Определение понятия буровых скважин, их классификация и варианты заложения. Характеристика, основные этапы, преимущества и недостатки строительства подземных коммуникаций по технологии вертикального, горизонтально- и наклонно-направленного бурения.
Диаметр буровых скважин может изменяться в широких пределах, но в основном к скважинам относят выработки диаметром от 16 до 1 500 мм. Бурение как средство проникновения в глубь земной коры с целью ее изучения и добычи полезных ископаемых использовалось человеком еще в древности. После бурения и установки обсадной трубы - требуется прочистить и промыть скважину, чтобы выбросить мелкие частицы породы. Буровая головка соединена посредством полого корпуса с гибкой приводной штангой, что позволяет управлять процессом строительства пилотной скважины и обходить выявленные на этапе подготовки к бурению подземные препятствия в любом направлении в пределах естественного изгиба протягиваемой рабочей нити. Буровой раствор уменьшает трение на буровой головке и штанге, предохраняет скважину от обвалов, охлаждает породоразрушающий инструмент, разрушает породу и очищает скважину от ее обломков, вынося их на поверхность.В данной работе была рассмотрена классификация буровых скважин по направлению; рассмотрены основные технологии бурения для каждого вида.
Введение
Бурением скважин называется совокупность технологических операций по проведению в горных породах выработок круглого поперечного сечения инструментом и оборудованием специального назначения.
Буровые работы выполняются специальными техническими средствами (буровыми установками и инструментами) без доступа человека внутрь этих выработок. Бурение скважин, как любая техническая отрасль знания, подразделяется на технику и технологию бурения.
Буровой скважиной называется цилиндрическая горная выработка, имеющая диаметр во много раз меньше ее глубины. Диаметр буровых скважин может изменяться в широких пределах, но в основном к скважинам относят выработки диаметром от 16 до 1 500 мм.
Бурение скважин может производиться с земной поверхности, из подземных горных выработок, с поверхности водоемов (рек, озер, морей и океанов) и даже с поверхности других планет (например, с поверхности Луны или Марса).
Бурение как средство проникновения в глубь земной коры с целью ее изучения и добычи полезных ископаемых использовалось человеком еще в древности. Самые первые шаги человеческой цивилизации были связаны с освоением минеральных богатств земных недр, которое невозможно без проходки разведочных и эксплуатационных скважин.
1. Классификация буровых скважин по направлению
По направлению скважины классифицируются: - на вертикальные (направленные вниз или вверх - угол наклона скважины ? относительно горизонта равен 90?);
- на наклонные относительно горизонта (направленные вниз или вверх, угол наклона ? относительно горизонта меньше 90?);
- на горизонтальные.
Основные варианты заложения скважин с поверхности или из горных выработок показаны на рис. 1.
2. Вертикальное бурение буровой скважина строительство подземный
Вертикальное бурение - самый простой из всех доступных на сегодня вариантов строительства скважин, используемый при добыче полезных ископаемых и водных ресурсов. При его выполнении штольня прокладывается по направлению вертикально вниз, позволяя по кратчайшему пути добраться до нужных подземных слоев. Данный метод является универсальным и позволяет использовать практически любой из существующих способов выполнения буровых работ вне зависимости от его особенностей и назначения скважины.
Технология вертикального бурения
Первый этап бурения - это бурение шахты для "кондуктора". На первом этапе колонковым методом начинается спуск буровой колонны в шахту скважины, с выбросом шлама наружу. Глубина скважины зависит от того насколько глубоко находится твердый грунт.
Второй этап бурения - установка "кондуктора". На втором этапе буровой инструмент поднимается наверх и устанавливается труба, которую принято называть "кондуктором". "Кондуктор" - это внешняя гильза для защиты внутренней трубы от механических повреждений. "Кондуктор" может быть как из ПНД трубы, так и из стали. Это зависит от особенностей грунта.
Третий этап - бурение скважины до устойчивого водоносного горизонта. На третьем этапе с помощью бурового снаряда начинается бурение с выбросом шлама наверх. По мере увеличения глубины бригада наращивает буровые штанги. Данная процедура выполняется необходимое количество раз, пока не будет достигнута необходимая глубина забоя.
Четвертый этап - монтаж обсадной колонны. Ствол скважины обсаживается стальной или пластиковой трубой. Трубы крепятся между собой специальным резьбовым соединением, что обеспечивает целостность и долговечность скважины.
Пятый этап - прокачка скважины. После бурения и установки обсадной трубы - требуется прочистить и промыть скважину, чтобы выбросить мелкие частицы породы. Этап промывки происходит до чистой, прозрачной воды.
3. Горизонтально-направленное бурение
Горизонтально-направленное бурение в большинстве случаев используется при прокладке канализационных труб, газификации и подключении к водоснабжению населенных пунктов. В основу такого метода работы были заложены процессы запрессовывания буровой головки с подаваемым через нее бетонного раствора. Высокая скорость движения этого вещества позволяет создавать режущий эффект.
Для того чтобы обеспечить эффективное управление рабочим процессом в головку бура встраивается зонд, оснащенный передатчиком для связи с размещенным на поверхности приемником. В результате прокладку горизонтально-направленного бурения удается выполнить достаточно точно даже при необходимости получения криволинейной траектории движения трубопровода.
Строительство подземных коммуникаций по технологии горизонтально-направленного бурения осуществляется в четыре этапа: 1. Бурение пилотной скважины - особо ответственный этап работы, от которого во многом зависит конечный результат. Оно осуществляется при помощи породоразрушающего инструмента - буровой головки со скосом в передней части и встроенным излучателем.
Буровая головка соединена посредством полого корпуса с гибкой приводной штангой, что позволяет управлять процессом строительства пилотной скважины и обходить выявленные на этапе подготовки к бурению подземные препятствия в любом направлении в пределах естественного изгиба протягиваемой рабочей нити. Буровая головка имеет отверстия для подачи специального бурового раствора, который закачивается в скважину и образует суспензию с размельченной породой. Буровой раствор уменьшает трение на буровой головке и штанге, предохраняет скважину от обвалов, охлаждает породоразрушающий инструмент, разрушает породу и очищает скважину от ее обломков, вынося их на поверхность.
Контроль за местоположением буровой головки осуществляется с помощью приемного устройства локатора, который принимает и обрабатывает сигналы встроенного в корпус буровой головки передатчика. На мониторе локатора отображается визуальная информация о местоположении, уклоне и азимуте буровой головки. Также эта информация отображается на дисплее оператора буровой установки. Эти данные являются определяющими для контроля соответствия траектории строящегося трубопровода проектной и минимизируют риски излома рабочей нити. При отклонении буровой головки от проектной траектории оператор останавливает вращение буровых штанг и устанавливает скос буровой головки в нужном положении. Затем осуществляется задавливание буровых штанг без вращения с целью коррекции траектории бурения.
Строительство пилотной скважины завершается выходом буровой головки в заданной проектом точке.
Буровая штанга (БШ) представляет собой трубу диаметром 50-80 мм и длиной 2-6 метра. На концах БШ нарезаны конические резьбовые соединения с наружной, и на противоположном конце - с внутренней резьбами. БШ имеет один очень важный элемент без которого изменение направления пилотной скважины было бы невозможным, это - сильфонная вставка (соединение). На каждой БШ есть два таких соединения. В общем-то, технологически, это больше напоминает накатку на трубе, нежели какую-то вваренную в БШ вставку.
В буровой машине БШ вкручиваются последовательно, одна в другую, по мере продвижения буровой головки. Таким образом, соединенные между собой БШ, похожи на гибкий трос, которым прочищают канализационные трубы.
2. Расширение скважины - осуществляется после завершения пилотного бурения. Буровая головка отсоединяется от буровых штанг и вместо нее присоединяется риммер - расширитель обратного действия. Приложением тягового усилия с одновременным вращением риммер протягивается через створ скважины в направлении буровой установки, расширяя пилотную скважину до необходимого для протаскивания трубопровода диаметра. Для обеспечения беспрепятственного протягивания трубопровода через расширенную скважину ее диаметр на 50-100 % превышает диаметр трубопровода.
3. Протягивание трубопровода
На противоположной от буровой установки стороне скважины располагается готовая к протягиванию плеть трубопровода. К переднему концу плети крепится оголовок с воспринимающим тяговое усилие вертлюгом и риммеру, и в то же время не передает вращательное движение на трубопровод. Таким образом, буровая установка затягивает в скважину плеть протягиваемого трубопровода по проектной траектории.
4. Заключительный этап
После окончания основных технологических этапов, инженерно-технический персонал сдает заказчику исполнительную документацию, на которой указано фактическое положение уложенного трубопровода в различных плоскостях, с обязательным указанием «привязок» к ориентирам на местности.
4. Наклонно-направленное бурение
Наклонно-направленное бурение - способ сооружения скважин c отклонением от вертикали по заранее заданному направлению. При бурении скважины проектируются вертикальными или наклонными.
Наклонными считаются скважины, отклонение которых от вертикали составляет: более 2? при колонковом бурении и более 6? - при глубоком бурении скважин.
Отклонение скважины от вертикали может вызываться естественными условиями или искусственно.
Естественное искривление обусловливается рядом причин (геологических, технических, технологических), зная которые, можно управлять положением скважины в пространстве.
Под искусственным искривлением понимают любое принудительное их искривление.
Наклонные скважины, направление которых в процессе бурения строго контролируется, называют наклонно направленными.
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 геологоразведочных работах на твердые 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.
Наклонно-направленные скважины подразделяют на одно- и многозабойные. При многозабойном бурении из основного, вертикального или наклонного ствола проходится дополнительно один или несколько стволов.
Искусственное отклонение скважин широко применяется при бурении скважин на нефть и газ.
Искусственное отклонение скважин делится на наклонное, горизонтальное бурение, многозабойное (разветвленно-наклонное, разветвленно-горизонтальное) и многоствольное (кустовое) бурение.
Бурение этих скважин ускоряет освоение новых нефтяных и газовых месторождений, увеличивает нефтегазоотдачу пластов, снижает капиталовложения и уменьшает затраты дорогостоящих материалов. Искусственное отклонение скважин в нефтяном бурении в основном осуществляют забойными двигателями (турбобуром, винтовым двигателем и реже электробуром) и при роторном способе бурения.
В настоящее время применяют следующие основные способы искусственного отклонения скважин: 1. Использование закономерностей естественного искривления на данном месторождении (способ типовых трасс).
В этом случае бурение проектируют и осуществляют на основе типовых трасс (профилей), построенных по фактическим данным естественного искривления уже пробуренных скважин.
Способ типовых трасс применим только на хорошо изученных месторождениях, при этом кривизной скважин не управляют, а лишь приспосабливаются к их естественному искривлению.
Недостаток указанного способа - удорожание стоимости скважин вследствие увеличения объема бурения.
Необходимо также для каждого месторождения по ранее пробуренным скважинам определять зоны повышенной интенсивности искривления и учитывать это при составлении проектного профиля.
2. Управление отклонением скважин посредством применения различных компоновок бурильного инструмента.
В этом случае, изменяя режим бурения и применяя различные компоновки бурильного инструмента, можно, с известным приближением, управлять направлением ствола скважины.
Этот способ позволяет проходить скважины в заданном направлении, не прибегая к специальным отклонителям, но в то же время значительно ограничивает возможности форсированных режимов бурения.
3. Направленное отклонение скважин, основанное на применении искусственных отклонителей: кривых переводников, эксцентричных ниппелей, отклоняющих клиньев и специальных устройств.
Перечисленные отклоняющие приспособления используются в зависимости от конкретных условий месторождения и технико-технологических условий.
Скважины, для которых проектом предусматривается определенное отклонение оси ствола от вертикали по вполне определенной кривой, называются наклонными или наклонно направленными.
К наклонным скважинам при турбинном и роторном бурении на нефть и газ относятся в основном скважины, забуриваемые с поверхности вертикально с последующим отклонением в требуемом направлении, вплоть до горизонтального, т.е. под углом в 90 градусов.
Вывод
В данной работе была рассмотрена классификация буровых скважин по направлению; рассмотрены основные технологии бурения для каждого вида.
Список использованной литературы и интернет-источников
