Бурение нефтяных и газовых скважин

      Во  время бурения бурильные трубы  одна за одной затаскиваются с  мостков к ротору при помощи вспомогательной  лебёдки. Затем доставленная труба  навинчивается на колонну, и происходит дальнейшее углубление забоя на длину  наращенной трубы.

      Подъём  и спуск бурильных труб в целях  замены сработавшегося долота состоит  из одних и тех же многократно  повторяемых операций. Причём к машинам  относятся операции подъёма свечи  из скважин и порожнего элеватора. Все остальные операции являются машинно – ручными или ручными  требующими затрат больших физических усилий. К ним относятся:

• при подъёме: посадка колонны на элеватор; развинчивание резьбового соединения; установка свечи на подсвечник; спуск порожнего элеватора; перенос штропов на загруженный элеватор и подъём колонны на высоту свечи;
• при спуске: вывод свечи из-за пальца и с подсвечника; навинчивание свечи на колонну; спуск колонны в скважину; посадка колонны на элеватор; перенос штропов на свободный элеватор. Устройства для захвата и подвешивания колонн различаются по размерам и грузоподъемности.

     Обычно  это оборудование выпускается для бурильных труб размером 60, 73, 89, 114, 127, 141, 169 мм с номинальной грузоподъемностью 75, 125, 140, 170, 200, 250, 320 т. Для обсадных труб диаметром от 194 до 426 мм применяют клинья четырех размеров: 210, 273, 375 и 476 мм, рассчитанные на грузоподъемность от 125 до 300 т.

     Элеватор  служит для захвата и удержания  на весу колонны бурильных (обсадных) труб при спускоподъемных операциях и других работах в буровой. Применяют элеваторы различных типов, отличающиеся размерами в зависимости от диаметра бурильных или обсадных труб, грузоподъемностью, конструктивным использованием и материалом для их изготовления. Элеватор при помощи штропов подвешивается к подъемному крюку.

     Клинья  для бурильных труб используют для  подвешивания бурильного инструмента в столе ротора. Они вкладываются в конусное отверстие ротора. Применение клиньев ускоряет работы по спускоподъемным операциям. В последнее время широко применяются автоматические клиновые захваты с пневматическим приводом типа ПКР (в этом случае клинья в ротор вставляются не вручную, а при помощи специального привода, управление которым внесено на пульт бурильщика).

     Для спуска тяжелых обсадных колонн применяют  клинья с не разъемным корпусом. Их устанавливают на специальных подкладках над устьем скважины. Клин состоит из массивного корпуса воспринимающего массу обсадных труб. Внутри корпуса находится плашки предназначенные для захвата обсадных труб и удержания их в подвешенном состоянии. Подъем и опускание плашек осуществляется поворотом рукоятки в ту или другую сторону вокруг клина, что достигается наличием наклонных исправляющих вырезов в корпусе, по которым при помощи рычага перекатываются ролики плашек. 
 
 
 

     Проверка  замковой резьбы, свинчивание  БТ с помощью ключей АКБ, докрепление  и раскрепление замковых соединений с помощью  ключей УМК 
 

      В процессе СПО приходится многократно  наворачивать и отворачивать трубы. Для упрощения этих операций на буровой  находится специальное оборудование. Для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб вменяется специальный инструмент. В качестве такого инструмента используют различные ключи. Одни из них предназначаются для свинчивания, а другие — для крепления и открепления резьбовых соединений колонны. Обычно легкие круговые ключи для предварительного свинчивания рассчитаны на замки одного диаметра, а тяжелые машинные ключи для крепления и открепления резьбовых соединений — на два, а иногда и более размеров бурильных труб и замков.

     Для наворота труб вручную используется цепной ключ. Он состоит из рукоятки и цепи с закрепляющим устройством. Для захвата трубы цепь оборачивается  вокруг неё и фиксируется на верхней  части рукоятки. Работа цепным ключом очень трудоёмкая, поэтому используют другое оборудование.

     Автоматический  буровой ключ АКБ предназначен для  механизированного свинчивания  и навинчивания труб. Пульт управления им находится на посте бурильщика и оснащён двумя рычажками: один из них управляет движением самого ключа к ротору и обратно и  механизмом захвата трубы, а с  помощью другого происходит свинчивание  труб. АКБ значительно упрощает процесс  СПО.

      Операции  крепления и открепления резьбовых  соединений бурильных и обсадных колонн осуществляются двумя машинными ключами УМК; при этом один ключ (задерживающий) — неподвижный, а второй (завинчивающий) — подвижный. Ключи подвешивают в горизонтальном положении. Для этого у полатей на специальных «пальцах» укрепляют металлические ролики и через них перекидывают стальной тартальный канат или одну прядь талевого каната. Один конец этого каната прикрепляется к подвеске ключа, а другой — к противовесу, уравновешивающему ключ и облегчающему перемещение ключа вверх или вниз.

     При спуске бурильных и утяжеленных  бурильных труб в скважину резьбовые соединения следует докреплять машинными и автоматическими ключами, контролируя зазор между соединительными элементами и соблюдая по показаниям моментомера величину допустимого крутящего момента, установленную действующей инструкцией. 
 

Осмотр  и обмер БТ и  УБТ, установка БТ на подсвечник, наворачивание  и отворачивание  долот 
 

      Перед началом бурения необходимо произвести осмотр всех труб, находящихся на буровой. Особое внимание нужно уделить проверке резьбовых соединений. Резьба на бурильных  трубах в процессе эксплуатации изнашивается, поэтому периодически нужно замерять длину резьбы и её диаметр. Делается это с помощью рулетки. Допускаемые  отклонения в размерах резьбы составляют 3-4 мм. Для проверки размера труб используются специальные шаблоны. Диаметр каждого шаблона соответствует  определённому диаметру труб. 

      В процессе углубления забоя бурильная  колонна постоянно наращивается. Для этого бурильная труба  затаскивается с мостков при  помощи вспомогательной лебёдки  к ротору, цепляется элеватором и  затем навинчивается на резьбу посаженной на клинья трубы.

     Когда необходимо произвести подъём колонны, трубы отвинчиваются свечами  для сокращения времени СПО. В  этом случае необходимо поднять верхний  конец трубы над столом ротора, посадить её на клинья и закрепить  на элеваторе. Затем колонна поднимается  на  высоту свечи, сажается на клинья, свеча отвинчивается ключом АКБ, заводится  верховым и полуверховым рабочим за палец и ставится на подсвечник. После того, как необходимые  операции произведены (смена долота, КНБК), происходит спуск колонны  свечами до пробуренной глубины.  

     Наворачивание и отворачивание шарошечного  долота производится с помощью поддолотника. Долото вручную либо с помощью  вспомогательной лебёдки устанавливается  в поддолотник. Внутри него находятся 3 выступа, которые заходят между  шарошек. Затем поддолотник ставится на вкладыши ротора, и долото наворачивается на УБТ или на переводник. Лопастное  долото устанавливается на ротор  при помощи специальной подставки  так, чтобы над столом оставалась только одна резьба, и затем навинчивается  на трубу. 

Промывка  скважины 
 

      Промывка  скважины является основной частью бурения. От правильно подобранной рецептуры  раствора зависит то, насколько успешно  скважина будет доведена до проектной  глубины.

      В практике бурения скважин используются разнообразные технологические приемы для приготовления буровых растворов.

     Наиболее  простая технологическая схема (рис. 7.2) включает емкость для перемешивания компонентов бурового раствора 1, оснащенную механическими и гидравлическими перемешивателями 9, гидроэжекторный смеситель 4, оснащенный загрузочной воронкой 5 и шиберным затвором 8, центробежный или поршневой насос 2 (обычно один из подпорных насосов) и манифольды.

     По  этой схеме приготовление раствора осуществляется следующим образом.  В емкость  1  заливают расчетное количество дисперсионной   среды   (обычно   20-30 м³) и с помощью насоса 2 по нагнетательной линии с задвижкой 3 подают ее через гидроэжекторный смеситель 4 по замкнутому циклу. Мешок 6 с порошкообразным материалом транспортируется передвижным подъемником или транспортером  на площадку емкости,   откуда при помощи двух рабочих его подают на площадку 7 и вручную перемещают к воронке 5.  Порошок высыпается в воронку, откуда с помощью гидровакуума подается в камеру гидроэжекторного смесителя, где и происходит его смешивание с дисперсионной средой. Суспензия сливается в емкость, где она тщательно перемешивается механическим или гидравлическим   перемешивателем   9.   Скорость подачи материала в камеру эжекторного смесителя регулируют шиберной заслонкой 8, а величину вакуума в камере - сменными твердосплавными насадками.

     Основной  недостаток описанной технологии —  слабая механизация работ, неравномерная подача компонентов в зону смешения, слабый контроль над процессом. По описанной схеме максимальная скорость приготовления раствора не превышает 40 м³/ч.

     В настоящее время в отечественной  практике широко используют прогрессивную технологию приготовления буров растворов из порошкообразных материалов. Технология основывается на применении серийно выпускаемого оборудования: блока приготовления раствора (БПР), выносного гидроэжекторного смесителя, гидравлического диспергатора, емкости ЦС, механических и гидравлических перемешивателей, поршневого насоса. 
 

     Для очистки бурового раствора от шлама  используется комплекс различных механических устройств: вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотделители), сепараторы, центрифуги. Кроме того, в наиболее неблагоприятных условиях перед очисткой от шлама буровой Раствор обрабатывают реагентами-флокулянтами, которые позволяют повысить эффективность работы очистных устройств

     Несмотря  на то, что система очистки сложная  и дорогая, в большинстве случаев применение ее рентабельно вследствие значительного  увеличения  скоростей   бурения,   сокращения расходов    на   регулирование   свойств    бурового   раствора уменьшения степени осложненности ствола,  удовлетворения требований защиты окружающей среды.

     В составе циркуляционной системы  аппараты должны устанавливаться в строгой последовательности. При этом схема прохождения раствора должна соответствовать следующей технологической цепочке: скважина — газовый сепаратор - блок грубой очистки от шлама (вибросита) — дегазатор — блок тонкой очистки от шлама (песко- и илоотделители, сепаратор) — блок регулирования содержания и состава твердой фазы (центрифуга, гидроциклонный глиноотделитель).

     Разумеется, при отсутствии газа в буровом  растворе исключают ступени дегазации; при использовании неутяжеленного раствора, как правило, не применяют глиноотделители и центрифуги; при очистке утяжеленного бурового раствора обычно исключают гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотделители). Иными словами, каждое оборудование предназначено для выполнения вполне определенных функций и не является универсальным для всех геолого-технических условий бурения. Следовательно, выбор оборудования и технологии очистки бурового раствора от шлама основывается на конкретных условиях бурения скважины. А чтобы выбор оказался правильным, необходимо знать технологические возможности и основные функции оборудования. 
 
 

КНБК  и регулирование  режима бурения для  борьбы с самопроизвольным искривлением скважины 
 

      Технические и технологические причины приводят к самопроизвольному искривлению  скважины вследствие того, что они  вызывают изгиб нижней части бурильной  колонны и перекос оси долота относительно центра скважины. Для  исключения этих процессов или снижения  вероятности их возникновения необходимо:

1. увеличить жёсткость низа бурильной колонны;
2. исключить зазоры между центраторами и стенкой скважины;
3. снизить нагрузку на долото;
4. в случае бурения забойными двигателями периодически вращать бурильную колонну.

      Для выполнения первых двух условий необходима установка не менее двух полноразмерных центраторов: над долотом и на корпусе наддолотной УБТ (или  на ЗД). Установка 2-х - 3-х полноразмерных центраторов позволяет увеличить  жёсткость КНБК и уменьшить вероятность  искривления даже без снижения нагрузки на долото.