ОБОРУДОВАНИЕ
И МЕТОДЫ БУРЕНИЯ
После того
как геолог-нефтяник обнаружит
район, благоприятный для скопления
нефти или газа, на этом месте
начинается бурение нефтяных
скважин. Так, в США ежегодно
бурится более 2 млн. скважин,
из которых примерно четверть
оказываются продуктивными.
Основные условия
бурения. Бурение должно обеспечивать
разрушение горных пород тех отложений,
через которые проходит скважина, и вынос
раздробленных частиц породы на поверхность;
при этом необходимо контролировать высокий
напор флюидов (воды, нефти и газа), которые
могут неожиданно встретиться в проходимых
скважиной пластах, а также обеспечивать
поддержку стенок скважины, чтобы они
не обваливались и не образовывали каверн.
Конечно, оборудование должно обеспечивать
бурение скважин требуемого диаметра
на любой необходимой глубине. Часто скважины
бурятся на глубинах более 7500 м. (Сверхглубинная
скважина на Кольском полуострове, заложенная
с чисто научными целями, к 2000 достигла
глубины 12 500 м. Аналогичная по назначению
скважина в южной части ФРГ пробурена
до глубины ок. 10 000 м. Продуктивная газовая
скважина в Австрии имеет глубину 8553 м,
в шт. Оклахома в США - 9583 м. Начальный диаметр
скважины может достигать 90 см, но обычно
в зависимости от условий он составляет
от 25 до 70 см. Диаметр скважины обычно уменьшается
с глубиной и у забоя иногда составляет
8 см, но чаще находится в пределах 10-20 см.
Классификация
методов бурения. Все методы бурения
могут быть подразделены на ударное
и вращательное бурение. Установка
ударного бурения бурит скважину
путем возвратно-поступательного
движения (падения и подъема) тяжелой
колонны труб бурового инструмента;
эти удары крошат породу, а раздробленные
частицы породы поднимаются и
выносятся из скважины в виде водной
суспензии. При вращательном (роторном)
бурении проходка горных пород осуществляется
тяжелой вращающейся буровой
колонной; срезанные у дна (забоя)
скважины обломки породы непрерывно
поднимаются на поверхность рабочей
жидкостью, циркулирующей в скважине
под давлением (рис. 4).
УСТАНОВКА
РОТОРНОГО БУРЕНИЯ, используемая для
бурения на большие глубины.
Под действием
веса тяжелой буровой колонны,
которая давит на долото, и
ее вращения долото разрушает
породы и углубляется в них.
При этом бурильщик медленно
опускает буровую колонну, постепенно
отпуская подъемный трос с барабана
лебедки. При бурении многое зависит от
поддержания правильного давления на
долото и скорости вращения буровой колонны.
Употребляется несколько разных типов
буровых долот; одни используются для
бурения мягких пород, другие - при проходке
более твердых пород. Специальный инструмент
предназначается для отбора образцов
пород (керна) на забое или из стенок скважины.
Скорость проходки при роторном бурении
изменяется в широких пределах в зависимости
от характера разбуриваемых пород, глубины
скважины, качества оборудования и мастерства
бурильщика. В плотных известняках или
хорошо сцементированных песчаниках скорость
проходки не превосходит 30 см/ч, а в мягких
отложениях может достигать 24 м/ч. Когда
долото снашивается, буровую колонну развинчивают
в "свечи" длиной 25-40 м, а после смены
изношенного долота свечи вновь соединяют
и опускают в скважину. Эффективность
глубокого роторного бурения зависит
от поддержания подходящей вязкости и
плотности бурового раствора. Этот раствор
не только поднимает к поверхности частицы
разбуренной породы (шлам), но также выполняет
роль смазки и охлаждения колонны буровых
труб и долота; он же образует глинистую
корку на стенках скважины, которая изолирует
пористые пласты от проникновения в них
бурового раствора. Иногда вместо водного
бурового раствора используется раствор
на нефтяной основе. Для получения и стабилизации
необходимых физических свойств буровых
растворов часто используются различные
химические реагенты и добавки, такие,
как тонкоперетертые порошки тяжелых
минералов (обычно барита) и тонкодисперсные
коллоидные глины. Важной разновидностью
вращательного бурения является бурение
с помощью турбобура. При роторном бурении
приводной двигатель находится на поверхности
земли и с помощью ротора приводит во вращение
всю колонну труб с долотом на забое. При
турбинном бурении двигатель турбобура
с буровым долотом крепится к низу колонны
труб. В буровую колонну закачивается
буровой раствор, который приводит в движение
турбину и тем самым вращает долото. Поднимающийся
к поверхности в затрубном пространстве
(между стенками скважины и буровой колонной)
буровой раствор, как и при роторном бурении,
выносит из скважины шлам и играет роль
смазки. В разных горно-геологических
условиях и при разных глубинах применяются
те или иные виды вращательного бурения
и их комбинации.