Техника бурения нефтяных и газовых скважин - Процесс бурения скважины, функция и структура буровой установки

 

1.2 Процесс бурения скважины, функция

 

и структура буровой установки

 

По характеру воздействия на горные породы с целью их разрушения способы бурения подразделяют на механический, термический, электроискровой.

В настоящее время применяют только механический способ бурения скважин. В зависимости от типа и конструкции используемого породоразрушающего инструмента и технологии бурения различают ударный, вращательный и ударно-вращательный способы. Выбуренная порода удаляется из скважины путем промывки ее жидкостью, продувки газом или с помощью механических устройств (шнеков, желонок). Ударное бурение применяется в основном для проходки неглубоких скважин в твердых породах, а в некоторых случаях также при заканчивании скважины.

Глубокие скважины на нефть и газ бурят только вращательным способом с применением породоразрушающего инструмента - долота. Его укрепляют в нижней части бурильной колонны, внутри которой прокачивают жидкость, газ или их смесь для удаления выбуренной породы через кольцевое пространство между бурильной колонной и стенками скважины. Долота могут получать вращение либо от двигателей, установленных на поверхности через колонну труб (роторное бурение), либо от забойных двигателей, расположенных над долотом в скважине турбинное или электробурение).

Процесс вращательного бурения состоит из повторяющихся в строгой последовательности операций: спуска бурильной колонны в скважину; работы долота на забое (собственно процесс разрушения породы, вращение и углубление долота при циркуляции жидкости); наращивания колонны по мере углубления скважины; подъема колонны для смены изношенного долота и ее спуска (СПО); вспомогательных или аварийных работ (промывка скважины, очистка и приготовление раствора, ликвидация осложнений, аварий и т. д.) [8, 17].

Бурильная колонна состоит из ведущей трубы квадратного или шестигранного сечения и отдельных бурильных труб (БТ) длиной 6, 9 или 12 м, имеющих на концах замки с конической резьбой, что обеспечивает быструю сборку и разборку колонны. Нижняя часть колонны состоит из утяжеленных бурильных труб (УБТ) для создания необходимых нагрузок на долото, из расширителей, центраторов, забойных двигателей (ЗД) и долота. Диаметр, масса, длина и прочность бурильной колонны, подача и давление, развиваемое насосами, определяют основные параметры буровой установки - максимально допустимую нагрузку на крюк, глубину бурения и мощность лебедки, насосов, ротора и двигателей.

Для бурения разведочных скважин небольших диаметров применяют трубы диаметром 43 - 89 мм, для глубоких разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ - трубы диаметром 102, 114, 127 и 140 мм. Выбор компоновки бурильной колонны зависит от конструкции скважины, ее глубины, технологии бурения и количества прокачиваемой жидкости. Допустимая глубина бурения трубами определенного размера зависит от свойств материала, из которого они изготовлены.

На рис. 1.2 приведена структурная схема буровой установки для глубокого вращательного бурения с промывкой скважины жидкостью (буровым раствором), а на рис. 1.3 показан внешний вид установки.

Буровая установка состоит из вышки или мачты, поддерживающей на весу бурильную колонну, силового привода, оборудования для вращения и подачи долота; насосного комплекса для прокачивания бурового раствора, устройств для его приготовления и очистки от выбуренной породы и восстановления качеств; комплекса оборудования для спуска и подъема колонн при смене изношенного долота; контрольно-измерительных приборов и других устройств. В комплекс буровой установки также входят основания, на которых монтируют, а иногда и перевозят оборудование, мостки, лестницы, резервуары для топлива, раствора, воды и др.