Общее представление о бурение нефтяных и газовых скважин

2. Классификация скважин по назначению.

Цилиндрическая  горная выработка, проводимая с поверхности  земли вглубь при помощи механизмов и имеющая очень небольшое  поперечное сечение по сравнению с глубиной, называется буровой скважиной. Скважины могут быть вертикальными или наклонными, диаметры их колеблются в широких пределах (25-900 мм), глубина — от нескольких метров до нескольких тысяч метров.

Начало  скважины у поверхности земли  называется устьем, дно — забоем, стенки скважины образуют ее ствол.

Все скважины, бурящиеся с целью региональных исследований, поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений  или залежей, делятся на следующие  категории: опорные, параметрические, структурные, поисковые, разведочные, эксплуатационные.

1. Опорные  скважины бурят для изучения  геологического строения и гидрогеологических  условий регионов, определения общих  закономерностей распространения  комплексов отложений, благоприятных  для нефтегазонакопления, с целью выбора наиболее перспективных направлений геологоразведочных работ на нефть и газ.

Опорные скважины подразделяются на две группы:

К первой группе относят скважины, закладываемые  в районах, не исследованных бурением, с целью всестороннего изучения разреза осадочных пород и установления возраста и вещественного состава фундамента.

Ко второй группе относят скважины, закладываемые  в относительно изученных районах  для всестороннего изучения нижней части разреза, ранее не вскрытой бурением, или для освещения отдельных принципиальных вопросов с целью уточнения геологического строения и перспектив нефтегазоносности района и повышения эффективности геологоразведочных работ на нефть и газ.

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

3.  Структурные  скважины бурят для выявления  перспективных площадей и их  подготовки к поисково-разведочному  бурению.

4. Поисковые скважины бурят с целью открытия новых   месторождений нефти и газа. К этой категории относят скважины,   заложенные на новой площади, а также первые скважины, заложенные    на те же горизонты  в  обособленных тектонических блоках, или скважины, заложенные на новые горизонты в пределах месторождения. Поисковыми их считают  до получения первых  промышленных притоков нефти или газа.

5.    Разведочные   скважины бурят  на  площадях  с установленной  промышленной  нефтегазоносностью  с  целью подготовки  запасов   нефти     газа.    

6. Эксплуатационные  скважины бурят для разработки  и эксплуатации залежей нефти  и газа. В эту категорию входят  оценочные,     эксплуатационные,    нагнетательные    и     наблюдательные (контрольные,   пьезометрические)  скважины.

Оценочные скважины бурят на разрабатываемую  или подготавливаемую к опытной  эксплуатации залежь нефти с целью  уточнения параметров и режима работы пласта, выявления и уточнения  границ обособленных продуктивных полей, а также оценки выработки отдельных участков залежи.

Нагнетательные  скважины используют при воздействии  на эксплуатируемый пласт различных  агентов (закачка воды, газа или воздуха  и др.).

Наблюдательные  скважины бурят для наблюдения за изменением давления, положения водо-газонефтяных контактов в процессе эксплуатации пласта.

7. Специальные  скважины бурят для сброса  промышленных вод, ликвидации  открытых фонтанов нефти и  газа, подготовки структур для  подземных хранилищ газа и  закачки в них газа, разведки  и добычи технических вод.

2.2 Классификация скважин по профилю. 

Из практики бурения известно, что практически  невозможно получить идеально вертикальный профиль, т.к. при прохождении пластов  с различной твердостью, степенью восстания (наклона) пластов и из-за влияния многих других причин имеет  место естественное искривление профиля. Конечно, в настоящее время наработан большой опыт по стабилизации профиля скважины, но при этом удорожается строительство и поэтому не всегда экономически целесообразно проводить стабилизационные мероприятия из-за их значительной трудоемкости. В то же время разработка месторождений, залегающих под населенными пунктами, морями, на болотистых участках и т.д., способствовала активному внедрению наклонно направленных скважин (ННС), профиль которых искусственно искривляется с целью вывода забоя скважины в нужную точку продуктивного пласта. Так, уже в 1958 году в Азербайджане 30% общего объема бурения составляло бурение наклонно направленных скважин. В процессе спуско-подъемных операций (СПО) с бурильными и насосно-компрессорными трубами (НКТ), при СПО со штангами, а также в процессе эксплуатации было замечено существенное отличие нагрузок в точке подвеса штанг и труб на таких скважинах от нагрузок в скважинах с весьма слабой искривленностью, которые принято называть вертикальными. Для отслеживания закономерностей влияния степени и характера искривления на технологию бурения и эксплуатации, на величину нагрузок и износа подземного оборудования необходимо было классифицировать скважины по их профилю. В одной из первых попыток классификации все скважины были разделены на четыре группы, где к первой группе были отнесены все плоско искривленные скважины, а к остальным — пространственно искривленные. Плоско искривленными являются скважины, у которых весь профиль лежит в одной вертикальной плоскости, т.е. имеют постоянный азимут.

Пространственно искривленные скважины характеризуются  одновременным изменениям зенитного  угла и азимута, т.е. проекция ствола скважины на горизонтальную плоскость  представляет собой кривую линию, вплоть до образования петель. Как показал опыт, для решения названных задач требуется более подробная классификация, в первую очередь, для ННС. Поэтому в последующие годы многократно предпринимались попытки уточнить классификацию с учетом специфики бурения и эксплуатации ННС.

В настоящее  время благодаря большому опыту  бурения наклонно направленных скважин, разработке широчайшего спектра  различного типа отклонителей и стабилизаторов, научно обоснованных рекомендаций по компоновке низа бурильной колонны (КНБК) можно получить практически любой наперед заданный профиль. В одной из последних работ  дана подробная классификация профилей ННС, используемых для проектирования в различных регионах России, США, Англии. Как обычно, они делятся на плоские и пространственные.

Пространственные профили характеризуются увеличением длины ствола скважины по сравнению с плоскими при одинаковой глубине забоя, значительными силами трения при перемещениях бурильных труб, НКТ и штанг, т.е. имеют существенные недостатки. Тем не менее такие профили вынуждены использовать при проектировании глубоких наклонных скважин в районах со сложным геологическим строением, где проводка наклонных плоских скважин невозможна или экономически нецелесообразна.

Плоские профили состоят из различных  комбинаций прямолинейных и искривленных участков, причем последние в проектах и расчетах принимаются дугами окружностей определенных радиусов. Профиль любой плоской наклонно направленной скважины включает верхний вертикальный участок, необходимый для упрощения СПО с глубинным оборудованием, и участок начального искривления.

Согласно  принятой в работе методике плоские  ННС подразделяются на тангенциальные, S-образные и J-образные, заканчивающиеся  соответственно наклонным (тангенциальным) участком, участком малоинтенсивного уменьшения зенитного угла, участком малоинтенсивного увеличения зенитного угла.

Вступление  большинства нефтяных месторождений  страны в позднюю стадию эксплуатации сопровождается резким падением дебитов, ростом обводненности, прорывами воды к эксплуатационным скважинам, в результате чего в пласте остаются заблокированными линзы нефти. Эксплуатация нефтяных месторождений вертикальными скважинами позволяет извлечь около 50% содержащейся в пласте нефти, а в карбонатных коллекторах коэффициент нефтеотдачи еще ниже. Даже при плотных сетках скважин (0,8...6,0 га/скв.) нефтеотдача в карбонатных коллекторах не превышает 12,5-36%. На месторождениях с высоковязкой нефтью она не достигает и 10%. Картина практически не меняется и при переходе к наклонно направленным скважинам.

Исключительная  ценность нефти как углеводородного  сырья и энергоносителя на фоне падения  объемов добычи и промышленных запасов  вынуждает вводить в эксплуатацию месторождения с маломощными  продуктивными пластами, высоковязкими  нефтями и битумами, ранее считавшиеся не перспективными. В таких условиях для достижения приемлемых текущих дебитов, конечной нефтеотдачи и себестоимости, являющихся важнейшими критериями в нефтедобыче, становится совершенно необходимым переход к горизонтальным скважинам (ГС). Применение ГС позволяет уменьшить количество скважин, весьма существенно улучшить дренирование пластов, включить в эксплуатацию оставшиеся линзы нефти, повысить эффективность обработок призабойной зоны скважины за счет ее расширения.

Профиль горизонтальных скважин состоит из двух сопряженных между собой частей: направляющей и горизонтальной. При проектировании горизонтальных скважин используют только J-образный тип профиля. По величине радиуса кривизны ствола различают три типа профиля горизонтальной скважины: с большим, средним и малым радиусами.

Горизонтальные  скважины с большим (более 190 м) радиусом кривизны могут быть реализованы  при кустовом способе бурения  на суше и море, а также при  бурении отдельных скважин с  большим отклонением от вертикали  при длине горизонтального участка 600-1500 м. При строительстве данных скважин используются стандартные техника и технология наклонно направленного бурения, позволяющие получить максимальную интенсивность искривления 0,7…2,0° на 10 м проходки.

Горизонтальные  профили скважин со средним радиусом искривления (60-190 м) применяются как при строительстве новых одиночных скважин, так и для восстановления продуктивности старых эксплуатационных скважин. При этом максимальная интенсивность искривления скважины находится в пределах 3... 10° на 10 м проходки при длине горизонтального участка 450-900 м. Такие скважины наиболее экономичны, т.к. имеют значительно меньшую длину ствола по сравнению со скважинами с большим радиусом, обеспечивают более точное попадание ствола в заданную точку на поверхности продуктивного горизонта. Это особенно важно при разбуривании маломощных нефтяных и газовых пластов.

Горизонтальные  скважины с малым радиусом кривизны эффективны при разбуривании месторождений, находящихся на поздней стадии эксплуатации. Профиль скважины с малым радиусом искривления позволяет разместить насосное оборудование в вертикальном участке скважины и обеспечить наиболее точное попадание в заданную точку поверхности продуктивного горизонта. Малыми радиусами кривизны считаются радиусы от 10 до 30 м, при которых интенсивность искривления составляет 1,1-2,5° на 1 м (11-25° на 10 проходки). Длина горизонтального участка составляет в таких скважинах 90-250 м.

В России же преимущественно строят профили  с большим и средним радиусами  кривизны.

Кроме горизонтальных скважин в последние  годы начали применять многозабойные  скважины (МЗС), состоящие из вертикального  ствола с разветвленной системой горизонтальных, полого-наклонных или  волнообразных ответвлений, служащих дополнительными каналами, по которым нефть или битум поступают в основной ствол. Число ответвлений на сегодняшний день выполняется от 2 до 11. Основная задача МЗС — получение максимальных текущих и накопленных отборов нефти. По классификации ВНИИ-нефть МЗС подразделяется на следующие типы:

- с горизонтальными  и полого-наклонными стволами, пробуренными из основного ствола; многоярусные;

- радиальные, в  которых из одного горизонтального  ствола бурится система радиальных  стволов.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.  Классификация скважин по эксплутационно – экономическому критерию.

На промыслах  принято распределять скважины на две категории по составу и свойствам их продукции, а также по профилю ствола скважины:

1. нормальные;
2. скважины с осложненными условиями.

К нормальным относят вертикальные скважины с  практическим отсутствием влияния  газа на работу насоса, с содержанием в откачиваемой жидкости механических примесей (песка, глины, продуктов износа) не более 1,3 г/л и вязкости добываемой жидкости до 30 мПа с. При этом термин «вертикальная скважина» является условным, т.к. практически любая скважина имеет искривления как вертикальной плоскости (зенитные), так и (или) в горизонтальной (по азимуту). В ряде случаев для отнесения скважин к категории «нормальных» кроме указанных предъявляются дополнительные требования: обводненность продукции - не более 50%; минерализация - не более 10 г/л, отсутствие или незначительность отложений солей и парафинов на узлах подземного оборудования.

Если  параметры скважины и ее продукции  не соответствуют вышеперечисленным  критериям, то это скважина с осложненными условиями. При этом в зависимости от наиболее значительно осложняющего эксплуатацию фактора, скважины делятся на «песочные», «газовые», «коррозионные», «солеотлагающие», с жидкостью повышенной вязкости (30...60 мПа с), высоковязкие (более 60 мПас), с неньютоновскими жидкостями, битумные.