Бурение скважин

Скважинами называют выработки большой глубины и малого диаметра, служащие для добычи полезных ископаемых и геологических исследований. Их основные конструктивные элементы представлены обсадными колоннами, обеспечивающими изоляцию стенок от рабочей части ствола, герметичность и прочность под влиянием внутренних и внешних факторов, прежде всего давления.

Определение

Скважины – вертикальные либо наклонные выработки круглого сечения.

Их диаметр составляет от 7,5 до 35 см, глубина – от 100 до нескольких тыс. м. Диаметр определяется размерами породоразрушающего инструмента, а глубина – назначением. Скважины бывают размещены вертикально, горизонтально, под углом, с искривлением. К тому же существуют восстающие варианты. Это направленные вверх скважины, бурение которых осуществляется из подземных выработок.

Бурение скважин на воду

Существует несколько типов скважин на воду, выделяемых по глубине и диаметру. Для бурения простейших вариантов применяют легкие инструменты, в то время как глубокие скважины требуют тяжелого профессионального оборудования. К тому же разработано несколько технологий бурения, подходящих для разных целей и услови

Бурение скважин на нефть

Нефтяная скважина – выработка круглого сечения, цилиндрической формы с укрепленными стенками, служащая для добычи углеводородного сырья. Имеет диаметр от 75 до 450 мм. Разработка происходит без доступа человека. Обычно скважины вертикальны, но встречаются и наклонные вариант

Разведочное бурение

Категория разведочно-поисковых скважин используется при поисках месторождений и подготовке их к разработке. На основе выполняемых задач на определенном этапе работ их подразделяют на несколько типов. Выделяют общую категорию поисково-разведочных скважин.

Бурение при строительстве

Бурение на строительстве применяют для образования в грунте скважин, шпуров и шурфов. Скважины диаметром 75-350 мм и более бурят на различную глубину для инженерно-геологических изысканий, добычи или понижения уровня грунтовых вод, производства взрывных работ, устройства набивных свай и др

Конструкция

Скважина имеет следующие элементы.

Устье – выход на поверхность (начало).
Ствол – боковая поверхность (стенки). Здесь осуществляют углубление и размещают обсадные колонны.
Забой – дно.
Фильтр – участок, прилегающий к продуктивному горизонту. Здесь может находиться необсаженный фрагмент ствола, устройство с заполненными отверстиями, часть хвостовика либо эксплуатационной колонны с отверстиями.

Стенки скважины закрепляют обсадными колоннами с целью изоляции пород, слагающих ствол. Их собирают из обсадных труб.
Первая помещаемая в скважину колонна, называемая направлением, характеризуется наибольшим диаметром и служит для предотвращения обрушения и размыва грунта устья буровым раствором. К тому же она обеспечивает циркуляцию последнего. В некоторых случаях используют 2 направления. Это актуально для грунтов со специфическими особенностями. Направление чаще всего устанавливают в предварительно подготовленную выработку и бетонируют на всем протяжении, однако в отдельных случаях забивают в породу по принципу сваи. Направление классифицируют на 2 типа по длине. Шахтный (шахтовый) вариант наиболее обширно распространен. Длина равна 3-10 м. Удлиненный тип используют в отдельных случаях. Может применяться несколько направлений. В таком случае длина равна до 100 м. Направлением стремятся достичь глинистый пласт. Колонна имеет диаметр 24,5-125 см. Для труб не регламентирована прочность, их не опрессовывают.

Следующая колонна, именуемая кондуктором, перекрывает неустойчивые верхние слои пород и водоносные горизонты. К тому же она служит для установки противовыбросного оборудования и установки следующих колонн. На основе геологической обстановки кондуктор размещают на глубине до 0,6 км, но чаще до 0,1 км. Диаметр обычно составляет 17,7-50,8 см. Кондуктор опрессовывается.
Кондуктор и направление – обязательные конструктивные элементы скважин. В случае бурения в многолетнемерзлых породах их подбирают в зависимости от планируемого растепления.

Для обеспечения устойчивости используют еще несколько типов колонн.

Сплошные – полностью перекрывают ствол вне зависимости от крепления предшествующего интервала.
Хвостовики – служат для фиксации необсаженного участка скважины с частичным перекрытием предшествующей колонны. Их используют для глубоких скважин и называют также потайными.
Летучки – промежуточные колонны, перекрывающие участок осложнений и не связанные с предшествующими и последующими колоннами.

Секционная установка колонн и фиксация хвостовиками упрощает конструкцию, уменьшает диаметр труб, зазоры, сокращает расход материалов, повышает скорость бурения и снижает затраты на него. С технологической точки зрения это решает проблему спуска колонн.

Последняя колонна, называемая эксплуатационной, служит для доступа к продуктивному горизонту. Она разобщает их от массива пород. С использованием этой колонны извлекают нефть и газ и закачивают газ и жидкость. В некоторых случаях функции эксплуатационной выполняет последняя промежуточная колонна.

Все колонны оканчиваются башмаком, представленным утолщенной трубой. При определении количества колонн в скважине не учитывают направление и кондуктор.

По завершении установки каждой колонны осуществляют цементаж, под которым понимают закачку в затрубное пространство цементного раствора и выдержку до его застывания. Данная операция служит для разобщения толщ пород, изоляции кольцевого пространства и фиксации их в скважине. Для этого используется цементный или тампонажный раствор, представляющий собой смесь вяжущих материалов воды и часто реагентов. В результате образуется цементное кольцо, под которым понимают застывший в кольцевом пространстве раствор. Оно служит для изоляции интервалов разреза и обеспечения взаимной связи стенок и колонн для образования крепи. Крепью называют систему колонн и цементных колец.

Классификация

Скважины подразделяют на основе нескольких параметров.
Как для горных выработок для их дифференциации используют тип добываемых полезных ископаемых. По данному фактору выделяют следующие скважины:

• на твердые полезные ископаемые;
• на углеводородное сырье;
• на воду.

По назначению, технологии бурения и используемому оборудованию скважины дифференцируют на геологоразведочные и глубокие.
По условиям бурения выделяют скважины на суше и морские.

К тому же данные выработки дифференцируют на глубокие и сверхглубокие. Критерием для этой классификации служит не значение глубины, а используемые технологии бурения. Сверхглубокими считают скважины, для создания которых разрабатывают новые технологии и оборудование. С развитием технологий растет глубина скважин.

По назначению выделяют следующие типы скважин.

Опорные.
Параметрические.
Поисковые – служат для обнаружения месторождений или проверки геологических прогнозов.
Разведочные – используются для оконтуривания месторождений или исследования геологического строения.
Эксплуатационные – служат для добычи полезных ископаемых.

Первые два типа используются для исследования геологического строения, ввиду чего их считают научными.
По конфигурации скважины подразделяют на вертикальные и наклонно направленные. Для большинства разведочных скважин и опорного, параметрического, поискового типов используют вертикальную конфигурацию. Большинство эксплуатационных выработок наклонно направлены.