Способы, виды и разновидности бурения скважин
Nbsp;
Российский государственный геологоразведочный университет
Имени Серго Орджоникидзе
Базанов Л.Д.
Бурение скважин
(учебное пособие для студентов геофизических специальностей.)
Москва
2014
Содержание
Стр.
1.Обшие сведения о бурении скважин……………………………………………. .3
2. Группа видов бурения – механическое бурение без циркуляции
очистного агента………………………………………………………………..... .12
2. 1. Ударно-канатное бурение………………………………………………………13
2. 2. Группа «бурение неглубоких скважин без циркуляции очистного агента….14
3. Бурение скважин с циркуляцией очистного агента…………………………… 20
3. 1. Буровая скважина – размеры и состояние……………………………………..20
3. 3. Составление конструкции скважин……………………………………………26
3. 4. Очистные агенты, используемые при бурении скважин…………………… 28
4. Бурение геологоразведочных скважин…………………………………………..32
4. 1 Техника для бурения разведочных скважин………………………………… ..32
4. 2. Общие вопросы технологии бескернового и колонкового бурения…..…. …39
4.3 Получение геологической информации при бурении скважин……………… .48 8. Получение ориентированного керна – кернометрия…………………………….52
|
|
|
5. Особенности бурения гидрогеологических скважин ……………………………56
6. Особенности бурения и освоения нефтегазовых скважин…………………… .67
7. Искривление скважин и направленное бурение………………………………….74
8 Техника и технология направленного бурения.…. ………………………………79
9. Параметры эффективности технологии бурения………………...………………92
10. Основы автоматизации и оптимизации бурения скважин…..………………. ..96
Рекомендуемая литература………………………………………………..…. .102
Общие сведения о бурении скважин
Буровая скважина – цилиндрическая выработка в земной коре, в ледяных массивах или в искусственных сооружениях, имеющая размеры в длину много больше, чем диаметр.
Параметры буровых скважин.
Скважины бурятся в любых породах от самых мягких до самых твердых.
Диаметры буровых скважин от 24 мм и до 900 мм. Диаметр может быть и больше, но тогда их называют «шурфо-скважина». Бурят и шахтные стволы диаметром до 3,6 м.
Глубины скважин от первых метров и до 12000 метров. Наша Кольская сверхглубокая научная скважина пробурена до глубины 12261 м. Самая протяженная (длинная) скважина с горизонтальным окончанием ствола, пробуренная для добычи нефти на о. Сахалине достигла 12700 метров. Самая глубокая разведочная скважина на твердые полезные ископаемые (золото) была пробурена в 1986 году в ЮАР до глубины 5422 метра.
|
|
|
Скважины бурятся в любых горных породах, в техногенных отложениях (отвалах), во льдах и в искусственных сооружениях (плотины, стены и т.п.)
Назначение буровых скважин охватывает десятки областей геологии, производства и науки. Кроме разведки полезных ископаемых, большинство основных жизненных ресурсов – нефть, газ, вода и целый ряд твердых полезных ископаемых добывается из глубин земли через буровые скважины. И, наоборот, глубокие буровые скважины используются для закачки в пористые пласты запасов углеводородного сырья, для захоронения радиоактивных отходов, для осушения водоносных горизонтов (дренажа) при проведении горных выработок. Научные буровые скважины позволяют изучать глубинное строение земной коры, ледниковые толщи Арктики и Антарктики, строение поверхности космических тел – Луны, Марса, Венеры, комет.
При проведении геофизических сейсморазведочных работ бурится большое число взрывных скважин ( сейсмоскважин).
|
|
|
Назначение технических скважин – десятки направлений производственной деятельности, главным образом при выполнении горных работ, в строительстве, в прокладке горизонтальных подземных коммуникаций и другие.
В большинстве скважин и при бурении и при завершении бурения проводится геофизические исследования.
Основные области применения буровых скважин показаны в таблице 1.
Таблица 1. 
Связь геофизики и бурения скважин.
| Можно отметить семь направлений, по которым происходит тесный контакт бурения скважин и геофизических исследований. 1 - Буровики геофизикам – бурение взрывных скважин для сейсморазведки; подготовка скважин для проведения геофизических исследований. 2 - Геофизики геологам через буровиков – геофизическое исследование скважин (ГИС) для получения геологической информации. 3 - Геофизики буровикам и геологам - инклинометрия и кернометрия в скважинах. 4 - Геофизики буровикам – кавернометрия, профелеметрия, термометрия, водопроявления, контроль цементации, контроль состояния обсадных труб. 5 - Геофизики гидрогеологам, буровикам и геофизикам– резистивиметрия, расходометрия, термометрия 6 - Геофизики буровикам эксплуатационникам – прострелочные и взрывные работы в скважинах, работы связанные с освоением (информация) продуктивных пластов. Телеметрия при направленном бурении забойными двигателями. 7 - Геофизики экономике - уменьшение объемов более дорогого колонкового бурения и заменой его бескерновым за счет получения геологической информации геофизическими методами. |
Способы, виды и разновидности бурения скважин
|
|
|
Способы и виды бурения скважин делят на две неравные группы по способу разрушения породы на забое скважины: механическое разрушение породы породоразрушающим инструментом и разрушение породы другими физическими способами.
Основной объем бурения скважин выполняется традиционным способом - механическим разрушением породы на забое скважины породоразрушающим инструментом. В этом основном способе можно выделить около двух десятков разновидностей бурения, различающихся применяемой техникой и технологией, а также областями применения.
Первое разделение видов механического бурения скважин на две подгруппы связано со способом удаления разрушаемой породы с забоя скважины.
Первая подгруппа – виды бурения без циркуляции очистного агента для удаления породы с забоя скважины, когда разрушенная порода удаляется другими способами.
Вторая подгруппа - механическое вращательное бурение с циркуляцией очистного агента – это основные виды бурения разведочных, эксплуатационных и технических скважин.
Вторая группа - физические (немеханические) способы разрушения породы для бурения скважины начали разрабатываться еще с пятидесятых годов прошлого столетия, но многие из них так и остаются на стадии опытных работ, в виду большой сложности и энергоемкости. Реально из этой группы применяются в небольших объемах несколько способов: – гидромониторное, взрывное, термическое бурение. До настоящего времени некоторые из этих методов бурения остаются «новыми» и остаются весьма перспективными, по мере развития науки и техники они могут получить эффективное применение для бурения скважин в будущем.
Основные способы, виды и разновидности бурения приведены в таблице 2.
Способы, виды и разновидности бурения Таблица 2
| Способы, виды и разновидности бурения | Параметры бурения | Главные области применения | ||||||||
| Катего-рия пород | Глубина скважин до, м | Диаметр скважин мм | ||||||||
| Ударно-канатное | I - XII | 300 | 140 - 700 | Разведка россыпей. Бурение на воду (раньше). | ||||||
| Бурение неглубоких скважин без циркуляции очистного агента | Мелкое ударное бурение | I –III | 30 | 93 – 168 | Инженерная геология, Геологоразведка. Малое водоснабжение. Взрывные сейсмоскважины. Взрывные при открытой разработке в угольных карьерах. Технические скважины (в строительстве ) | |||||
| Медленно-вращательное и комбинированное | I – V | 30 - 50 | 112 – 250 | |||||||
| Бурение задавливанием и винтобурение | I – III | 24 - 40 | 50 – 65 | |||||||
| Вибрационное, виброударное и виброударно-вращательное | I – IV I - V | 30 40 | 93 – 168 | |||||||
| Шнековое | I - IV (V) | 60 | 60 -250 | |||||||
| Механическое вращательное бурение с циркуляцией очистного агента | Геологоразведочное | Бескерновое (со сплошным забоем) | I – XII | Не ограничена | 73 – 151 (250) | Геологоразведочные скважины на интервалах, где не нужен керн. | ||||
| Колонковое | Простые снаряды | Твердосплавное | I – VIII | » 1500 | 36 - 151 | Целесообразно до глубин скважин до 200 – 300 м, глубже лучше применять ССК. | ||||
| С резцами из СТМ | V - VIII | 3500 | 36 – 112 | |||||||
| Алмазное | VI - XII | 3500 | 36 – 93 | |||||||
| Простые снаряды с забойным механизмом | Гидроударное Ударно-вращательное Вращательно-ударное | VI –XI IX - XII | ≈ 500 » 1500 | 59 – 151 59 - 76 | С твердосплавными коронками. С алмазными коронками против заполирования алмазов и самозаклинивания керна. | |||||
| Пневмоударное Ударно-вращательное
| VI - XI | » 500 | 76 - 300 | В сухих и слабообводненных скважинах. | ||||||
| (до1000) | С компрессором высокого давления. | |||||||||
| С забойным двигателем | » 1500 | 59 - 76 | Для отклонения интервала скважины при направленном бурении. | |||||||
| Специаль-ные снаряды с подъемом керна без подъема труб | Снаряды со съемным керноприемником (ССК, КССК, Logyear) | V – XI (XII) | 1500 – 3500 | 46 – 93 (47 -145) | При глубине скважин более 200 – 300 м. Современный прогрессивный вариант. | |||||
| Снаряды (Комплекты) с гидро (пневмо) транспортом керна или шлама КГК, КПК | I - V | 300 - 500 | 76- 250 | Прогрессивный метод, но только в слабых породах. Прогрессивный вариант с кольцевым пневмоударником для твердых пород. | ||||||
| Механическое вращательное с циркуляцией очистного агента | Эксплуатационное | Бескерновое | Бурение эксплуата-ционных скважин на нефть и газ | Роторное | I - XII | 9000 (с горизонтальным окончанием до 13000м) | 120 - 490 | Доразведка и добыча и нефти, конденсата и газа. (Применялось до 2008 года) | ||
| С подвижным вращателем с верхним приводом | ||||||||||
| Турбобуром | V - XII | |||||||||
| Гидравлическим двигателем | ||||||||||
| Электробуром | 7000 | 146 - 390 | ||||||||
| Бурение водозаборных и гидротермальных скважин | I - IX | 200 - 350 2000-2500 | 112- 350 | Добыча воды, рассолов и гидротепла | ||||||
| Бурение геотехнологических скважин | I - IX | 50 -700 | 70 - 500 | Добыча ТПИ (уран, сера, железо и др.) | ||||||
| Бурение технических, научных и вспомогательных скважин | I - XII | 10 - 12300 | 70 - 900 | |||||||
| Физические способы разрушения горных пород | Гидромониторное бурение | I - IV | В сочетании с добычей ТПИ. | |||||||
| Термодинамическое бурение | VI –XII | Для бурения взрывных скважин. | ||||||||
| Взрывное бурение | V - XII | Эффективно, но опасно. | ||||||||
| Термостатическое плавлением | VI - XII | Опытное. | ||||||||
| Плазменное бурение | VI - XII | Опытное. | ||||||||
| Электроимпульсное бурение | IV - VII | Опытное. | ||||||||
| Лазерное бурение | Опытное. | |||||||||
| Кавитационное бурение | Опытное. | |||||||||
| Реактивное | Опытное. | |||||||||
| Магнитострикционное | Опытное | |||||||||
| Ультразвуковое и другие | Опытное | |||||||||
Условия бурения скважин.
. Свойства горных пород и характер разрушения пород при бурении
Бурение – это разрушение горной породы на забое скважины.
Чтобы успешно бурить, надо знать физико-механические свойства пород, их состав происхождение, условия залегания. Большая часть свойств горных пород могут измеряться и оцениваться при геофизических исследованиях скважин.
Свойства пород можно условно разделить на физические – собственные свойства пород, независящие от внешнего воздействия, и механические – проявляющиеся при воздействии на породу внешних усилий.
| Физические: - плотность, - пористость, - зернистость, - слоистость, - сланцеватость, - устойчивость, - трещиноватость, - выветрелость, - кавернозность, - влажность, - влагоемкость, - водопроницаемость - и мелкие другие. | Механические: - твердость, - прочность (на сжатие, сдвиг, растя- жение) -динамическая прочность, - упругость, - пластичность, - хрупкость, - вязкость, - анизотропность, - абразивность - и другие менее важные |
Обобщенное свойство горной породы сопротивляться разрушению на забое скважины и изнашивать породоразрушающий инструмент в процессе бурения называется - буримость.
Буримость– комплексный показатель, зависящий от состава, твердости, прочности, абразивности, структуры, трещиноватости и многих других физикомеханических свойств пород. По буримости для вращательного механического бурения все горные породы делятся на XII категорий. Правильное определение категории буримости важно для решения двух задач:
- грамотный выбор породоразрушающего инструмента и параметров режима бурения.
- объективное нормирование буровых работ;
Существуют методики количественного (приборного) определения вспомогательных показателей для оценки категорий буримости пород:
- по твердости (прочности) породы – «твердость по штампу» - рш
- по объединенному показателю - рм, = 3 Fд0,8 ∙ Кабр, где Fд – динамическая прочность, Кабр– коэффициент абразивности.
В производственных условиях буримость обычно определяется геологом по официальной таблице «Классификация типичных представителей горных пород по буримости» и по скорости углубки при стандартных условиях бурения.
Таблица 3
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 2682; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!