Наклонно-направленные скважины

Содержание 

       Введение………………………………………………………………………3

1. Наклонно-направленные скважины………….……………………………4
2. Бурение сверхглубоких скважин…………….…………………………….8

Заключение………………………………………………………………….13

Литература…………………………………….…………………………….17

Приложение…………………………………………………………………18

Введение

     Потребности человечества в углеводородном сырье, отсутствие надежной альтернативы нефти и газу как топливу требуют совершенствования технологий по извлечению разведанных запасов.

Основным средством изучения горных пород, вскрытых скважинами, стали  в настоящее время геофизические  методы исследований – измерения  различных физических параметров, позволяющие  определять геологические характеристики пород и контролировать режим  работы пластов в процессе бурения  скважин. Стремительно развивающаяся промышленность требует все новых и новых полезных ископаемых, и во все возрастающем количестве. Для поисков полезных ископаемых и научного прогноза нужны разнообразные современные геологические разработки.

Особую актуальность приобрели  сейчас вопросы сверхглубокого бурения, так как запас полезных ископаемых, находящихся на поверхности Земли, почти исчерпан. Огромную важность в освоении сверхглубокого бурения  имеют проблемы, которые пока не решены, так как от скорости их решения  зависит общественный прогресс вообще всей земной цивилизации. Конечно, хотелось бы, чтобы решение этих проблем  было найдено российскими учеными, что повысило бы авторитет нашей  страны на международном уровне.

1. Наклонно-направленные скважины

Наклонно-направленное бурение - способ сооружения скважин c отклонением  от вертикали по заранее заданному  направлению. Наклонно-направленное бурение  применяется как при бурении  скважин на нефть и газ, так  и при разведке твёрдых полезных ископаемых.

Наиболее эффективная  область использования наклонно-направленное бурение - при разработке месторождений  в акваториях, в болотистых или  сильно пересечённых местностях и в  случаях, когда строительство буровых  может нарушить условия охраны окружающей среды.

Наклонно-направленное бурение  применяют также при бурении  вспомогательных скважин для  глушения открытых фонтанов, при многоствольном бурении или отклонении нижней части  ствола вдоль продуктивного горизонта c целью увеличения дренажа.

Наклонно-направленное бурение  нефтяных и газовых скважин осуществляется по специальным профилям. Профили  скважин могут варьироваться, но при этом верхний интервал ствола наклонной скважины должен быть вертикальным, c последующим отклонением в запроектированном  азимуте. При геолого-разведочных работах на твёрдые полезные ископаемые наклонно-направленное бурение осуществляется шпиндельными буровыми станками c земной поверхности или из подземных горных выработок. Бурение таких скважин отличается тем, что вначале они имеют прямолинейное направление, заданное шпинделем бурового станка, a затем в силу анизотропии разбуриваемых пород отклоняются от прямолинейного направления.

Рост объемов наклонно-направленного  бурения скважин с углами отклонения ствола скважин от вертикали более 50° обусловили ограничения по применению традиционных методов исследований с помощью аппаратуры, спускаемой в скважину на кабеле, и вызвали  необходимость разработки специальных технологий доставки скважинных приборов в интервал исследований. Решение этой проблемы возможно с помощью бескабельных измерительных систем, доставляемых на забой с помощью бурового инструмента.

Накопленный фактический  материал по естественному искривлению  скважин позволил установить ряд  общих закономерностей, учитывая которые  буровики научились проходить скважины в строго заданном направлении. Такие  скважины получили название наклонно-направленных и горизонтальных. Искусственное отклонение — это направление ствола скважины в процессе бурения по определенному плану доведением забоя до заданной точки. Искусственное отклонение скважин подразделяется на наклонное многозабойное (разветвленно-направленное) и кустовое (многоствольное) бурение.

Кустовое бурение. Под  кустовым бурением понимается способ, при котором устья скважин  группируются на общей площадке, а  конечные забои находятся в точках, соответствующих проектам разработки месторождения. При кустовом бурении  скважин значительно сокращаются  строительно-монтажные работы в  бурении, уменьшается объем строительства  дорог, линий электропередачи, водопроводов и т.д.

Наибольший эффект от кустового  бурения обеспечивается в условиях моря и в болотистых местностях. Впервые в СССР кустовое бурение  было осуществлено под руководством Н.С. Тимофеева на о-ве Артема в Азербайджане. В настоящее время в кустах бурят 8 — 24 скважины и более. Одна из основных особенностей проводки скважин  кустами — необходимость соблюдения условий не пересечения стволов скважин.

К недостаткам кустового наклонно-направленного способа бурения следует отнести вынужденную консервацию пробуренных скважин до окончания некоторой скважины данного куста в целях противопожарной безопасности, увеличение опасности пересечения стволов скважин, трудности в проведении капитального и подземного ремонтов скважин, а также в ликвидации грифонов в условиях морского бурения.

Многозабойное бурение. Сущность этого способа бурения состоит  в том, что из основного ствола скважины с некоторой глубины  проводят один или несколько стволов, т.е. основной ствол используется многократно. Полезная же протяженность скважин  в продуктивном пласте и, следовательно, зона дренирования (поверхность фильтрации) возрастают.

Первая многозабойная  скважина была пробурена в 1953 г. на Карташевском рифовом месторождении Башкортостана. Первая горизонтальная скважина, проходящая 130 м непосредственно по пласту мощностью около 30 м, была проведена в 1957 г. на Яблоновском месторождении Куйбышевской (ныне Самарской) области. Несмотря на то, что скважина была пробурена на сильно дренированный пласт, ее суточный дебит составил 40 т, что многократно превышало дебиты вертикальных скважин.

Во ВНИИБТ в результате работ по многозабойному и горизонтальному  бурению разработаны специальные  укороченные турбобуры Т12М2К, в  которых впервые была применена  проточная пята, отработана технология безошибочного попадания в дополнительные стволы, разработана система доставки геофизических приборов в горизонтальные стволы. Разработаны технические  средства и методы, позволяющие достаточно надежно проводить горизонтальные стволы в заданном направлении. Бурение  этих скважин ускоряет освоение новых  нефтяных и газовых месторождений, разведку полезных ископаемых, снижает  капиталовложения и уменьшает затраты  дефицитных материалов.

В связи с все возрастающими  объемами направленного бурения  весьма актуальной становится проблема контроля за направлением ствола скважины в процессе ее бурения, проблема возможности управления этим процессом по намеченной программе. Комплекс измерительных датчиков контроля направления ствола скважины должен состоять из датчиков измерения угла наклона скважины и ее азимута. Для управления процессом направленного бурения измерительную систему оборудуют датчиком положения отклонителя.

2. Бурение сверхглубоких скважин

     Существуют разные способы бурения. Если глубина скважины не велика, то двигатель, находящийся на поверхности, вращает колонну стальных бурильных труб; на нижнем конце трубы крепится буровая коронка , армированная твердыми сплавами или алмазами.

Вращаясь коронка вырезает цилиндрический столбик породы, которая постепенно заполняет специальную внутреннюю (колонковую) трубу, при бурении без отбора керна часто используют буровые головки, которые представляют собой систему нескольких вращающихся конусов, армированных твердыми сплавами.

Если стенки скважины неустойчивы, в нее опускают стальную обсадную трубу. В процессе бурения насос  постоянно закачивает в скважину специальный глинистый раствор, необходимый для придания устойчивости стенкам, охлаждения инструмента, выноса мелких частиц породы (шлама) и других целей. Время от времени колонну буровых труб поднимают на поверхность с помощью лебедки, установленной на буровой вышке, выгружают керн, если необходимо, заменяют изношенную коронку на новую и опять опускают буровой снаряд на забой.

Бурение сопровождается измерениями  физических свойств пород вдоль  ствола скважины. Для этого на специальном  кабеле в скважину опускают приборы, которые фиксируют температуру, электропроводность, магнитную восприимчивость и друге свойства пород. Этот процесс называют каротажем скважин.

Как показывает опыт бурения  в США и других странах, Увеличивая мощность двигателей и давления насосов, нагнетающих буровой раствор, повышая  грузоподъемность лебедок и прочность  стальных буровых труб, таким способом можно бурить скважины глубиной до 9-10 км. Для более глубоких скважин  нужны нетрадиционные инженерные решения. Многие из них были предложены и реализованы в ходе выполнения программ сверхглубокого научного бурения.

Так, если забой скважины находится на многокилометровой  глубине, целесообразно использовать забойные двигатели, установленные  не на поверхности а в нижней части буровой колонны, которая при этом сама не вращается. Забойные двигатели представляют собой миниатюрные турбины или винтовые механизмы, которые приводятся во вращение буровым раствором, нагнетаемым под давлением в скважину.

Для того чтобы уменьшит вес колонны буровых труб длинной  в несколько километров, их изготавливают  из специальных легких, но достаточно прочных и термостойких сплавов. Например при бурении Кольской скважины были использовали алюминиевые сплавы, которые в 2-4 раза легче стали. Для этих же целей предлагается применять трубы из титановых сплавов.

Когда скважина достигает  большой глубины, возникает значительная разница между гидростатическим давлением столба бурового раствора и литостатическим давлением, обусловленным  весом горных пород. В результате стенки скважины могут быть разрушены, что приводит к серьезным осложнениям  при бурении. Для того чтобы уравновесить горное давление увеличивают плотность  бурового раствора примерно до 2г на сантиметр кубический, добавляя в  него специальные наполнители.

Одна из наиболее сложных  технических задач заключается  в том, чтобы обеспечивать надежную работу бурового оборудования при высоких  температурах, существующих в сверхглубоких  скважинах. Это касается металлических  деталей, их соединений, смазок, бурового раствора и измерительной аппаратуры. Хотя на забое, то есть в самой нижней точки скважины Солтон-Си в США  на глубине 3220м была зафиксирована  температура 355 градусов С, а в другой скважине, пробуренной до1440м в одной из вулканических структур на западе США, измеренная температура достигла 465С, современные технические средства не позволят бурить сверхглубокие скважины при столь высоких температурах в течении длительного времени, поскольку термостойкость существующего оборудования не превышает 200-300С. Самые большие проблемы возникают с измерительной аппаратурой, особенно с электроникой, которая отказывает уже при 150С. Водные Буровы растворы сохраняют технологические свойства до 230-250С. При более высокой температур приходится переходить на нефтяную основу растворов и применять более сложные смеси. Высокая температура земных недр остается одним из главных факторов ограничивающих глубину научного бурения.

Серьезные технические трудности  связаны с самопроизвольным искривлением глубоких скважин в процессе бурения  из-за неравномерного разрушения парод  на забое, геологических неоднородностей, разреза и других причин. Например, забой Кольской скважины на глубине 12 км отклонился от вертикали на 840м. существуют технические приемы удержания  скважины в вертикальном положении. Так, благодаря удачной конструкции  скважина КТБ-Оберпфальц в Германии оставалась до глубины 7500 м самой вертикальной скважиной в мире. Однако глубже это приспособление вышло из строя из-за высоких давлений и температур, и скважина пошла своим путем; в результате на глубине 9101м она отклонилась о вертикали на 300 м.

Сверхглубокое бурение требует  создания специальной измерительной  аппаратуры, контролирующей условия  вдоль ствола на забое. Обычная технология каротажа с датчиками, которые опускают в скважину на термостойком кабеле, мало пригодна для этих целей. Разработана  телеметрическая и другая электронная  аппаратура, которая крепится на буровом  снаряде, а так же автономные измерительные  приборы, которые опускаются вниз и  выносятся наверх потоком бурового раствора, сигналы датчиков могут передаваться не по проводам, а гидравлическим способом, путем создания импульсов давления в буровом растворе.

Глубокие и сверхглубокие  скважины имеют телескопическую  конструкцию. Бурение начинают с  самого большого диаметра (92 см в Кольской скважине, 71см в скважине КТБ-Оберфальц), затем переходят на меньшие. Нижняя часть Кольской скважины пробурена диаметром 21,5 см. а диаметр скважины КТБ-Оберфальц на забое был 16,5 см.

Механическая скорость бурения составляет в среднем 1-3м/час за один рейс между спуско-подъемными операциями углубляются в среднем на 6-10м. Средняя скорость подъема колонны буровых труб равна 0,3-0,5 м/с. Не менее 10% тратится на измерения в скважине. В целом бурение одной сверхглубокой скважины занимает годы и стоит очень дорого. Например, бурение одной сверхглубокой скважины в Германии обошлось в 583 млн. немецких марок. Затраты на сверхглубокое бурение в нашей стране были не меньше.

При бурения сверхглубоких  скважин нередко возникают аварии, вызванные мертвым прихватом  бурового снаряда и другими причинами. На устранение аварии требуется много времени, зачастую их не возможно устранить, приходится начинать бурение нового ствола. Поэтому многокилометровый столбик керна диаметром от 5 до 20 см, который являются одним из основных, но не единственным результатом научного бурения, становится поистине драгоценным. Керн тщательно документируют и хранят в специальных помещениях. Его изучением занимаются большие коллективы специалистов, которые проводят разнообразные исследования. После того как бурение сверхглубокой скважины закончено, она превращается в постоянно действующую лабораторию. Специалисты следят за изменением режима земных недр вдоль ствола скважины и в околоскважинном пространстве, проводят различные эксперименты. Такие лаборатории созданы на базе Кольской и Воротиловской скважин в России и скважины КТБ-Оберфальц в Германии.

Заключение

    Начало добычи нефти в нашей стране уходит в далекое прошлое. Но рождением нефтяной промышленности считают 1861 год, когда Грозном на старых промыслах была пробурена первая скважина, а позже в 1864 г, скважин на Кубани. 20 июня 1918г. нефтяная промышленность в России была национализирована.

В 1944г, правительство поручило УЗТМ- Уральскому заводу тяжелого машиностроения г. Свердловск, выпуск комплектных БУ, для бурения скважин на глубину от 3000м, и выше . Соответственно в1947-48г., выпускаются уникальные установки БУ-ЗД, Бу-4Э,Бу-5Д, Бу-бЭ, предназначенные для бурения на 3000-4000м.

Установки 5Д-6Э сняты с  производства, а Бу-ЗД, 43, составляют около 60%, от всего парка БУ в России. Кинематическая, пневматическая схемы, те же, а оборудование, входящее в комплект БУ более новое и мощное. Раньше в комплект этих установок входил насос У 8-3, а сейчас У 8-7 МА2.

Позже УЗ ТМ выпускают комплектные  установки, для бурения скважин  глубиной на 4, 5; 6, 7; 8,10 и 15 тысяч м, с  дизель-гидравлическим проводом и дизель- электрическим проводом, а так  же БУ для кустового бурения, для  работы на севере. В 1980г УЗТМ выпускает  БУ -125 А- уникальную установку, где все технологические процессы автоматизированы, а управление дистанционно с пульта дисплея. Все буровые выпускаемые УЗТМ, за исключением БУ ЗД, 43, снабжены комплектом АСП автомат спуска подъема. В 1985г. УЗТМ каждые сутки выпускало одну комплектную БУ, следовательно в год 365-3 70 комплексных БУ и это в плане завода составляло всего 10%. В 1950г. Волгоградский завод Баррикады, а позлее В ЗБТ- Волгоградский завод буровой техники, приступил к выпуску установок для мелкого бурения, глубиной ОТ 1600 до 2500м, с электроприводом постоянного тока, с дизельным приводом и для кустового бурения БУ 2500 Бр ЗУ (ДУ) (ЭУК), снабжены комплексом АСПЗ. В 1974г. на Кольском полуострове закладывается уникальная СГ- сверх,- тлубокая скважина, проектной глубиной 15000м., по последним данным забой составляет более 13000 м.

В 1978г закладывается вторая СГ- Саатлинская в Азербайджане, в настоящее время забой около 12000м. В 90-х годах закладывается в центральной России еще три таких СГ.

Без преувеличения можно  сказать, что углеводороды, углеводородное сырье является становым хребтом  современной цивилизации на Земле. Под знаком Большой Нефти прошло XX столетие. Природные У В вступили в третье тысячелетие как основные энергоносители и источники химического сырья. Будущее, - во всяком случае, близкое, - почти безраздельно принадлежит им.

За последние полвека  мировое потребление энергии  возросло вчетверо главным образом  благодаря развитию добычи и использования  углеводородного сырья - нефти и  газа. Альтернативные источники энергии, невзирая на технологическую эффективность  и экономическую рентабельность их эксплуатации, до настоящего времени  не составили сколько-нибудь серьёзной  конкуренции углеводородному топливу. Характерным примером может служить  многообещающее - площадь земной поверхности  в 1 м2 получает - 1 кВт при вертикальном освещении в безоблачную погоду- использование энергии Солнца. Мощность наиболее крупных солнечных энергоустановок в Испании не превышает 7-9 МВт, и только в США в пустыне Мохаве построено пять энергетических станций мощностью 30 МВт. Даже достаточно просто «снимаемая» и используемая геотермальная энергия по сию пору выступает не альтернативой, а скорее дополнением к углеводородному сырью. В частности, реализация проекта разбуривания гидротермальной зоны Тиви на о. Лусон (Филиппины) позволила в период 1979- 1982 гг. ввести в эксплуатацию при ГеоТЭС мощностью по ПО МВт каждая. Пароводяная смесь извлекалась с глубин 200 - 2500 м из андезитов антропогенового возраста при помощи 85 скважин. Однако показательно, что по состоянию на 1983 г. Филиппинам удалось снизить импорт нефти благодаря использованию геотермальной энергии только на 7%.

Таким образом, нефть и  газ останутся и в реально  обозримом будущем главными энергоносителями, если даже не учитывать их роли как  сырья для химического синтеза.

Различают возобновляемые и  невозобновляемые источники энергии. К возобновляемым относятся Солнце, ветер, геотермальные источники, приливы и отливы, реки. Невозобновляемыми источниками энергии являются уголь, нефть и газ.

Специалисты видят выход  в создании космических солнечных  электростанций (КЭС). Дело в том, что  в космосе нет восходов и закатов  Солнца, нет облаков, препятствующих прохождению лучей.

Поэтому на единиц поверхности космической площадки поступает в 10 раз больше энергии, чем на такую же площадь земной поверхности. Уже сегодня разработаны проекты КЭС массой до 60000 т с площадью солнечных батарей до 50 км. Поднятая над поверхностью Земли на 36000 км такая станция будет иметь мощность 5 млн. кВт, т.е. на млн. кВт больше, чем самая крупная в Европе Ленинградская АЭС. Станция, выведенная на стационарную орбиту «повиснет» над одной точкой земной поверхности. Передавать полученную энергию на Землю предполагается с помощью лазеров или сверхвысокочастотного излучения. Реализация данного проекта сдерживается тем, что добытая в космосе энергия окупит сгоревшее при запусках ракет (с элементами для монтажа КЭС) топлива только через 30 лет безаварийной работы станции.

В реально обозримой перспективе  не предвидится альтернатива нефти  и газу как природным источникам углеводородов, служащих энергоносителей  сырьем для органического синтеза.

Литература

1. Коршак А.А., Шаммазов А.М. Основы невтегазового дела. – Уфа: ООО «Дизайн-Полиграф Сервис», 2002.

2. Мстиславская Л.П. и др. Основы нефтегазового производства. Уч. пособие. – М.: ФГУП изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005.

3. Ю.В. Вадецкий. Бурение нефтяных и газовых скважин. Изд-во «Академия». – 2003.

4. Иоаннесян Р.А., Основы теории и техники турбинного бурения, М-Л., 1953;

5. Лисичкин С.М., Очерки по истории развития отечественной нефтяной промышленности, М.-Л., 1954; Разведочное колонковое бурение, М., 1957;

6. Федюкин В.А., Проходка шахтных стволов и скважин бурением, М., 1959; Огневое бурение взрывных скважин, М., 1962;

7. Волков С.А., Сулакшин С.С., Андреев М.М., Буровое дело, М., 1965;

8. Куличихин Н.И., Воздвиженский Б.И., Разведочное бурение, М., 1966;Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых, М., 1966;

9. Вадецкий Ю.В., Бурение нефтяных и газовых скважин, М., 1967;

10. Ханмурзин И.И., Бурение на верхнюю мантию, М., 1967; Техника горного дела и металлургии, М., 1968;

11. Скрыпник С.Г., Данелянц С.М., Механизация в автоматизация трудоёмких процессов в бурении, М., 1968

Приложение

         Типы профилей наклонно-направленных скважин:

1 - наклонный участок; 2 - участок  набора угла наклона ствола;

3 - прямолинейный наклонный  участок; 4 - участок снижения угла  наклона ствола.