Тема 5-6. Общие сведения. Основные требования к оборудованию, обусловленные условиями морского бурения. Общепринятые и специальные виды бурового оборудования

 

Целью бурения скважин является создание канала, соединяю­щего один или несколько пластов с поверхностью. Этот канал ис­пользуется для оценки запасов месторождения на стадии разведки и изучения месторождения и для добычи углеводородов на стадии разработки месторождения. При разведке месторождения скважи­ны после получения необходимой информации могут быть заглу­шены. Оценочные скважины могут временно заглушаться с тем, чтобы на стадии эксплуатации быть использованными вновь в ка­честве добывающих скважин.

На стадии разбуривания залежи бурятся добывающие, водо-, газонагнетательные и наблюдательные скважины, а также скважи­ны, используемые для закачки добываемой в процессе эксплуата­ции залежи воды и отходов производства в вышележащие (непро­дуктивные) горизонты. Число и тип бурящихся скважин зависят от типа залежи и сложности ее строения, объема углеводородов в пласте, местоположения залежи, условий, накладываемых на процесс разработки с точки зрения охраны окружающей среды и т.п.

Хотя главной целью бурения и является продуктивный пласт, успешная проходка всех вышележащих пластов также является немаловажной задачей. Зачастую наибольшие сложности испыты­ваются именно при разбуривании вышележащих пластов.

Буровое оборудование

Буровые установки, предназначенные для бурения нефтяных скважин, состоят из следующих шести основных компонентов:

- системы спуска-подъема инструмента;

- бурильного инструмента;

- системы вращения долота;

- системы циркуляции бурового раствора;

- системы контроля давления;

- источников энергии.

Система спуско-подъема инструмента (подъемная система) состоит из трех основных элементов - буровой вышки, лебедки и талевого механизма (кронблока, талевого блока, крюка, талевого каната и др.). При бурении вышку можно рассматривать как подъ­емный кран, в функции которого входят подъем и спуск буриль­ных труб в скважину. При подъеме из скважины бурильная колон­на поднимается вдоль вышки вверх, обычно на высоту одной све­чи (3 или 4 звена бурильной трубы). Затем бурильная свеча раз­винчивается и вертикально подтаскивается к одной из сторон вышки. Вертикальная укладка бурильных свеч позволяет сэконо­мить больше времени и площади. Современные буровые установ­ки оснащены автоматизированным комплексом спуско-подъема или системой дистанционного управления, позволяющие облег­чить эту работу.

Проходит испытания новая конструкция буровой установки, представляющая собой гидравлический цилиндр для подъема и спуска в скважину бурильной колонны. При этом отпадает необ­ходимость в буровой вышке и лебедке, что позволит снизить об­щий вес бурового оборудования, а также повысит безопасность бурения скважин, уменьшив количество движущихся элементов.

Бурильный инструмент (колонна). Процесс бурения основан на энергии, используемой для разрушения породы и образования скважины. Разрушение породы производится за счет веса буриль­ной колонны, ее вращения и гидравлических сил бурового раство­ра. Бурильная колонна состоит из соединенных между собой по­средством резьбового соединения стальных труб (свеч), обра­зующих непрерывную конструкцию от устья до забоя скважины и передающих вращающий момент на буровое долото. Одновремен­но в колонну закачивается буровой раствор, струя которого под большим давлением направляется через долото на забой, разрушая и поднимая выбуренную породу на поверхность. Обычно буриль­ный инструмент состоит из (сверху вниз) бурильных труб, утяже­ленных бурильных труб со стабилизаторами и другими вспомога­тельными элементами и долота. Стабилизаторы имеют лопасти такого же или меньшего диаметра по сравнению с диаметром до­лота. Они обеспечивают стабильное положение бурильной колон­ны и помогают при направленном бурении. При обычном верти­кальном роторном бурении бурильная колонна должна испыты­вать растягивающие напряжения с тем, чтобы избежать искривле­ний, обычно происходящих при сжимающих нагрузках на буриль­ные трубы. Утяжеленные бурильные трубы, будучи самыми тяже­лыми компонентами, располагаются внизу бурильной колонны и обеспечивают нагрузку на долото, подвергаясь тем самым сжи­мающим нагрузкам.

Система вращения долот. В бурении применяют две системы вращения бурильной колонны — с помощью бурового ротора и системы верхнего привода (СВП). Ротор расположен на буровой площадке и имеет привод, приводящий в вращательное движение стол ротора. Вращение стола ротора через закрепленную в нем ве­дущую трубу передается на бурильную колонну. Ведущая труба имеет квадратное или шестиугольное сечение и является приводом для бурильной колонны.

При использовании на современных буровых установках СВП ротор с его приводом отсутствует. СВП подвешивается на талевом блоке и перемещается по направляющим рельсам, предотвращаю­щим появление реактивного вращающего момента. СВП имеют электрический или гидравлический двигатель, редуктор и ввинчи­ваются непосредственно в бурильную свечу. Применение СВП считается более эффективным, чем обычный ротор, в особенности при бурении наклонных скважин.

Система циркуляции. Для обеспечения устойчивости пород на стенках скважин путем создания гидравлической силы противо­действия проявлению горного давления, разрушения породы и вы­носа выбуренной породы на поверхность применяется система циркуляции. Основным элементом, которую обслуживает эта сис­тема, является циркулирующая жидкость (буровой раствор). При­меняют различные типы бурового раствора, среди которых можно выделить три основные категории:

> жидкость на водной основе, которая, как правило, получает­ся из воды, инертных материалов для увеличения веса раствора и различных химреагентов для повышения вязкости и контроля за фильтрацией жидкости;

> жидкость на эмульсионной основе, которая, как правило, получается из различных концентраций углеводородов, воды, инертных материалов и химреагентов;

> жидкость на синтетической основе, которую можно сопоставить с эмульсионным раствором, в котором углеводородная эмуль­сионная фаза заменена синтетическими и менее опасными для окружающей среды химическими реагентами.

Кроме бурового раствора в систему циркуляции входят также буровые насосы, отстойники (емкости), оборудование для приго­товления и очистки бурового раствора. В отстойниках можно хра­нить различные виды буровых растворов.

Еще один компонент системы циркуляции - цементирующая ус­тановка, применяемая для закачивания цементного раствора в про­странство между обсадными трубами и стволом скважины. Она также может применяться для поддержки системы циркуляции и для опрессовки оборудования.

Система контроля давления в скважине является вторичным барьером, препятствующей выбросу углеводородов на поверх­ность при бурении скважин. Первичным барьером служит гидро­статическое давление бурового раствора.

Система контроля давления состоит из трех основных компо­нентов: превенторов; штуцерной линии (линии дросселирования) и линии глушения скважин; контрольной системы (системы управ­ления).

Превенторы располагаются непосредственно под буровой пло­щадкой при проведении буровых работ на стационарной платфор­ме, самоподъемной установке и при наземном бурении или на морском дне в случае применения полупогружных установок и буровых судов.

Источники энергии. Буровые установки обеспечивают сами себя электроэнергией. Обычно генераторы энергии работают на дизельном топливе и снабжены силиконовыми или другими вы­прямителями для преобразования переменного тока в постоянный. Применявшаяся до последнего времени система механического привода для буровых насосов и ротора используется только на ус­тановках старого образца. Для электродвигателей основных ис­полнительных механизмов предпочтение отдается постоянному току из-за более простого контроля скорости. В связи с производ­ством надежных методов электронного контроля переменного тока современные буровые установки переводятся на использование переменного тока для всех типов электродвигателей. Потребность в энергии зависит от размера установки и типа оборудования, и обычно современная большая полупогружная буровая установка имеет мощность 6-8 МВт.

 

Контрольные вопросы:

1. Что является целью бурения скважин?

2. Основные требования к оборудованию, обусловленные условиями морского бурения.

3. Общепринятые и специальные виды бурового оборудования

4. Для чего предназначены буровые установки?

5. Из чего состоит система спуско-подъема инструмента (подъемная система)