Бурение скважин на нефть

Скважины на нефть представлены в нескольких типах. Они отличаются назначением и используются на различных стадиях разработки месторождений.

Общие особенности

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 варианты

Конструкция

В вертикальном строении выделяют следующие элементы скважины.

Устье – выход на поверхность. Служит для предотвращения разрушений и обвалов поверхностных слоев, защиты от размытия буровым раствором
Ствол – боковые поверхности. Задает направление бурения, используется для удаления разрушенных пород, установки обсадной колонны и обеспечивает доступ к нефтеносному слою.
Забой – дно.

Глубина и диаметр скважины определяются условиями бурения, типами пород, размерами и залеганием нефтеносного слоя. Так, увеличение диаметра скважины повышает скорость выкачки углеводородов. Глубина составляет от нескольких м до нескольких км.

Классификация

По назначению скважины на нефть подразделяют на следующие типы.

Опорные. Используются для исследования геологического строения, гидрогеологических условий, залегания пород, закономерностей распространения потенциально нефтегазоносных толщ. Эти варианты характеризуются большой глубиной, определяемой необходимостью вскрытия фундамента или предельными техническими возможностями. Полученные данные применяют для выяснения общих геологических особенностей территории, оценки нефте- и газоносности, подсчета прогнозных запасов этих ресурсов, составления плана геологоразведки.
Параметрические. Служат для более детального изучения отмеченных выше факторов. Результаты применяют для уточнения стратиграфического разреза, наличия потенциально нефте- и газоносных структур, прогнозных запасов.
Структурные. Используются для тщательного исследования выявленных скважинами предыдущих типов структур и создания проекта поисково-разведочного бурения. По результатам определяют залегание, возраст, физические свойства пород, слагающих разрез, отбивают маркирующие горизонты, строят структурные карты.
Поисковые. Бурят на точках, выявленных по результатам предварительно проведенных исследований, для открытия новых месторождений и залеганий углеводородов. Полученный разрез исследуют, отбирая пробы пород воды, нефти и газа, испытывают продуктивный слой на их приток.
Разведочные. Создаются в нефтегазоносных районах для оконтуривания месторождения и создания проекта разработки. Продолжают исследования нефтегазоносности, как на поисковом этапе.
Эксплуатационные. Используются на разведанном и разрабатываемом месторождении. К этой категории относят скважины, используемые для добычи, а также оценочные, нагнетательные, наблюдательные.
Оценочные. Служат для детализации режима работы пласта и степени выработки конкретных участков залежи, выявления и уточнения границ продуктивных полей.
Нагнетательные. Используются для осуществления законтурного и внутриконтурного нагнетания воды или газа в эксплуатационный пласт с целью поддержания давления.
Наблюдательные. Служат для систематического контроля таких параметров пласта, как давление, положение водо-нефтяного, газо-нефтяного, газо-водяного контактов при эксплуатации.
Специальные. Используются для добычи воды, подготовки и создания газохранилищ, ликвидации фонтанов углеводородов, сброса промысловых вод в непродуктивные пласты.

Технология бурения

По направлению выделяют вертикальный, горизонтальный и наклонный способы.
Наиболее эффективным и недорогим является первый метод. Его используют на сложных участках пород.
Разработка скважины происходит путем последовательного бурения пород. в промежутках удаляют разрушенный материал и укрепляют стенки при необходимости.
Весь процесс создания скважины включает несколько этапов.

Возведение наземных сооружений.
Заглубление ствола путем разрушения пород буровым оборудованием.
Удаление разрушенного материала.
Укрепление ствола обсадной колонной и тампонирование заколонного пространства.
Исследование продуктивного слоя геологическими и геофизическими изысканиями.
Освоение – спуск колонны на рабочую глубину. Нередко его совмещают с прочими работами (вскрытием пласта, креплением призабойной зоны, перфорацией, вызовом интенсификации притока / оттока флюида), называя все это заканчиванием.

Изначально пробуривают ствол глубиной до 30 м и диаметром до 400 мм. В него опускают трубу, задающую направление бурения, и цементируют пространство между ней и стволом.

Далее осуществляют заглубление меньшим диаметром на 500-800 м. Данный участок, называемый кондуктором, служит для изоляции неустойчивых и рыхлых слоев грунта. Обсадную колонну здесь также цементируют во избежание воздействия на нее смещенных пластов.

По достижении продуктивного пласта монтируют эксплуатационную колонну. Она служит для добычи углеводородов и подачи воды для создания давления. От обсадной колонны эксплуатационная отличается отверстиями в стенках и цементном слое. К тому же она дополнительно оснащена пакерами, центратором, обратным клапаном, обсадными кольцами и прочими приспособлениями.
При бурении в ствол постепенно опускают обсадную колонну. Ее конструкция, состоящая из труб, позволяет осуществлять это отдельными секциями. В сложных работах используют многоколонную схему. Она приводит к значительному усложнению работ и повышенному износу обсадных труб и буровых. Для сокращения износа используют защитные кольца. Они представляют собой кольца в виде металлического каркаса с двумя резиновыми оболочками. Их устанавливают над ротором буровой при спуске и подъеме, фиксируя стальными штырями.

Оборудование

Для бурения скважин используются буровые станки, долота и прочие инструменты. Скважины размещают на суше и на морском дне. В зависимости от этого различается обустройство буровых установок. Так, на суше технику размещают на обустроенных площадках, а в морских условиях используют эстакады и платформы.

Буровая установка представляет собой комплекс оборудования, включающий следующие категории:

спускоподъемная (кронблоки, лебедки);
циркуляционная (насосы, вертлюги, емкости);
буровое (вышки, стеллажи, мостки);
силовая (генераторы);
для приготовления растворов (воронки, мешалки).

Разработка

Процесс разработки скважины подразумевает ряд мер по обеспечению максимально эффективной добычи углеводородов.
Предварительно проводят разведочные работы для разработки проектной документации, определяющей технические характеристики бурения и размеры забоя. Проект описывает количество объектов разработки, последовательность добычи, технологии оказания различных воздействий для достижения максимальной выработки.

На месторождениях скважины располагают сеткой. Она включает добывающие и нагнетающие скважины. Особенности сетки, такие как равномерность и плотность, определяются параметрами продуктивного пласта. Так, на толстых пластах формируют плотную, упорядоченную сетку для достижения максимальной скорости добычи.

Разработка включает 4 этапа.

Освоение. Происходит интенсивная добыча нефти с минимальной обводненностью. Это сопровождается сокращением давления в пласте. Количество скважин увеличивают. Коэффициент нефтеотдачи на данном этапе составляет до 10%. Освоение продолжается до 5 лет. Его завершают при снижении годовой добычи относительно балансовых запасов.
Поддержание высокого уровня добычи (3-17% в зависимости от вязкости). Количество скважин продолжает возрастать, однако часть старых закрывают ввиду повышения обводненности нефти до 65%. На отдельных скважинах добычу осуществляют механическим способом (принудительной откачкой насосами). Коэффициент нефтеотдачи равен 30-50%. Этот этап длится 1-7 лет.
Сокращение добычи. Темпы отбора снижаются до 1%, коэффициент нефтеотдачи – до 10%. Обводнение возрастает до 85%. Все скважины переводят на механизированный способ, а число резервных сокращают. Данный этап считают наиболее сложным ввиду замедления скорости откачки. При этом разница с предыдущим по среднегодовому коэффициенту добычи минимальна. За 3 описанных стадии вырабатывают до 90% объема продуктивного пласта.
Завершающий этап. Отбор снижается до 1%, обводненность возрастает до значений более 98%. Разработку скважин прекращают и закрывают их. Это наиболее длительная стадия, продолжающаяся до 20 лет. Продолжительность определяется рентабельностью.