Способы бурения нефтяных и газовых скважин. Роторный способ бурения скважин
2.3 Способы бурения скважин
По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение.
При механическом бурениибуровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее.
Немеханические способы(гидравлический, термический, электрофизический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются.
Промышленное применение находят только способы механического бурения — ударное и вращательное.
2.3.1 Ударное бурение
Ударное бурение. Из его всех разновидностей наибольшее распространение получило ударно-канатное бурение (Рисунок 2.7).
Буровой снаряд, который состоит из долота 1, ударной штанги 2, раздвижной штанги-ножниц 3 и канатного замка 4 , спускают в скважину на канате 5, который, огибая блок 6, оттяжной ролик 8 и наравляющий ролик 10, сматывается с барабана 11 бурового станка. Скорость спуска бурового снаряда регулируют тормозом 12. Блок 6 установлен на вершине мачты 18. Для гашения вибраций, возникающих при бурении, применяются амортизаторы 7.
Кривошип 14 при помощи шатуна 15 приводит в колебательное движение балансирную раму 9. При опускании рамы оттяжной ролик 8 натягивает канат и поднимает буровой снаряд над забоем. При подъеме рамы канат опускается, снаряд падает, и при ударе долота о породу последняя разрушается.
Рисунок 2.7 —Схема ударно-канатного бурения
По мере накопления на забое разрушеной породы (шлама) возникает необходимость в очистке скважины. Для этого с помощью барабана поднимают буровой снаряд из скважины и многократно спускают в нее желонку 13 на канате 17, сматываемом с барабана 16. В днище желонки имеется клапан. При погружении желонки в зашламленную жидкость клапан открывается и желонка заполняется этой смесью, при подъеме желонки клапан закрывается. Поднятую на поверхность зашламленную жидкость выливают в сборную емкость. Для полной очистки скважины приходится спускать желонку несколько раз подряд.
После очистки забоя в скважину опускают буровой снаряд, и процесс бурения продолжается.
При ударном бурении скважина, как правило, не заполнена жидкостью. Поэтому, во избежание обрушения породы с ее стенок, спускают обсадную колонну, состоящую из металлических обсадных труб, соединенных друг с другом с помощью резьбы или сварки. По мере углубления скважины обсадную колону продвигают к забою и периодически удлиняют (наращивают) на одну трубу.
Ударный способ более 50 лет не применяется на нефтегазовых промыслах России. Однако в разведочном бурении на россыпных месторождениях, при инженерно-геологических изысканиях, бурении скважин на воду и т.п. находит свое применение.
2.3.2 Вращательное бурение скважин
При вращательном бурении разрушение породы происходит в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего момента. Под действием нагрузки долото внедряется в породу, а под влиянием крутящего момента скалывает ее.
Существует две разновидности вращательного бурения — роторный и с забойными двигателями.
При роторном бурении(Рисунок 2.8) мощность от двигателей 9 передается через лебедку 8 к ротору 16 — специальному вращательному механизму, установленному над устьем скважины в центре вышки. Ротор вращает бурильную колонну и привинченное к ней долото 1. Бурильная колонна состоит из ведущей трубы 15 и привинченных к ней с помощью специального переводника 6 бурильных труб 5.
Следовательно, при роторном бурении углубление долота в породу происходит при движении вдоль оси скважины вращающейся бурильной колонны, а при бурении с забойным двигателем — невращающейся бурильной колонны. Характерной особенностью вращательного бурения является промывка
При бурении с забойным двигателемдолото 1 привинчено к валу, а бурильная колонна — к корпусу двигателя 2. При работе двигателя вращается его вал с долотом, а бурильная колонна воспринимает реактивный момент вращения корпуса двигателя, который гасится невращающимся ротором (в ротор устанавливают специальную заглушку).
Буровой насос 20, приводящийся в работу от двигателя 21, нагнетает буровой раствор по манифольду (трубопроводу высокого давления) 19 в стояк — трубу 17, вертикально установленную в правом углу вышки, далее в гибкий буровой шланг (рукав) 14, вертлюг 10 и в бурильную колонну. Дойдя до долота, промывочная жидкость проходит через имеющиеся в нем отверстия и по кольцевому пространству между стенкой скважины и бурильной колонной поднимается на поверхность. Здесь в системе емкостей 18 и очистительных механизмах (на рисунке не показаны) буровой раствор очищается от выбуренной породы, затем поступает в приемные емкости 22 буровых насосов и вновь закачивается в скважину.
В настоящее время применяют три вида забойных двигателей — турбобур, винтовой двигатель и электробур (последний применяют крайне редко).
При бурении с турбобуром или винтовым двигателем гидравлическая энергия потока бурового раствора, двигающегося вниз по бурильной колонне, преобразуется в механическую на валу забойного двигателя, с которым соединено долото.
При бурении с электробуром электрическая энергия подается по кабелю, секции которого смонтированы внутри бурильной колонны и преобразуется электродвигателем в механическую энергию на валу, которая непосредственно передается долоту.
Рисунок 2.8 — Схема вращательного бурения
studfiles.net
Турбинное бурение нефтяных скважин – особенности метода
Турбинное бурение скважин представляет собой вид вращательного бурения, где породоразрушающий инструмент вращается трубобуром – гидравлическим забойным двигателем. Применяется для композиционных материалов твердого и сверхтвердого характера. Турбобур подбирается в зависимости от типа бурения скважины:
- с повышенным расходом жидкости;
- с подавлением вибрации долота;
- с большим запасом вращающего момента.
Данный метод применяется для осуществления бурения нефтяных, разведывательных и газовых скважин, так как имеет свои преимущества:
- большая механическая скорость;
- скорость бурения наклонных скважин аналогична вертикальным;
- постоянные усовершенствования.
К недостаткам можно отнести тот факт, что при высокой скорости уменьшается проходка долота. Для того, чтобы увеличить длину рейса, приходится снижать обороты. Тем не менее, характеристики турбин регулярно подвергаются изменениям, что повышает эффективность всей установки. В частности:
- значительно улучшились показатели КПД;
- понизились частоты вращения на разгоне;
- понизился перепад давления в трубобурах;
- улучшились показатели стойкости.
В целом, турбинное бурение активно применяется в добыче нефтяных, газовых залежей, а также в ряду других разведывательных и эксплуатационных скважин. Чаще всего этот способ применяется для бурения наклонных скважин.
Особенности турбинного режима
Равно как и любой другой способ, особенности турбинного режима бурения также существуют.
Основной задачей при проведении проектирования режима трубинного бурения является:
- настройка работы насосов;
- подбор буров.
Кроме этого, исходя из типа грунта подбираются подходящие долота.
Их корректный выбор очень важен, так как от его правильности зависят показатели бурения качественного характера, а также количественный результат турбинного режима. Это важно, особенно когда речь идет о нефтяных и газовых скважинах. Для получения максимального КПД нужно четко регулировать частоту вращения. Именно от неё зависит эффективность турбобура. Слишком высокие или низкие показатели приведут к тому, что КПД не будет максимальным. В целом, частота вращения бура в наиболее эффективном режиме должна составлять ½ от скорости вращения вала турбины.Турбинный способ бурения скважин, по сравнению с роторным, гораздо более эффективен, так как коэффициент передачи мощности от источника энергии к долоту в нем на порядок выше. Это позволяет ощутимо повысить производительность и, соответственно, ускорить некоторые этапы работы.
Допускает использование любых промывочных жидкостей, что также снимает определенные ограничения. С точки зрения безопасности, турбинное бурение несет меньшую опасность и менее вредит здоровью персонала.
Правильный подбор долот и режимов работ – это залог эффективного бурения. Крайне важно найти наиболее оптимальные характеристики, которые позволят максимально рационально задействовать как временные, так и топливные и энергетические ресурсы.
При турбинном режиме бурения грамотный подход играет решающую роль. В противном случае, данный способ может оказаться менее эффективным, чем роторный.
Технология турбинного бурения нефтяных скважин
Турбинное бурение нефтяной скважины – один из наиболее эффективных способов провести забойные работы. В целом, сам принцип бурения ничем не отличается от других – точно также различные слои грунта бурятся с помощью соответствующих долот, а сам забой продувается или промывается.
Так, турбинный способ бурения характерен тем, что его колона сама не вращается. Вместо этого она перенимает реактивный крутящий момент, производимый двигателем. По сути, такая колона служит средой передачи гидравлической энергии, которая и приводит в действие бур.
Различается и расположение забойного двигателя. Турбинный метод бурения подразумевает, что турбобур находится прямо над долотом и выполняет функции преобразователя гидравлической энергии в механическую. Первая появляется за счет потока бурового раствора, который проходит через все ступени гидравлической турбины.
Рабочие характеристики турбобура определяются:
- КПД;
- крутящего момента;
- перепада давления.
В зависимости от режима бурения, различают следующие турбобуры:
- односекционные, бесшпендельные;
- односекционные, шпендельные;
- духсекционные;
- трехсекционные.
Внутри секций могут находиться металлические составные или же цельнолитые турбины. Роме этого, присутсвуют резинометаллические опопры. Иногда они заменяются шаровыми.
Контроль за работой во время забоя производится с помощью манометра и индикатора веса. Важно следить, чтобы при постоянной подаче насосов в турбобуре перепад давления не менялся, или же менялся незначительно. Любые изменения, выходящие за пределы нормы, сигнализируют о возникновении неполадок в процессе работы. К примеру, повышение давления может провоцироваться засоренностью каналов турбины.
Гидравлическая турбина турбобура
Гидравлическая трубина является движущим узлом установки.Любая из её ступеней узла состоит из:
- ротора – вращающаяся часть, соединена с валом;
- статора – неподвижная часть, соединена с корпусом.
Для того, чтобы их лопатки меньше подвергались износу, их делают одинаковыми по профилю, но располагают их так, чтобы они были направлены в различные стороны.
Важно помнить, что необходимо постепенно понижать подачу буровых насосов для сохранения перепада давления в турбине. Это необходимо, потому как в процессе бурения нефтяных и других скважин гидравлическое сопротивление в трубах и кольцевых пространствах возрастает вместе с глубиной.Процесс бурения
Читайте также:
snkoil.com
Способы бурения скважин - методы обустройства
Человек, который заботится о здоровье, заинтересован в использовании природной воды. Но не везде можно выкопать колодец, чтобы получить воду нормального качества и с дебитом, не зависящим от сезонности. Выход — бурение скважины. И это дело не из легких и не дешевых. Главные требования к скважине – это долговечность и надежность, необходимый запас питьевой воды. От способа бурения зависит результат.
В сооружении скважин применимы два способа бурения: вращательный и ударный. Вращательный метод бурения — разрушение пород путем непрерывного вращения с приложением нагрузки на ось разрушающего породу инструмента. Этот метод делится на роторное, колонковое и шнековое бурение.
Роторный метод
Роторный способ используется наиболее часто. Ротор вращает бурильный инструмент. Вынос горной породы из забоя выполняется глинистым раствором. Он закачивается в скважину по бурильной колонне (прямая промывка), а порода выносится по стволу скважины. Или раствор подается по нему, и тогда разрушенная порода удаляется через обратную промывку. Достоинства роторного способа:
- высокая скорость бурения;
- бурение в породах с разной твердостью и на разную глубину;
- минимальная металлоемкость скважины, так как крепят ее стенки одной обсадной трубой.
Наряду с преимуществами есть недостатки:
- требуется расглинизация водоносного горизонта для получения нормального дебита;
- при бурении нужна вода и качественная глин;
- трудность бурения в породах с сильным водопоглощением и с валунно-галечниковыми включениями;
- трудность при бурении в зимнее время с минусовыми температурами.
Этот способ рекомендован для бурения в породах с различной твердостью и с хорошо изученным геолого-гидрологическим разрезом для вскрытия заранее разведанных водоносных горизонтов.
Колонковый и шнековый способ
Колонковое бурение применяется для обустройства неглубоких и разведывательных скважин, из-за небольшого диаметра бурения. При вращении бурового снаряда коронка разрушает породу только по кольцу, внутри которого остается колонка этой породы (керн).
Отличие шнекового бурения от предыдущего метода — процесс разрушения породы из забоя. Для её транспортировки наверх используется спиральный шнек. Этот метод бурения используется в мягких породах и при глубине скважин до 50 м. Минус — бурить таким способом в плывунах или водонасыщенных песках нельзя.
Ударная методика
Ударное бурение заключается в разрушении породы ударами долота, которое периодично поднимается и опускается над забоем. Удаление породы из забоя происходит с помощью желонки. Ударно-канатный способ бурения до 40-х гг. был основным методом, но позже его вытеснил роторный. Недостатками его являются:
- большая металлоемкость скважины вследствие большого расхода обсадных труб;
- низкая скорость бурения;
- ограничение по глубине бурения до 200 м.
Преимущества ударно-канатного метода бурения:
- качественное вскрытие водоносных горизонтов;
- возможность точно установить геологический разрез;
- высокий дебит воды из скважины;
- справляется с бурением в водопоглотительных породах и в валунно-галечниковых отложениях.
Применение ударно-канатного способа оправдано в районах с плохо изученными гидрогеологическими условиями, при вскрытии и проходке водоносных горизонтов любой мощности и в местах, где нет возможности использовать промывочный раствор, при бурении с начальным диаметром более 500 мм.
Обустройство скважины
Для обустройства скважины на участке чаще применяется вращательный метод — шнековый, реже роторный или колонковый способ бурения. Бурильная установка не всегда может заехать на участок, тем более развернуть буровую вышку. Шнековый метод не требует больших установок, а при небольшой глубине и диаметре может производиться вручную.
Ручным способом бурят в мягких породах, постепенно забуриваясь в забой. Если забурить с одного прохода сразу на большую глубину, то достать шнек будет проблематично. Для облегчения работы в забой понемногу заливают глинистый раствор или воду.
Глубина пробуренных вручную скважин небольшая и раскрывает верхние водоносные горизонты, которые не имеют хороший дебит. Сделать скважину самостоятельно — реально, но для надежной и продолжительной работы лучше обратиться к специалистам.
Может быть, вам будет интересно ознакомиться с такими темами:
Видео
Может быть, вам будет интересно просмотреть видео о способах бурения и обустройстве скважин:
infoaqua.ru
Способы бурения нефтяных и газовых скважин.
Формирование ствола скважины в процессе бурения осуществляется за счет постоянного разрушения горных пород на забое тем или иным способом. Существует много способов разрушения горных пород.
| Бурение скважин на нефть и газ по способу воздействия на горные породы | Бурение скважин на нефть и газ по характеру разрушения горных пород на забое | ||
| НЕМЕХАНИ-ЧЕСКИЕ СПОСОБЫ | МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ | Сплошное | Колонковое |
| Ударные | Вращательные | ||
| Химический | Ударно-канатный | Роторный | |
| Термохимический | Ударный на штангах | С помощью системы верхнего привода | |
| Электроимпульсный | Пневмоудар-ный | С помощью забойных двигателей (гидравлические – турбобур, винтовой (объемный) забойный двигатель, электрический - электробур. | |
| Вращательно-ударные и ударно-вращательные (комбинированные) |
НЕМЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ:
Разрушение породы возможно и без механического разрушения, например, под влиянием тепловых, электрических, высокочастотных электромагнитных и других полей. Вместо долот здесь используются буровые наконечники: плазмо – и термобуры, лазеры и др. устройства.
Однако одни из них не вышли из стадии лабораторных исследований, например химические и термохимические, другие (электроимпульсный) – за стадию опытно-промышленного внедрения.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ:
Поэтому основным способом бурения, применяемым в промышленности, является механический, основанный на разрушении горной породы силовым воздействием на нее специального породоразрушающего инструмента – долота.
При ударном бурении породоразрушающий инструмент (долото) совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси скважины и наносит периодические удары по забою. Ударное разрушение забоя и вынос частиц породы чередуются.
Способ ударно-канатного бурения характеризуется тем, что разрушение горной породы происходит под воздействием породоразрушающего инструмента, подвешенного на канате, который периодически приподнимают над забоем на сравнительно небольшую высоту (до 40-50 см) и сбрасывают. Разрушение горной породы происходит в результате ударов долота по забою. Образующийся на забое шлам периодически удаляют специальным инструментом (желонкой), который спускают в скважину на канате вместо долота.
Способ ударно-канатного бурения известен с древних времен.В настоящее время он используется в основном при разведочном бурении на россыпях, проходке взрывных скважин на карьерах и сооружении водоподъемных скважин; при бурении нефтяных скважин этот способ не используется.
Ударное бурение на штангахнапоминает предыдущий способ, но в отличие от него породоразрушающий инструмент спускают в скважину на колонне полых бурильных труб (штанг). Последняя имеет канал, по которому жидкость можно подавать к забою для удаления шлама.
В наше время способ практического применения не имеет.
Пневмоударный способ бурения –современное ударное бурение с выносом породы сжатым воздухом.
По сравнению с ударным вращательный способ бурения имеет существенное преимущество. Оно состоит в том, что породоразрушающий инструмент находится в постоянном контакте с забоем, вращаясь вокруг своей оси, а образующийся шлам непрерывно удаляется с забоя. Это преимущество обеспечило способу вращательного бурения за счет высокой производительности широкое применение.
Разрушение породы при вращательном бурении происходит при одновременном воздействии силовой нагрузки и вращающего момента. Под действием силовой нагрузки, как правило, превышающей предел прочности пород на сжатие, долото внедряется в породу на некоторую глубину, а под действием вращающего момента скалывает, дробит и истирает ее.
При роторном бурении вращение долота осуществляется силовым приводом с поверхности Земли через гибкий вал (бурильную колонну).
При бурении с помощью забойных двигателей бурильная колонна не вращается, а вращение долота осуществляется забойным двигателем (турбобуром, электробуром или винтовым (объемным) двигателем), закрепленным снизу бурильной колонны над долотом.
Турбобур- это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости.
ВЗД -это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.
Электробур -это электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности.
Преимуществами вращательного бурения с помощью забойных двигателей являются отсутствие непроизводительных затрат энергии на вращение многокилометровой колонны бурильных труб и преодоление трения о стенки скважины.
При сплошном бурении разрушается вся масса породы.
Колонковое бурение отличается тем, что забой скважины разрушается не сплошь, а выборочно с образованием кольцевого забоя. В скважине остается неразрушенный столбик (колонка горной породы) – керн. После подъема из скважины специальным колонковым снарядом керн используется как образец породы для геологического изучения.
Похожие статьи:
poznayka.org
Способы бурения скважин — Строим сами
На сегодняшний день известно несколько способов бурения скважин.
Если вы озадачены вопросом: как сделать скважину, то в данной статье вы можете познакомиться с несколькими методами данных работ.
Итак, несколько способов пробурить скважину:
- шнековое бурение;
- роторный метод бурения;
- колонковый метод;
- ударно-канатный метод бурения.
Выбор того или иного способа зависит не столько от личных предпочтений хозяина будущей скважины, сколько от ряда других факторов.
Так, на выбор способа бурения влияет уровень грунтовых вод и глубина их пролегания. Кроме того, важную роль здесь играет особенности почвы на местности.
Также один из способов бурения может быть доступнее остальных технически или по стоимости.
Распространенные способы бурения скважин
Шнековое бурение. Данный тип, как правило, используют для разработки песчаных скважин. Процедура осуществления данного вида бурения проходит следующим образом: порода, которая в процессе воздействия на нее буром разрушается, поднимается на поверхность широкими и плоскими частями шнека.
Последний представляет из себя ленты из стали, намотанные на основание бура (штангу). Внешний вид шнека похож на штопор или, популярный среди любителей зимней рыбалки, ледобур.
При использовании шнекового метода готовую скважину можно получить в течение нескольких дней. И, несомненно, главным достоинством этого метода являются его быстрота (ваше жилище будет иметь водоснабжение в ничтожно малые сроки) и относительно небольшие денежные затраты.
Правда, у этого метода есть и свои минусы, главный из которых заключается в том, что если в процессе бурения шнек наткнется на большие камни, такая встреча повлечет за собой немало проблем.
Лучше всего использовать данный метод при бурении колодцев, глубина которых не превышает 50-ти метров, а разрабатываемый грунт глинисто-песчаный и мягкий. Применение самоходных установок при разработке скважин шнеком, позволяет за одну рабочую смену пройти пару десятков метров.
Роторный метод бурения. Данный вид чаще всего используют при разработке скважин большой глубины. Роторный способ довольно популярен и в большинстве случаев (80 %) во время буровых работ используют именно его.
Во время проведения буровых работ данного типа породу разрушают, используя бур. Ротор, который благодаря бурильным трубам вращает бур, располагают на поверхности.
Также применяют разно размерные долота, что позволяет осуществлять бурение непосредственно в обсадных трубах. Если грунт склонен к разрушению и осыпанию, чтобы предотвратить обвал скважинных стенок и для локализации наружных водоносных плоскостей, в такой грунт закладывают обсадную трубу и последующие работы осуществляют внутри нее.
Для этого берут долот меньших размеров. Далее в скважину помещают еще одну обсадную колону, а следом эксплуатационную. Последняя и разместиться в месте источника воды.
Для осуществления процесса бурения используют долота разного диаметра минимум 76 мм, а максимум 215 мм. Работы начинают с максимальным. Роторный метод дает возможность разбивать даже вкрапления твердых скальных пород, расположенных под землей. После того как из глубины скважины начнет поступать чистая вода, ее можно считать готовой к использованию.
По прошествии нескольких недель воду из скважины необходимо проверить у специалистов, т.к. к этому времени ее химическая составляющая должна нормализоваться.
Роторный метод бурения лучше всего использовать при разработке артезианских скважин. Процесс бурения скважин значительной глубины, как правило, осуществляют мобильными буровыми установками, вмонтированы в МАЗ, ЗИЛ и другие.
Колонковый метод бурения. Данный метод большой популярностью не пользуется, т.к. у забойного инструмента недостаточно большой диаметр – не превышает 15,1 см.
Такие параметры значительно ограничивают область использования колонкового метода и сокращают сферу оснащения фильтрами необходимого размера и аналогичными водоподъемными приборами. 
Обычно данный метод применяют при разработке разведочных скважин значительной глубины, разработке скважин без фильтров в породах скального типа и при бурении скважин на известняках.
В дальнейшем скважины, полученные таким методом можно увеличить в диаметре до необходимого размера, используя долот. Главное отличие рассматриваемого метода, заключается в том, что кольцеобразный бур в процессе работы снимает породу только по краям разрабатываемого участка (забоя).
Лишнюю породу поднимают на поверхность под давлением жидкости, подаваемой насосом. Внутренний сегмент, носящий название керн, являющийся составной частью трубы, время от времени поднимают наверх.
К плюсам данного метода можно отнести мобильность его самоходных установок.
Ударно-канатный метод бурения. Данный метод считают одним из самых простых. Суть его состоит в том, что бур поднимают и опускают, в результате чего разрушается порода. Для удаления последней используют специализированные инструменты - желонки.
Данный метод дает возможность проводить бурения пород различных видов. Как правило, его используют на каменистых почвах.
dom-dacha-svoimi-rukami.ru
