Технология бурения нефтяных и газовых скважин

1. НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

             Бурильная колонна  является связующим звеном между буровым оборудованием, расположенным на дневной поверхности, и скважинным инструментом (буровое долото, испытатель пластов, ловильный инструмент и др.), используемым в рассматриваемый момент времени для выполнения какой-либо технологической операции в стволе скважины.

  Функции, выполняемые бурильной колонной определяются проводимыми в скважине работами. Главными из них являются следующие.

В процессе механического  бурения бурильная колонна:

1. является каналом для подведения на забой энергии, необходимой для вращения долота: механической — при роторном бурении; гидравлической — при бурении с гидравлическими забойными двигателями (турбобур, винтовой забойный двигатель); электрической — при бурении электробурами (через расположенный внутри труб кабель);

2. воспринимает и передает на стенки скважины (при малой текущей глубине скважины также на ротор) реактивный крутящий момент при бурении с забойными двигателями;

3. является каналом для осуществления круговой циркуляции рабочего агента (жидкости, газожидкостной смеси, газа); обычно рабочий агент по внутритрубному пространству движется вниз к забою, захватывает разрушенную породу (шлам), а далее по затрубному пространству движется вверх к устью скважины (прямая промывка);
4. служит для создания (весом нижней части колонны) или передачи (при принудительной подаче инструмента) осевой нагрузки на долото, воспринимая одновременно динамические нагрузки от работающего долота, частично гася и отражая их обратно на долото и частично пропуская их выше;

  5) может служить каналом связи  для получения информации с забоя или передачи управляющего воздействия на скважинный инструмент.

  При спускоподъемных операциях бурильная  колонна служит для спуска и подъема долота, забойных двигателей, различных забойных компоновок;

  для пропуска скважинных контрольно-измерительных  приборов;

  для проработки ствола скважины, осуществления  промежуточных промывок с целью удаления шламовых пробок и др.

  При креплении скважины она используется для подготовки ствола к креплению; спуска и установки секций обсадных колонн, хвостовиков, летучек; цементирования скважин с целью закрепления обсадных колонн в стволе скважины и разобщения пластов.

  При ликвидации осложнений и аварий, а также проведении исследований в скважине и испытании пластов бурильная колонна служит:

  для закачки и продавки в пласт  тампонирующих материалов;

  для спуска и установки пакеров с  целью проведения гидродинамических исследований пластов путем отбора или нагнетания жидкости;

  для спуска и установки перекрывателей с целью изоляции зон поглощений, укрепления зон осыпаний или обвалов, установки цементный мостов и др.;

для спуска ловильного инструмента и работы с ним.

  При бурении с отбором керна (образца горной породы) со съемной колонковой трубой бурильная колонна служит каналом, по которому осуществляется спуск и подъем колонковой трубы.

  В редких случаях при больших затруднениях с доставкой обсадных труб на буровую, осложнениях или авариях бурильная колонна может использоваться как обсадная во избежание осложнений или усугубления их. С изменением условий, способов и совершенствованием техники и технологии бурения одни из функций бурильной колонны могут отпасть и появиться другие, специфические функции.

  Бурильная колонна (за исключением появившихся  в последнее время непрерывных труб) составляется из бурильных труб с помощью резьбового соединения. Соединение труб между собой обычно осуществляется с помощью специальных соединительных элементов   —   бурильных замков, хотя могут использоваться и беззамковые бурильные трубы. При подъеме бурильной колонны (с целью замены изношенного долота или при выполнении других технологических операций) бурильная колонна каждый раз разбирается на более короткие звенья с установкой последних внутри вышки на специальной площадке — подсвечнике или (в редких случаях) на стеллажах вне буровой вышки, а при спуске она вновь собирается в длинную колонну.

  Собирать  и разбирать бурильную колонну  с разборкой ее на отдельные (одиночные) трубы было бы неудобно и нерационально. Поэтому отдельные трубы предварительно (при наращивании инструмента) собираются в так называемые бурильные свечи, которые в дальнейшем (пока бурение ведется данной бурильной колонной) не разбираются.

  Свеча длиной 24 — 26 м* составляется из двух, трех или четырех труб при использовании труб длиной соответственно 12, 8 и б м. В последнем случае в целях удобства две 6-метровые трубы предварительно соединяются с помощью соединительной муфты в двухтрубку (колено), которая в дальнейшем не разбирается.

  В составе бурильной колонны непосредственно  над долотом или над забойным двигателем всегда предусматриваются утяжеленные бурильные трубы (УБТ), которые, имея кратно большие, по сравнению с обычными бурильными трубами, массу и жесткость, позволяют создавать необходимую нагрузку на долото и обеспечивают достаточную жесткость низа инструмента во избежание его продольного изгиба и неуправляемого искривления ствола скважины. УБТ используются также для регулирования колебаний низа бурильной колонны в сочетании с другими ее элементами.

  В состав бурильной колонны обычно включают центраторы, калибраторы, стабилизаторы, фильтры, часто — металло-шламоуловители, обратные клапаны, иногда — специальные механизмы и устройства, такие как расширители, маховики, забойные механизмы подачи, волноводы, резонаторы, амортизаторы продольных и крутильных колебаний, протекторные кольца, имеющие соответствующее назначение.

  Для управляемого искривления ствола скважины в заданном направлении или же, напротив, для выправления уже искривленного ствола в состав бурильной колонны включают отклонители, а для сохранения прямолинейного направления

  * При большой глубине бурения  (5000 м и более) могут использоваться  бурильные свечи длиной 36 — 38 м с буровой вышкой высотой 53 — 64 м.

 

  

 

 

Рис.1. Принципиальная схема компоновки бурильной колонны для бурения с забойными двигателями:

1 — ствол вертлюга; 2, 7 — левая и правая трубные резьбы; 3 — переводник вертлюга; 4, 9 — левая и правая замковые резьбы; 5, 8 — верхний и нижний штанговые переводники; 6 — ведущая труба; 10 — предохранительный переводник; 11 — замковая резьба; 12 — замковая муфта; 13 — трубная резьба; 14 —бурильная труба (6 м); 15 — соединительная муфта; 16 — переходный переводник; 17 — предохранительное кольцо; /8 — утяжеленные бурильные трубы; 19 — амортизатор; 20 — муфтовый переводник; 21 — центратор; 22 — забойный двигатель; 23 — калибратор; 24 — буровое долото ствола скважины используют специальные, нередко довольно сложные, компоновки нижней части бурильной колонны.

  Принципиальная  схема компоновки бурильной колонны  для бурения с забойными двигателями  показана на рис. 6.1. 

  2. ТРЕБОВАНИЯ К БУРИЛЬНОЙ  КОЛОННЕ И ЕЕ СОСТАВНЫМ ЭЛЕМЕНТАМ

             Требования к бурильной  колонне и ее составным элементам вытекают из условий работы бурильной колонны, которые определяются технологией бурения и геологическими особенностями разреза скважины. При любых условиях работы бурильная колонна должна обеспечивать реализацию проектного режима бурения, доведение скважины до проектной глубины без осложнений и аварий с высокими технико-экономическими показателями бурения. Для достижения этой цели бурильная колонна должна:

  1) иметь рациональную компоновку, обеспечивающую 
достаточную прочность всех своих составных элементов, спо 
собную противостоять действию всех возможных нагрузок, 
включая инерционные, ударные, вибрационные и знакопере 
менные нагрузки, а также внутренние и наружные избыточ 
ные давления;

2. иметь минимальную массу, обеспечивающую минимальные затраты энергии на спускоподъемные работы, но обеспечивающую создание необходимых осевых нагрузок на долото и передачу крутящего (или восприятие реактивного) момента;
3. обеспечивать циркуляцию бурового раствора с минимальными гидравлическими потерями в циркуляционной системе;
4. обеспечивать выполнение любых технологический операций, в том числе при возникших осложнениях (заливка зон поглощений, освобождение инструмента от прихвата и др.) и аварийных ситуациях (проведение ловильных работ и др.), а также выполнение специальных работ в скважине (спуск и установка профильных перекрывателей, обсадных колонн и др.);
5. иметь конструкцию составных элементов (труб, муфт, замков и др.), обеспечивающую надежный захват спуско-подъемным инструментом (элеваторами и клиновыми захватами) и освобождение при СПО и других операциях и надежное крепление труб и других элементов колонны между собой, исключающее самоотвинчивание или заедание, причем, при наличии однотипных элементов они должны быть взаимозаменяемы;
6. иметь конструкцию резьбовых соединений, подвергающихся частому свинчиванию — развинчиванию (замковые детали), обеспечивающую быстрое выполнение этих операций и минимальное изнашивание;
7. должна составляться из элементов, поверхности которых должны быть износостойкими к абразивному изнашиванию при трении о стенки скважины и буровой раствор, а также при захвате ключами и клиновыми захватами, но в то же время причиняющих минимальный износ внутренней стенке ранее спущенных обсадных колонн;
8. изготовляться из технологичных в обработке материалов, имеющих, помимо высокой прочности и ударной вязкости, высокую устойчивость к действию агрессивных сред;
9. быть в целом экономичной.

  Поскольку условия бурения весьма разнообразны, то ГОСТами, техническими условиями  и нормативно-техническими документами в настоящее время предусматривается необходимый ряд труб и соединительных к ним элементов как по конструктивному исполнению, так и по материалу с тем, чтобы для любых конкретных условий можно было составить наиболее подходящую колонну с учетом способа бурения и всех вышеперечисленных требований.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ БУРИЛЬНЫХ  ТРУБ

             Поскольку классификация  бурильных труб по какому-то единому  классифицирующему признаку затруднительна, их классификация может быть произведена лишь по преобладающему признаку.

  Бурильные трубы могут быть классифицированы по следующим признакам.

  1. По категории скважин, для бурения которых они пре 
имущественно предназначены:

  бурильные трубы для структурно-поискового бурения (как правило, меньших размеров) и капитального ремонта скважин;

  бурильные трубы для эксплуатационного  и геологоразведочного бурения.

2. По способу бурения:

бурильные трубы для роторного бурения; бурильные трубы для бурения  с гидравлическими забойными двигателями (ГЗД);

бурильные трубы для электробурения.

3. По назначению: бурильные трубы; ведущие бурильные трубы; утяжеленные бурильные трубы; бурильные трубы для ликвидации аварий.

4. По материалу: стальные бурильные трубы; легкосплавные бурильные трубы.

5. По магнитным свойствам:

бурильные трубы из магнитных материалов; бурильные  трубы  из   немагнитных  материалов   (дюрали, немагнитной стали).

6. По прочности материала труб:

обычной прочности (для стальных труб  —  из сталей различных групп прочности); повышенной прочности.

7. По способу соединения между собой: 
бурильные трубы сборной конструкции;

  бурильные трубы цельной конструкции (беззамковые  бурильные трубы).

  В связи с появлением в последнее  время длинномерных гибких труб бурильные  трубы можно классифицировать также по следующему признаку.