Бурение под нефть

Методы бурения

Когда установлено, что месторождение нефти возможно существует, проводят пробное бурение. Бурение для добычи природных ресурсов не новая идея. Около 1100 года нашей эры соляные колодцы глубиной до 3500 футов были пробурены в Китае, при применении методов, похожих на канатное бурение.

Канатное бурение. Это был метод, применяемый первопроходцами бурения в девятнадцатом и начале двадцатого веков и по-прежнему используемый сегодня для некоторых неглубоких скважин. В методе применяют тяжёлую стальную ударную штангу с долотом на конце, подвешенную на канате. Устройство поднимается и опускается неоднократно. Падающая масса стали передаёт энергию долоту, которое разрушает горную породу, за счёт чего разбивается отверстие. Отверстие необходимо сохранять пустым, кроме небольшого количества воды на дне. После пробуривания нескольких футов, ударную штангу (вместе с долотом) извлекают наружу и обломки вырубленной породы удаляют желонкой (черпаком). Метод канатного бурения прост, но эффективен только для неглубоких скважин. Прогресс замедляется из-за неэффективности долота и необходимости часто извлекать устройства для удаления обломков выбуренной породы.

Роторное бурение. Роторные буровые установки используются в различных целях – для разведочного бурения нефти, под газовые, водяные, геотермальные и нефтяные скважины; для взятия проб минералов, и при разработке недр и в строительных проектах. Самое существенное применение, однако, в нефтегазовом бурении. В роторном методе (введённом в нефтегазовое бурение около 1900 года) буровая головка подвешивается на конце бурильной колонны, состоящей из труб, которую поддерживает система полиспастов, закреплённых на буровой вышке (смотрите рисунок 3). Бурение выбранного места происходит, когда бурильная колонна и головка бура вращаются, в то время как масса бурильных труб и долота опирается внизу на горную породу.

Для сохранения головки бура холодной и смазанной, а так же для уноса разбуренной горной породы из скважины, буровой раствор нагнетают вниз по внутренней части бурильной колонны. Когда раствор достигает головки бура, он проходит через выпускные отверстия в головке бура, воздействует на забой скважины и затем перемещается вверх по кольцевому пространству (пространство между бурильной колонной и стенами скважины) вместе со взвешенными в нём разбуренными частицами горной породы. На поверхности земли буровой раствор очищается через фильтры и другие устройства, чтобы удалить обломки горной породы, и затем нагнетается назад в скважину. Бурение с циркуляцией бурового раствора повысило эффективность роторного бурения за счёт того, чего не хватало канатному бурению – возможность удалять разбуренною породу из скважины без выполнения спуско–подъёмных операций с поверхности.

Буровая колонна

Начиная от низа скважины, основу бурильной колонны для роторного бурения составляют головка бура (1), (2) удлинители и оборудование низа бурильной колонны, и (3) бурильная труба (смотри рисунок 5).

Оборудование низа буровой колонны находится точно над головкой бура и включает в себя удлинители, соединённые с одним или несколькими лопастными стабилизаторами (для сохранения оборудования и головки бура концентричными), возможно расширитель (для сохранения не конической формы ствола скважины, что бывает от истирания диаметра буровой головки книзу) и другие приспособления.

Оборудование для исследования скважины в процессе бурения и гидравлические забойные двигатели обычно находятся ниже оборудования забоя скважины, но чуть выше головки бура. Иногда группа ясов находится около верха оборудования низа бурильной колонны. Ясы могут освободить застрявшую колонну труб ударными движениями, когда они вытаскиваются при сложном извлечении.

Толстостенные удлинители, колонные трубы с тяжёлыми замками используются в оборудовании забоя скважины для передачи нагрузки на головку бура. Обычно, одна из утяжелённых труб выполняется из немагнитного металла, чтобы магнитный прибор для измерения искривления скважины мог быть использован без помех от магнитных металлов при определения угла наклона оборудования низа бурильной колонны и головки бура.

Каждое звено бурильных труб, заканчивающееся замком, примерно 30 футов в длину, и имеет внутреннюю резьбу приваренную на одном конце и наружную резьбу, приваренную на другом. Эти резьбовые соединения (бурильные замки) должны быть крепкими, надёжными, выносливыми и безопасными в использовании. Они должны быть просты при соединении и разъединении. Наружный диаметр для буровой колонны находиться в диапазоне от 2 до 6 дюйма.

Углубление бурильной колонны обеспечивается методом непрерывной циркуляции и подачи под высоким давлением бурового раствора через форсунки на буровой головке, как реактивной струи жидкости. Поток бурового раствора расталкивает разбитую породу из под головки бура, подавая новую породу на поверхность под разрушающее действие бура и начинает своё путешествие на поверхность земли. Эта передача гидравлической мощности от буровых насосов к головке бура есть важная функция бурового раствора.

Коилтюбинговое бурение. В этом методе применяется неразборная колонна из коилтюбинговых труб и специализированная коилтюбинговая вышка. По сравнению с традиционным бурением со специальными муфтами, большими диаметрами и жёстким буром, лучше применять бурильную колонну меньшего диаметра и гибкий трубопровод. В отличие от бурильных труб, которые свинчиваются вместе для образования бурильной колонны, и которые должны рассоединяться на помосте, что загружает подъёмное устройство во время спускоподъёмных операций, коилтюбинговая труба поставляется намотанной на барабан, который разматывается по ходу буровых работ и позже перематывается на намоточный барабан во время спускоподъёмных операций. Коилтюбинговый метод значительно облегчает спуск и извлечение бурового снаряда (бурильная колонна со скважинным буровым оборудованием и инструментом).

Традиционно, коилтюбинговые буровые вышки используются для ремонта и операций заканчивания скважин, где важны мобильность и компактный размер. С развитием скважинных буровых двигателей, которые не требуют использования роторных буровых колонн для вращения головки бура, коилтюбинговые установки стали функционировать, как настоящие буровые вышки.