Своя нефтяная скважина. Бурение нефтяных и газовых скважин

Конструкция скважины характеризуется диаметром ствола скважины, глубиной бурения, диаметрами, толщиной стенок и глубиной спуска секций обсадных колонн, высотой поднятия цементного раствора, глубиной расположения зон перфорации и инклинограммой.

Конструкции скважин разрабатываются с учетом следующих основных факторов:
• геологических особенностей залегания горных пород, их физико-механических характеристик, наличия флюидосодержащих горизонтов, величины пластовых давлений и температур, а также давления гидроразрыва проходимых пород;
• назначения и цели бурения скважины;
• уровня организации техники, технологии бурения и геологической изученности района буровых работ;
• предполагаемого метода заканчивания скважины;
• уровня квалификации буровой бригады и организации материально-технического обеспечения;
• способа бурения скважины;
• способов и техники освоения, эксплуатации и ремонта скважин.

Основой выбора конструкции скважины является диаметр эксплуатационной колонны, выбираемый в зависимости от ожидаемого дебита нефти или газа и возможности выполнения геофизических, ремонтных, ловильных работ, а также монтажа и технического обслуживания скважинного оборудования для механизированной добычи нефти.

В разведочных скважинах диаметр эксплуатационной колонны определяется по числу промежуточных обсадных колонн и с учетом требований, обеспечивающих извлечение качественного кернового материала и испытание вскрытых объектов на приток.

Инклинограмма определяет оптимальные интервалы установки оборудования и возможность проведения спускоподъемных операций в скважине.

При проведении термического воздействия на пласт необходимо знать размеры цементного кольца, качество цементного раствора и камня.

В зависимости от геологических условий и условий бурения скважина может иметь две, три или больше обсадных колонн, которые собираются из последовательно свинченных обсадных труб.

Обсадные колонны предназначены для изоляции стенок скважин от рабочего пространства ствола в процессе бурения и эксплуатации и обеспечивают требуемую прочность и герметичность при воздействии на них внутренних и внешних воздействий в первую очередь давления. Для создания необходимой изоляции кольцевого пространства, остающегося между обсадными колоннами, оно заливается жидким цементным раствором, твердеющим через определенное время.

Цементное кольцо предназначено для надежной изоляции друг от друга интервалов геологического разреза (в том числе и продуктивных) на весь период строительства, эксплуатации и обеспечения жесткой связи обсадных колонн со стенками скважины с целью формирования прочной и герметичной постоянной крепи.

В конструкции скважин используются следующие типы обсадных колонн:
Направление — первая колонна труб, предназначенная для закрепления устья скважин от обрушения и размыва промывочным раствором, поступающим в процессе бурения под кондуктор из скважины в систему циркуляции, для крепления верхнего интервала разреза, сложенного, в основном, наносами, имеющими водопроявляющие пласты, подпитываемые грунтовыми водами.

Различают шахтное (или шахтовое) направление и удлиненное направление. Шахтное устанавливается, как правило, во всех случаях, и его длина составляет 3-10 м. В зависимости от конкретных условий может устанавливаться удлиненное направление или от одного до нескольких направлений, и в этом случае длина может достигать 100 м. Направление спускается по возможности в глинистый пласт. Диаметр колонны колеблется от 245 до 1250 мм. Трубы, используемые в качестве направления, на прочность не рассчитываются и не опрессовываются.

Кондуктор — служит для крепления верхних неустойчивых интервалов разреза и изоляции водоносных или вечномерзлых пластов, а также установки устьевого оборудования: колонной головки, предназначенной для подвески последующих обсадных колонн и установки противовыбросового оборудования на период бурения.

Кондуктор в зависимости от геологических условий устанавливается на глубину в среднем до 100 м, а максимальная глубина — до 600 м. Диаметр кондуктора, как правило, колеблется в диапазоне 177-508 мм. Он впрессовывается, как и цементное кольцо.

Шахтное направление и кондуктор являются обязательными элементами конструкции скважины.

Промежуточная обсадная колонна — служит для крепления и изоляции зон геологического разреза, не совместимых по условиям бурения с нижележащими зонами, а также для предотвращения осложнений и аварий в скважине в процессе бурения.

Промежуточные обсадные колонны могут быть следующих видов:
сплошные , — перекрывающие весь ствол скважины от забоя до ее устья независимо от крепления предыдущего интервала;
потайные (хвостовик) — служат для крепления только не обсаженного ствола скважины с перекрытием предыдущей обсадной колонны не менее чем на 100 м, потайная колонна (хвостовик) — может наращиваться до устья скважины или при благоприятных условиях служить в качестве эксплуатационной колонны;
летучки — специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для ликвидации осложнения и не имеющие связи с предыдущими или последующими обсадными колоннами. Летучки до устья скважины не наращиваются. В настоящее время для летучек используются профильные трубы, которые расширяются до вдавливания в стенки скважины. Таким образом, изолируются участки скважины с поглощающими, водо- и газопроявляющими пластами. Цементирование таких участков не производится. Это позволяет ускорить проведение работ, удешевляет их и не уменьшает диаметр последующих спускаемых колонн.

Когда износ, вызванный взаимодействием с бурильной колонной, последней промежуточной колонны незначительный, эксплуатационная колонна может быть спущена в виде потайной колонны.

Эксплуатационная колонна — последняя колонна труб, предназначенная для разобщения продуктивных горизонтов и изоляции их от других горизонтов геологического разреза скважины, а также для извлечения нефти, газа и газоконденсата на поверхность известными способами или для закачивания агента в пласт.

Эксплуатационная колонна может быть одноразмерной (состоящей из обсадных труб одного диаметра) или комбинированной (состоящей из труб разных диаметров) в случае предполагаемого в ней большого объема работ по освоению, испытанию и ремонту и строительства скважины большой глубины (как правило, более 5500 м). Продуктивный пласт, как правило, обсаживается трубами такого же диаметра, как вся эксплуатационная колонна или меньшим диаметром и цементируется, с последующей перфорацией. В то же время продуктивный пласт может после вскрытия и не обсаживаться. В пласт колонна может входить вертикально и горизонтально, в последнем случае ствол может быть один, а может разветвляться для повышения нефтеотдачи скважины.

При бурении в скважину последовательно спускается определенная конструкция, состоящая из обсадных груб. Каждая последующая колонна вставляется в предыдущую, и поэтому имеет все меньший диаметр.

Дно скважины называется забоем. После проведения цементирования скважины образуется новый забой, который называется «искусственный забой». В процессе эксплуатации на забой осаждаются примеси, части изношенного оборудования или упущенный при проведении подземного ремонта инструмент и т.п., что при замерах изменяет глубину скважины и новая точка называется «текущий забой».

Если продуктивный пласт обсаживается, то низ или эксплуатационной колонны устанавливается всегда (после прохождения через пористый продуктивный пласт) в непроницаемую породу. Это позволяет вскрыть продуктивный пласт, предотвратив его обводнение, что само по себе является серьезной проблемой, и может сделать скважину непродуктивной, т.е. не дающей нефти.

После создания герметичной конструкции скважины в эксплуатационную колонну, напротив продуктивного пласта, спускается на забой устройство (перфоратор), которое проделывает отверстия в обсадных трубах и цементном кольце и соединяет продуктивный пласт и скважину. Эти отверстия заполняются газом и пластовой жидкостью (нефтью), поступающей из пласта под избыточным давлением и заполняют скважину.

Проектирование диаметров обсадных колонн и долот начинают с эксплуатационной колонны и далее методом снизу-вверх. Расчет диаметров обсадных труб ведется «изнутри» с диаметра эксплуатационной колонны. Исходя из предполагаемого дебита скважины и экономического обоснования, выбирается диаметр эксплуатационной колонны. Диаметр эксплуатационной колонны определяет диаметры бурения под обсадные колонны для всей скважины, а количество промежуточных колонн определяет конструкцию колонной головки. Увеличение диаметра эксплуатационной колонны позволяет использовать более производительное скважинное оборудование, позволяет эксплуатировать в скважине одновременно несколько пластов и облегчает проведение подземного ремонта. С другой стороны увеличение диаметра эксплуатационной колонны ведет к увеличению металлоемкости обсадных колонн, объему бурения и цементирования. Возрастают нагрузки на колонную головку и ее металлоемкость. Все это ведет к увеличению затрат на строительство скважины. Уменьшение диаметра эксплуатационной колонны снижает стоимость ее строительства, но увеличивает затраты, связанные с эксплуатацией скважины. Так применение малогабаритного оборудования ведет к увеличению затрат на его приобретение и эксплуатацию до 2-3-х раз. Усложняется проведение подземного ремонта, что ведет, как правило, к увеличению затрат времени, и, следовательно, и материалов, а в некоторых случаях не позволяет произвести необходимый ремонт. [Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Каштанов B.C., Мерициди И.А., Николаев Н.М., Пекин С.С., Сабиров А.А. Нефтегазопромысловое оборудование.]

Нефтяные и газовые скважины представляют собой капитальные дорогостоящие сооружения, служащие много десятилетий. С их помощью добывают нефть, нагнетают в пласты различные агенты, ведут контроль за разработкой месторождений и т.п. Незакрепленный ствол не всегда обеспечивает проведение этих операций. Поэтому возникает необходимость крепить ствол и разобщать (изолировать) пласты, содержащие различные флюиды. С этой целью в скважину опускают обсадные трубы определенного назначения (рис. 4.2):

• направление - самая большая обсадная колонна, предназначенная для предохранения устья скважины от размыва, предохранения стенок скважины от осыпания, направления промывочной жидкости в желобную систему. В зависимости от прочности пород глубина спуска составляет от 5 до 40 м;
• кондуктор - изолирует водоносные пласты, перекрывает неустойчивые породы, обеспечивает возможность установки противовыбросового оборудования. Глубина спуска от 200 до 800 м;
• техническая колонна - служит для перекрытия пластов при трудных геологических условиях бурения (несовместимые по пластовым давлениям пропластки, зоны высокого поглощения, отложения, склонные к набуханию, осыпанию и т.п.);
• эксплуатационная колонна - необходима для эксплуатации скважины. Она спускается до глубины залегания продуктивного пласта. Ввиду сложности ее назначения большое внимание уделяется прочности и герметичности колонны.

Рис. 4.2. Конструкция скважины

При проектировании рациональной конструкции скважин учитывают:

• особенности геологического строения месторождения, изоляцию водоносных и газонефтеносных горизонтов друг от друга, а также возможные дебиты и методы эксплуатации скважины;
• целевое назначение скважины (разведочная, эксплуатационная и т.д.);
• способ вскрытия продуктивного горизонта и метод извлечения нефти или газа из него;
• максимальное снижение уровня нефти в колонне в период эксплуатации;
• минимальный расход металла и цемента без ущерба для последующей эксплуатации.

Проектирование конструкции скважины ведут снизу (после выбора диаметра эксплуатационной колонны) вверх. При этом учитывается, что в газовой скважине:

• давление устья близко к забойному, что важно при расчете обсадных колонн;
• происходит значительное охлаждение колонны, растущее с увеличением перепада давлений. Это создает дополнительные напряжения;
• при значительном увеличении диаметра газовых скважин в отдельных случаях дебит газа может снижаться за счет скопления газа у забоя (Саратовское месторождение);
• при неудачной конструкции или при некачественном цементировании возникают большие подземные потери газа.

По назначению скважины делят на:

• поисковые (для поисков нефти и газа);
• разведочные (бурят на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью с целью подготовки запасов нефти и газа промышленных категорий в необходимом
• соотношении и сбора исходных данных для составления проекта разработки месторождений);
• эксплуатационные.

Эксплуатационные скважины , в свою очередь, включают:

• основной фонд добывающих (для извлечения из залежи нефти, газа, других компонентов) и нагнетательных (для закачки в продуктивные горизонты различных агентов с целью поддержания пластового давления и продления фонтанного периода разработки месторождения) скважин;
• резервный фонд (для разработки отдельных линз, зон выталкивания и др.);
• контрольные наблюдательные (для периодического наблюдения за изменением положения водо-, газонефтяного контактов, а также нефтегазоводонасыщенности пласта) и
• пьезометрические (для систематического измерения пластового давления в законтурной области, газовой шапке и нефтяной зоне пласта) скважины;
• оценочные (для уточнения параметров и режима пластов);
• специальные (водозаборные, поглощающие и др.) скважины;
• скважины-дублеры (для замены ликвидированных добывающих и нагнетательных скважин).

Количество и местоположение эксплуатационных скважин определяется в проектных документах.

Если коротко, то внутри происходят два основных процесса:
отделение газа от жидкости - попадание газа в насос может нарушить его работу. Для этого используются газосепараторы (или газосепаратор-диспергатор, или просто диспергатор, или сдвоенный газосепаратор, или даже сдвоенный газосепаратор-диспергатор). Кроме того, для нормальной работы насоса необходимо отфильтровывать песок и твердые примеси, которые содержатся в жидкости.
подъем жидкости на поверхность - насос состоит из множества крыльчаток или рабочих колес, которые, вращаясь, придают ускорение жидкости.

Как я уже писал, электроцентробежные погружные насосы могут применяться в глубоких и наклонных нефтяных скважинах (и даже в горизонтальных), в сильно обводненных скважинах, в скважинах с йодо-бромистыми водами, с высокой минерализацией пластовых вод, для подъема соляных и кислотных растворов. Кроме того, разработаны и выпускаются электроцентробежные насосы для одновременно-раздельной эксплуатации нескольких горизонтов в одной скважине. Иногда электроцентробежные насосы применяются также для закачки минерализованной пластовой воды в нефтяной пласт с целью поддержания пластового давления.

В сборе УЭЦН выглядит вот так:

После того, как жидкость поднята на поверхность, ее необходимо подготовить для передачи в трубопровод. Поступающая из нефтяных и газовых скважин продукция не представляет собой соответственно чистые нефть и газ. Из скважин вместе с нефтью поступают пластовая вода, попутный (нефтяной) газ, твердые частицы механических примесей (горных пород, затвердевшего цемента).
Пластовая вода – это сильно минерализованная среда с содержанием солей до 300 г/л. Содержание пластовой воды в нефти может достигать 80 %. Минеральная вода вызывает повышенное коррозионное разрушение труб, резервуаров; твердые частицы, поступающие с потоком нефти из скважины, вызывают износ трубопроводов и оборудования. Попутный (нефтяной) газ используется как сырье и топливо. Технически и экономически целесообразно нефть перед подачей в магистральный нефтепровод подвергать специальной подготовке с целью ее обессоливания, обезвоживания, дегазации, удаления твердых частиц.

Вначале нефть попадает на автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ). От каждой скважины по индивидуальному трубопроводу на АГЗУ поступает нефть вместе с газом и пластовой водой. На АГЗУ производят учет точного количества поступающей от каждой скважины нефти, а также первичную сепарацию для частичного отделения пластовой воды, нефтяного газа и механических примесей с направлением отделенного газа по газопроводу на ГПЗ (газоперерабатывающий завод).

Все данные по добыче - суточный дебит, давления и прочее фиксируются операторами в культбудке. Потом эти данные анализируются и учитываются при выборе режима добычи.
Кстати, читатели, кто-нибудь знает почему культбудка так называется?

Далее частично отделенная от воды и примесей нефть отправляется на установку комплексной подготовки нефти (УКПН) для окончательного очищения и поставки в магистральный трубопровод. Однако, в нашем случае, нефть вначале проходит на дожимную насосную станцию (ДНС).

Как правило, ДНС применяются на отдаленных месторождениях. Необходимость применения дожимных насосных станций обусловлена тем, что зачастую на таких месторождениях энергии нефтегазоносного пласта для транспортировки нефтегазовой смеси до УКПН недостаточно.
Дожимные насосные станции выполняют также функции сепарации нефти от газа, очистки газа от капельной жидкости и последующей раздельной транспортировки углеводородов. Нефть при этом перекачивается центробежным насосом, а газ - под давлением сепарации. ДНС различаются по типам в зависимости от способности пропускать сквозь себя различные жидкости. Дожимная насосная станция полного цикла состоит при этом из буферной ёмкости, узла сбора и откачки утечек нефти, собственно насосного блока, а также группы свечей для аварийного сброса газа.

На нефтепромыслах нефть после прохождения групповых замерных установок принимается в буферные ёмкости и после сепарации поступает в буферную ёмкость с целью обеспечить равномерное поступление нефти к перекачивающему насосу.

УКПН представляет собой небольшой завод, где нефть претерпевает окончательную подготовку:

• Дегазацию (окончательное отделение газа от нефти)
• Обезвоживание (разрушение водонефтяной эмульсии, образующейся при подъеме продукции из скважины и транспорте ее до УКПН)
• Обессоливание (удаление солей за счет добавления пресной воды и повторного обезвоживания)
• Стабилизацию (удаление легких фракций с целью уменьшения потерь нефти при ее дальнейшей транспортировке)

Для более эффективной подготовки нередко применяют химические, термохимические методы, а также электрообезвоживание и обессоливание.
Подготовленная (товарная) нефть направляется в товарный парк, включающий резервуары различной вместимости: от 1000 м³ до 50000 м³. Далее нефть через головную насосную станцию подается в магистральный нефтепровод и отправляется на переработку. Но об этом мы поговорим в следующем посте:)

В предыдущих выпусках:
Как пробурить свою скважину? Основы бурения на нефть и газ за один пост -

Владимир Хомутко

Время на чтение: 5 минут

А А

Что представляет собой нефтяная скважина?

Без нефтепродуктов сложно себе представить современную жизнь. Делаются они из нефти, которую добывают с помощью особых горных выработок. Многие из нас слышали термин «нефтяная скважина», но вряд ли все знают, что это на самом деле такое. Давайте попробуем разобраться, что собой представляет это сооружение, и какими они бывают.

Скважиной называется горная выработка цилиндрической формы, чей диаметр во много раз меньше общей длины её ствола (глубины).

Помимо скважины, есть еще такие горные выработки, как колодец и шахта. В чем их отличие от рассматриваемого нами определения? На само деле, все довольно просто. В шахту или колодец человек может попасть, а в скважину – нет. Таким образом, дополнительное определение этого сооружения таково – горная выработка, схема и форма которой исключает доступ в неё человека.

Верхнюю часть такой выработки называют устьем, а нижнюю часть – забоем. Уходящие вниз стенки образуют так называемый ствол.

Всем известно, что скважины делают при помощи бурения. Однако сказать, что их просто бурят было бы неверно. Эти капитальные сооружения, сложные в своем строении, под землей скорее строят, в связи с чем они относятся к основным средствам организации, а затраты на их бурение и обустройство являются капитальными вложениями.

Строительство нефтяных и газовых скважин

Конструкция скважины выбирается на этапе проектирования и должна отвечать следующим требованиям:

• конструкция должна предоставлять возможность свободного доступа к забою геофизических приборов и глубинного оборудования;
• конструкция должна не допускать обрушения стенок ствола;
• также она должна обеспечивать надежное разделение друг от друга всех проходимых пластов и не допускать перетекания флюидов из пласта в пласт;
• в случае необходимости, конструкция этой выработки должна давать возможность герметизировать её устье в случае возникновения такой необходимости.

Строительство и монтаж нефтяных и газовых скважин проводится следующим образом:

1. Первым делом бурится начальный ствол большого диаметра. Его глубина составляет около 30-ти метров. Затем в пробуренное отверстие опускается металлическая труба, которую называют направлением, а окружающее её пространство уставляется специальными обсадными трубами и цементируется. Задача направления – предотвратить размывание верхнего почвенного слоя в процессе дальнейшего бурения.
2. Далее до глубины от 500 до 800 метров бурится ствол меньшего диаметра, в который опускается колонна из труб, называемая кондуктором. Пространство между стенками трубы и горной породой также заливается цементным раствором на всю глубину.
3. Только после обустройства направления и кондуктора скважину пробуривают на заданную проектом глубину, и опускают в неё колонну труб еще меньшего диаметра. Эта колонная называется эксплуатационной. Если глубина залегания пласта – большая, то возможно использование так называемых промежуточных трубных колонн. Все пространство между стволом скважины и окружающей её горной породой заливается цементом.

В чем основное назначение кондуктора? Дело в том, что на глубинах до 500 метров располагается активная зона пресных вод, а ниже этой глубины (в зависимости от региона разработки) начинается зона с затрудненным водообменном, в которой много соленых вод и прочих подвижных флюидов (в том числе – газов и нефти). Так вот, основная задача кондуктора – это дополнительная защита, которая предотвращает засолонение поверхностных пресных вод и не позволяет проникать в них вредным веществам, которые сконцентрированы в нижних пластах.

Какие бывают скважины?

В зависимости от того, в каких геологических условиях расположены нефтяные месторождения, бурятся разные типы таких выработок.

Основные виды скважин:

• вертикальные;
• наклонно-направленные;
• горизонтальные;
• многоствольные или многозабойные.

Вертикальной называют скважину, угол отклонения ствола которой от вертикали – не более пяти градусов.

Если этот угол больше пяти градусов, то это уже – наклонно-направленный тип.

Горизонтальной называют скважину, если угол отклонения от вертикали её ствола приблизительно равен 90 градусов. Однако есть некоторые нюансы этого определения. Поскольку в живой природе редко встречаются «прямые линии», а разрабатываемые пласты чаще всего залегают с некоторым уклоном, то с практической точки зрения бурить строго горизонтальные скважины смысла, как правило, нет.

Проще и эффективнее направить ствол вдоль оптимальной траектории залегания. Исходя из этого, можно дать определение горизонтальному типу таких выработок как скважина, которая имеет протяженный ствол, пробуренный максимально близко к направлению целевого продуктивного пласта с соблюдением оптимального азимута.

Скважины, у которых два и более ствола, называются многоствольные или многозабойные. Их отличие друг от друга – в расположении точки разветвления, в которой от основного стола отходят дополнительные. Если эта точка располагается выше уровня продуктивного горизонта, то этот тип выработки называется многоствольным. Если эта точка располагается в пределах продуктивного горизонта, то это – многозабойный тип скважины.

Проще говоря, если основной ствол пробуривают до разрабатываемого пласта, а уже внутри него бурятся дополнительные отростки, то это – многозабойный тип (продуктивный пласт пробивается в одной точке). Все остальные выработки с несколькими стволами относятся к многоствольным (несколько точек пробития пласта). Также такой тип скважин характерен в случаях, когда пласты расположены на разных горизонтах.

Кроме того, бывают еще кустовые скважины. В этом случае несколько стволов расходятся под разными углами и на разную глубину, а их устья находятся близко друг к другу (как посаженный вверх ногами куст).

Эта классификация предусматривает следующие категории таких горных выработок:

Разведочное бурение производится на площадях, нефте- или газоносность которых уже установлена, с целью уточнения объемов обнаруженных залежей углеводородного сырья и для уточнения исходных параметров месторождения, которые необходимы при проектировании способа разработки промысла, поэтому разведке уделяется особое внимание.

Эксплуатационное бурение создает выработки следующих типов:

• основные (добывающие и нагнетательные);
• резервные;
• контрольные;
• оценочные;
• дублирующие;
• скважины специального назначения (поглощающие, водозаборные и так далее).

Сама добыча сырья производится через добывающие выработки, которые бывают насосными, газлифтными и фонтанными.

Назначение нагнетательных скважин – воздействие на разрабатываемый пласт с помощью нагнетания в него пара, газа или воды, а также прочих рабочих сред. Они бывают внутриконтурными, приконтурными и законтурными.

Резервные необходимы для разработки отдельных и застойных зон, а также зон выклинивания, которые не входят в контур основных скважин.

Контрольные нужны для наблюдения за текущим положением зон контакта добываемого ресурса и воды и прочими изменениями пласта, находящегося в разработке. Кроме того, с их помощью контролируют давление в продуктивных пластах.

Оценочные нужны для предварительной оценки подготавливаемых к разработке месторождений. Они помогают определить границы и размеры запасов, а также прочие необходимые предварительные параметры.

Дублирующие используются во время замены ликвидируемых вследствие физического износа или аварий скважин основного фонда.

Через специальные добывают техническую воду, сбрасывают промысловые воды, с их помощью ликвидируют открытые фонтаны и так далее

Процесс бурения нефтяной скважины по характеру своего воздействия на горные породы бывает:

• механическим;
• термическим;
• физико-химическим;
• электрическим и так далее.

Конструкция нефтяной скважины

Промышленное освоение месторождений подразумевает использование только механических способов, в которых используются разные режимы бурения. Все другие способы разбуривания находятся в экспериментальной разработке.

Механические методы бурения делятся на вращательные и ударные.

Ударный способ – это механическое разрушение горной породы, которые выполняется подвешенным на канате специальным инструментом – долотом. В состав такого бурового комплекса также входят канатный замок и ударная штанга. Это устройство подвешивается на канате, который перекинут блок, установленный на буровой мачте. Возвратно-поступательное движение долота обеспечивается специальным буровым станком. Цилиндрическую форму ствол приобретает вследствие поворота долота во время работы.

Газ и нефть являются полезными ископаемыми, из которых производят топливо. Именно такое топливо больше всего потребляет человечество. Нефть стали добывать относительно давно, но эра интенсивной добычи «черного золота» началась в девятнадцатом-двадцатом веке.

Сегодня более 60% мировых запасов нефти сосредоточено на Ближнем Востоке, а ведущими потребителями являются Соединенные Штаты Америки и Европа. С девяностых годов (в связи с развитием альтернативных источников энергии) темпы добычи нефти постепенно снижаются.

Этапы разработки скважин

Выделяют несколько этапов разработки нефтяных скважин:

1. Освоение объекта. Представляет собой усиленную добычу нефти с минимальной водной насыщенностью, интенсивным снижением давления в пласте, повышением числа скважин и размером показателей нефтеотдачи в лимите 10%. Длительность исследования может составить до 5 лет. Под условием окончания освоения понимается снижение выработки за один год по отношению к общему количеству запасов сырья.
2. Гарантирование постоянства высоких показателей добычи, лимитированное 3-17%, в зависимости от вязкости нефти. Продолжительность времени выработки может варьироваться от одного года до семи лет. Количество скважин при этом также растет за счет эксплуатации запасов, но происходит закрытие части старых. Это зависит от насыщенности нефти водой, что может составлять до 65%. Таким образом, нефтеотдача может оказаться около 30-50%. Добыча природного ресурса на некоторых выработках выполняется принудительно, способом механической откачки насосами.
3. Сокращение выработки. Показатели нефтеотдачи падают до 10% за год, а интенсивность добычи сокращается до 1%. Каждая скважина переходит на механический способ выкачки. Число скважин, находящихся в резерве, интенсивно сокращается. Насыщенность водой слоев может достигать 85%. Это самый сложный этап, потому как существует необходимость торможения скорости выкачивания нефти. Рассчитать разницу показателей между прошлым этапом и данным достаточно тяжело, потому как разница коэффициента за несколько лет добычи обычно минимальна. За эти три этапа отдача нефтяных слоев достигает 90% от общего объёма.
4. Окончательный этап. Забор нефти уменьшается до 1%, а коэффициент заводнённости поднимается на максимальный уровень - от 98%. Завершается выработка нефтяных скважин, после чего они закрываются. Но продолжительность этого этапа может варьироваться и достигать 20 лет.

Конструкция

Конструктивные качества нефтяных скважин обеспечиваются за счет:

1. Механической устойчивости части пласта, примыкающего к забою.
2. Возможности спуска в скважину забойного оборудования, предотвращения обрушения пластов.
3. Крепкой гидродинамической связи между нефтяными пластами и забоем скважины.
4. Возможности выработки нефти из тех пластов, которые насыщены природным материалом, путем изоляции мест, насыщенных газом и водой, если из них не планируется добыча.
5. Возможности использования дренажной системы всего нефтенасыщенного слоя.

Типовые конструкции забойных нефтедобывающих скважин

При открытом способе забоя используется следующий метод: обсаживается и цементируется башмак скважины непосредственно перед началом пласта. Далее происходит вскрытие нефтяного пласта, при этом колонна скважины остается открытой. Такая конструкция устанавливается, только если:

• порода достаточно плотна, однородна и не имеет газовых либо водяных слоев;
• имеются четкие данные о кровле и подошве скважины еще до установки оборудования и вскрытия слоя;
• при малой толщине пластов, которые можно не закреплять;
• если отсутствует необходимость вскрывать резервные пласты рядом.

Достоинством этого способа забоя являются его гидродинамические качества. Такие скважины считаются идеальными образцами. Однако имеются минусы. Существует угроза обвалов, что ограничивает частичное вскрытие резервных пластов за счет воздействия на них буровых установок.

Фильтрационные забои имеют два вида конструкции:

1. Выработка пробуривается до подошвы слоя, ставится обсадная колонна, в которой имеются отверстия, заранее высверленные против толщи нефтяного слоя, в конце заливается цементом. Такая конструкция идентична с конструкцией открытого забоя, но здесь имеет место более эффективное крепление скважины, что обеспечивает сохранение колонны, если произойдет частичный обвал.
2. Башмак колонны цементируется еще до достижения кровли пласта. Фильтр с мелкой фракцией отверстий установлен в открытой части слоя, а пространство между ним и колонной герметизируется. Такая конструкция предотвращает попадания в скважину песка.

Конструкция с установленными в забое фильтрами используется значительно реже открытой, исключительно для отсеивания песочных заторов в выработке пластов, склонных к проявлению песка.

Есть еще перфорированные забойные скважины. Такие конструкции распространены очень широко. Показатели использования достигают 90%. При проектировании скважины делается отметка в пласте, на уровень которой пробуривается колонна скважины. Нижняя часть достигает самой продуктивной отметки залежи нефти и исследуется при помощи геофизических средств. Это позволяет определить интервалы, насыщенные водой, газом и нефтью, для дальнейшей четкой эксплуатации объекта. Такая конструкция имеет ряд преимуществ:

• технологические особенности прокладки скважины и геофизические исследования стали упрощенными;
• сохраняется эффективная изоляция смежных пластов;
• существует возможность открыть резервные, насыщенные нефтью пласты;
• допускается нагрузка на дополнительные метки предзабойной зоны;
• возможность долгосрочной эксплуатации скважины и сохранение ее бурового сечения.

Такой перфорированный вид забоя не защитит скважину от появления песчаных заторов в слоях, склонных к проявлению такового. Чтоб обеспечить защиту, необходимо ставить дополнительные фильтры с малой фракцией отверстий, чтоб задержать мелкие частицы. Однако при этом резко возрастает сопротивление фильтров к поступающей пластовой жидкости.

Последовательность операций при бурении скважин

При бурении нефтяных скважин последовательность операций такова:

1. Порода разрушается с помощью бурового механизма, после чего осуществляется заглубление колонны скважины.
2. Разрушенные части удаляются из отверстия земли на поверхность.
3. Устанавливается нефтяная скважина, после чего укрепляется цементом на определенном уровне.
4. Проводятся геофизические исследования и замеры.
5. Колонна спускается до метки нефтенасыщенного пласта, который вскрывается, и происходит выкачка ресурса.

Строительство

Начальный этап строительства нефтяных скважин предусматривает выработку породы глубиной и диаметром 30 м и 40 см соответственно. В самый низ опускается труба, которая должна указывать направление бурения. Околотрубное пространство цементируется, после чего в трубу помещается буровая скважина и опускается уже с меньшим диаметром на 500-800 метров в рабочем порядке. Этот участок разрабатывается и цементируется для изоляции неустойчивых слоев породы.

Далее процесс бурения становится более сложным, а достижение рабочей глубины нефтяного слоя существенно замедляется. Это зависит от того, что иногда эффективные пласты располагаются в виде нескольких слоев, и нефтедобыча должна осуществляться из более глубокого резервного участка. В такой ситуации внедряют посредственную колонну, которая цементируется по наружной части.

После достижения необходимого рабочего уровня на него устанавливают главную эксплуатационную колонну, которая предназначена не только для выкачки газа и нефти, но и для введения необходимого количества воды, чтоб достичь нужного давления. На ее боковых стенках имеются отверстия, цементный слой отличен от слоев других колонн, в ней применяются дополнительные оснастки: центраторы, обратные клапана, пакеры и т. д., чем колонна отличается от обычных.

Эксплуатация

Эксплуатация нефтяных скважин зависит от давления в пластах и делится на несколько способов:

1. Фонтанный. Осуществляется за счет давления газа и воды в межпластовом пространстве. Является самым распространенным и экономным видом добычи.
2. Насосный. Осуществляется с помощью насосных установок, которые перегоняют нефть непосредственно в скважину.
3. Газолифтный. Осуществляется с помощью введения в пласт газа высокого давления из-за отсутствия такового в залежах.

Виды режимов эксплуатации залежей

Разделяют следующие виды режимов эксплуатации скважин.

Водонапорный режим предусматривает высасывание и перемещение нефтяных залежей по открытым пространствам между пластами за счет контактирующей с ними воды. Режимы делятся на:

• Жесткий: нефть к скважинам подходит с помощью подпорки межпластовых вод. Это позволяет увеличить коэффициент нефтеотдачи.
• Упругий: предусматривает упругое сжатие водных ресурсов, при котором накапливается энергия, что позволяет расширить межпластовое породное пространство и передвижение ресурса к нефтяной скважине.

Компании, специализирующиеся в данной области, могут использовать различные методы, но многое зависит от типа скважины.

Газонапорный режим схож с водонапорным, но эксплуатация выработки осуществляется в верхних слоях путем давления газового пространства. За счет этого газ вытесняет нефтяные залежи на поверхность к скважине. Но если залежи газа расположены вблизи скважины, они способны проникнуть в нее, что значительно снижает приток нефти. Поэтому есть риск снижения показателей коэффициента полезной добычи.

Растворенный газ используется в нефтяных залежах, в которых нет газа и мало воды. Для выдавливания нефти используют растворенный газ. Он выделяется из нефтяных месторождений и распространяется по пустотам. Газ вытесняет нефть частично в связи с малым давлением и энергией газа между пластами. Коэффициент нефтеотдачи при таком режиме довольно низок.

Гравитационный режим предусмотрен тогда, когда в пластах полностью отсутствует какая-либо энергия. Выработка нефти происходит только лишь за счет силы тяжести самой нефти с помощью наклонных буровых скважин.

Бурение нефтяных и газовых скважин

В зависимости от местонахождения пластов, бурение может быть вертикальным, горизонтальным, наклонным. После подготовки территории и оформления документов начинаются подготовительные работы.

С помощью бурильной техники ствол скважины внедряется в породу на определенную глубину, трубы объединяются в колонны, после чего закрепляются цементом во избежание обвала породы. Когда колонна достигла рабочей зоны, вскрывается нефтяной пласт и начинается непосредственный процесс откачки сырья.

Технология бурения

Бурение выработок - очень сложная технологическая операция, которая предусматривает несколько последующих действий. С помощью буровой установки в земную породу вводится сверхпрочный ствол. Технология бурения нефтяных скважин такова:

1. Ведение выработки осуществляется таким образом, что происходит разрушение породы посредством мощной буровой отдачи.
2. Устраняются из скважины лишние части пробуренной породы.
3. Укрепляется ствол выработки обсадными колоннами.
4. Исследуются породы геофизическим методом, определяется направление бурения.
5. Происходит спуск на нужную рабочую глубину и цементирование конечной колонны.

Технология бурения нефтяных и газовых скважин предусматривает два способа:

1. Механический - самый распространенный. С помощью мощных пневмомолотов разрушается слой земли, лишняя порода убирается посредством бурового раствора или газа. Он делится на подвиды: вращательный, ударный.
2. Немеханический:

• термический;
• взрывной;
• гидравлический;
• электроимпульсный.

Бурение производится с помощью специализированных буровых установок, профессионального инструмента и комплекса наземного оборудования, используемого для установки, выкачки и обслуживания станций.

Установка состоит из: оборудования для спускоподъёмных операций, буровой вышки, вышечного сооружения, силового привода, наземного оборудования, системы подачи бурового раствора. Успешное завершение технологического процесса напрямую зависит от свойств бурового раствора, который готовится на основе воды либо нефти.

Первая нефтяная скважина в Баку

Интересным фактом является то, что первую в мире нефтяную выработку установили в Баку, когда город входил в состав России. Именно бакинскими учеными был разработан наклонный метод бурения, который используют в мире повсеместно. В Баку была построена первая нефтяная скважина в 1846 году. Это предусматривает размещение месторождения на большом расстоянии от насосной установки. Был разработан метод, при котором буровые насосы разветвляются, что позволяет выкачивать нефть из нескольких источников одновременно. Таким образом, количество добытой нефти в районе при помощи буровых установок к 1890 году составило почти семнадцать миллионов баррелей. И уже к 1901 году мировой процент добычи нефти в этом регионе составил 95%.