хозяйственного использования.

На каждую скважину заводится паспорт, где точно отмечаются ее конструкция, местоположение устья, забоя и пространственное положение ствола по данным инклинометрических измерений ее отклонений от вертикали (зенитные углы) и азимута (азимутальные углы). Последние данные особенно важны при кустовом бурении наклонно-направленных скважин во избежание попадания ствола бурящейся скважины в ствол ранее пробуренной или уже эксплуатирующейся скважины. Фактическое отклонение забоя от проектного не должно превышать заданных допусков.

От правильности проектных решений зависит надежность, бюджетная стоимость, дебет и долгосрочная эксплуатация нефтяной или газовой скважины. Рабочий проект должен содержать полный комплекс решений и обоснований по вопросам крепления скважины, учитывая географическое положение региона и геологические условия проведения буровых работ.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1 Муравьев, В. М. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. – Москва : Недра, 1973. – 381 с.

2 Жданов, М. А. Нефтегазопромысловая геология и подсчет запасов нефти и газа. – Москва : Недра, 1970. – 484 с.