Справочник бурового мастера. - Том 1

БИБЛИОТЕКА НЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКА И ЕГО ПОДРЯДЧИКОВ (SERVICE)








                СПРАВОЧНИК БУРОВОГО МАСТЕРА том I





Учебно-практическое пособие






Инфра-Инженерия
Москва 2006

   УДК 622.233
   ББК 33.13
   С74

   Рецензенты:
   -    доктор технических наук, профессор С.Н. Бастриков (Сибирский научно-исследовательский институт проектирования скважин -СибНИИП);
   -    доктор технических наук, профессор Ф.А. Агзамов - зав. кафедрой «Бурение нефтяных и газовых скважин» Уфимского государственного технического нефтяного университета.


   Справочник бурового мастера\ Под общей редакцией В.П. Овчинникова, С.И. Грачёва, А.А. Фролова.
   Учебно-практическое пособие в 2-х томах.

   Институт нефти и газа Тюменского государственного нефтегазового университета.

   В справочнике изложены описание и технические характеристики применяемого бурового оборудования, инструмента, материалов для строительства скважин различного назначения. Даны рекомендации по обоснованию их выбора для конкретных геолого-технологических условий бурения скважин. Описан опыт применения новых технологий на различных стадиях строительства скважины на ряде месторождений Западной Сибири.
   Данное пособие предназначено для инженерно-технических работников, аспирантов и студентов высших и средних специальных учебных заведений, занимающихся изучением и решением проблем, возникающих при строительстве скважин.



М.: «Инфра-Инженерия», 2006. - 608 с.




© Коллектив авторов, 2006
                © Издательство «Инфра-Инженерия», 2006



   ISBN 5-9729-0006-8
   ISBN 5-9729-0008-4

Справочник бурового мастера

АВТОРСКИЙ КОЛЛЕКТИВ
   -    В.П. Овчинников - доктор технических наук, профессор, директор института нефти и газа ТюмГНГУ, заведующий кафедрой «Бурение нефтяных и газовых скважин», (главы 1, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 14, 15).
   -    С.И. Грачев - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений», (главы 2, 3, 4, 5, 6, 11, 12, 13, 15).
   -    Г.П. Зозуля - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Ремонт и восстановление скважин», (глава 7).
   -    Г.А. Кулябин - доктор технических наук, профессор кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин», (главы 5, 6, 14.)
   -    А.А. Фролов - доктор технических наук, генеральный директор ООО «Бургаз» ОАО «Газпром», (главы 9, 10.)
   -    М.С. Бахарев - доктор технических наук, директор Сургутского института нефти и газа ТюмГНГУ, (главы 3, 15.)
   -    П.В. Овчинников - кандидат технических наук, доцент кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин», начальник управления технологической службы ООО «Бургаз», (главы 5, 9, 10, 12.)
   -    Н.А. Аксенова - кандидат технических наук, доцент кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин», (главы 8, 9, 10.)
   -    Е.И. Гаврилов - кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Проектирование сооружения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин» Нижневартовского филиала ТюмГНГУ, (глава 2.)
   -    Л.А. Паршукова - кандидат технических наук, доцент кафедры «Ремонт и восстановление скважин» Института нефти и газа ТюмГНГУ, (глава 7.)
   -    Ю.А.Петухов - ведущий инженер ЗАО «СибНИПИ» Нефтяные горизонты», (главы 2, 4, 5, 11.)
   -    В.Е. Тер-Саакова - ассистент кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин» Института нефти и газа ТюмГНГУ, (глава 8.)
   -    С.Л. Юртаев - главный инженер ООО «Буровая К⁰ Аргиллит», (глава 11.)
   -    П.М. Сорокин - кандидат экономических наук, доцент, зав. кафедрой «Нефтегазовое дело» Сургутского института нефти и газа ТюмГНГУ, (главы 3, 12.)
   -   А.Ю.Харин, С.Б. Харина - инженеры, (глава 16)

3

БИБЛИОТЕКА НЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКА И ЕГО ПОДРЯДЧИКОВ (SERVICE)

ВВЕДЕНИЕ

   Выпуск данного справочника обусловлен несколькими причинами. Во-первых, в последние годы изменился ассортимент инструментов и материалов, используемый при строительстве скважин бурового оборудования по сравнению с 90-ми годами XX века, когда был издан последний справочник подобного типа «спутник буровика», что обусловлено технологическим и техническим прогрессом в машиностроении, нефтяной и газовой промышленности, изменением геологических условий разработки месторождений углеводородного сырья и многими другими причинами.
   Во-вторых, возникла необходимость объединить в одном издании новые разработки по данной теме, которые окажут неоценимую помощь производственникам при решении ряда проблем, возникающих при строительстве скважин, а также аспирантам и студентам высших и средних специальных учебных заведений нефтегазового направления в изучении специальных дисциплин и при выполнении курсовых и дипломных проектов.
   Справочник содержит описание и характеристику выпускаемых технических средств необходимых для бурения скважин. В каждой главе даны общие рекомендации по выбору инструментов, оборудования, материалов и т.п.
   Данное пособие составлено коллективом сотрудников Института нефти и газа Тюменского государственного нефтегазового университета /ТюмГНГУ/, которые и далее планируют работу по этой теме. Поэтому авторы будут благодарны за присланные замечания и предложения.

4

Справочник бурового мастера

          Глава I
          ПОНЯТИЕ О СКВАЖИНЕ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИНЫ (Составитель Овчинников В.П.)

          § 1. ПОНЯТИЕ О СКВАЖИНЕ И ЕЕ НАЗНАЧЕНИЕ

   Скважина - это сложное, требующее значительных материальных и энергетических затрат горное сооружение, образуемое путем разбуривания горных пород, продольные размеры которой значительно превышают поперечные. Основной целью ее строительства, в зависимости от назначения, является установление связи между наземными устройствами и вскрываемыми пластами - обеспечение транспортировки пластового флюида на устье скважины в случае строительства добывающих нефтяных или газовых скважин, наоборот нагнетание в пласт жидкости для поддержания пластового давления или захоронения различных сточных вод; разведочного оборудования для изучения залегаемых структур и т.д. По своему назначению скважины подразделяются на:
   1.   Структурно-поисковые. Предназначены для установления уточнения тектоники, стратиграфии, литологии, оценки продуктивности горизонтов (без дополнительного строительства скважины).
   2.   Разведочные. Предназначены для выявления продуктивных объектов, а также для оконтуривания уже разрабатываемых нефтяных и газоносных пластов.
   3.   Добывающие (эксплуатационные). Предназначены для добычи нефти и газа из земных недр.
   4.   Нагнетательные. Предназначены для закачивания в пласты воды, газа или пара с целью поддержания пластового давления или обработки призабойной зоны. Эти меры направлены на удлинение периода фонтанного способа добычи нефти или повышения эффективности добычи.

5

БИБЛИОТЕКА НЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКА И ЕГО ПОДРЯДЧИКОВ (SERVICE)

   5.   Опережающие добывающие. Предназначены для добычи нефти и газа с одновременным уточнением строения продуктивного пласта.
   6.   Оценочные. Предназначены для определения начальной и остаточной водонефтенасыщенности.
   7.   Контрольные и наблюдательные. Предназначены для наблюдения за объектом разработки, исследования характера продвижения пластовых флюидов и изменения газонефтена-сыщенности пласта.
   8.   Опорные. Предназначены для изучения геологического строения крупных регионов, для установления общих закономерностей залегания горных пород и выявления возможностей образования в этих породах месторождений нефти и газа.

           § 2. ТРЕБОВАНИЯ К СКВАЖИНЕ И ЕЕ КОНСТРУКЦИИ

   Основное требование к скважине - это обеспечение ее технического состояния, которое позволяет осуществлять комплекс технологических операций, направленных на решение поставленных задач, связанных с преодолением возникающих осложнений.
   Процесс проводки скважины, как правило, сопровождается различного рода осложнениями - обвалами, осыпями, поглощениями, нефтеводогазопроявлениями и т.д. Поэтому при составлении проекта на строительство скважины, в зависимости от геологических условий бурения, особенностей залегания горных пород, их физико-механических свойств, величин пластовых температур и давлений, давлений гидроразрыва пород, назначения и цели бурения, предполагаемого метода заканчивания скважины, способа бурения, способа и техники освоения и эксплуатации скважины, уровня организации техники и технологии бурения, геологической изученности района предусматривается разделение зон (интервалов) обладающих несовместимыми условиями бурения, обсадными колоннами.
   Все обсадные колонны по своему назначению подразделяются следующим образом.
   Направление - самая первая колонна труб или одна труба, предназначенная для закрепления приустьевой части скважины от размыва буровым раствором и обрушения, а также для обеспечения циркуляции жидкости. Направление, как прави

6

Справочник бурового мастера

ло, одно. Однако могут быть случаи крепления скважин двумя направлениями, когда верхняя часть разреза представлена лессовидными почвами, насыпным песком или имеет другие особенности.
   Обычно направление спускают в заблаговременно подготовленную шахту или скважину и цементируют до устья.
   Кондуктор - колонна обсадных труб, предназначенная для разобщения верхнего интервала разреза горных пород, изоляции пресноводных горизонтов от загрязнений, монтажа противовыбросового оборудования и подвески последующих обсадных колонн.
   Промежуточная обсадная колонна служит для разобщения несовместимых по условиям бурения зон при углублении скважины до намеченной глубины. Они могут быть следующих видов:
   Сплошные - перекрывающие весь ствол скважины от забоя до устья независимо от крепления предыдущего интервала.
   Хвостовики предназначены для крепления только необса-женного интервала скважины с перекрытием предыдущей обсадной колонны на некоторую величину.
   Летучки - специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для перекрытия интервала осложнений и не имеющие связи с предыдущими или последующими обсадными колоннами.
   Эксплуатационная колонна - самая последняя колонна обсадных труб, которой крепят скважину для разобщения продуктивных горизонтов от всех остальных пород служит путем транспортировки извлекаемых из скважины нефти или газа, или, наоборот, для нагнетания в пласты жидкости или газа. Иногда в качестве эксплуатационной колонны может быть использована частично или полностью последняя промежуточная колонна.
   Основными параметрами, характеризующими конструкцию скважины, являются количество и диаметр обсадных колонн, глубина их спуска, диаметр долот, высота подъема тампонажного раствора.
   Конструкция скважины определяется заданием заказчика (добывающей организации) и геологическими условиями района работ. Конструкция скважины в части надежности, технологичности и безопасности должна обеспечивать
   - максимальное использование пластовой энергии продук

7

БИБЛИОТЕКА НЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКА И ЕГО ПОДРЯДЧИКОВ (SERVICE)

тивных горизонтов в процессе эксплуатации за счет выбора оптимального диаметра эксплуатационной колонны и возможности достижения проектного уровня, гидродинамической связи продуктивных отложений со стволом скважины;
   -    применение эффективного оборудования, оптимальных способов и режимов эксплуатации, поддержания пластового давления, теплового воздействия и других методов повышения нефтеотдачи пластов;
   -    условия безопасного ведения работ без аварий и осложнений на всех этапах строительства и эксплуатации скважины;
   -    получение необходимой горно-геологической информации по вскрываемому разрезу;
   -    условия охраны недр и окружающей среды, в первую очередь за счет прочности и долговечности крепи скважины, герметичности обсадных колонн и кольцевых пространств, а также изоляции флюидосодержащих горизонтов друг от друга, от проницаемых пород и дневной поверхности:
   -    максимальную унификацию по типоразмерам обсадных труб и ствола скважины.
   При проектировании газовых и газоконденсатных скважин необходимо учитывать:
   - давление газа на устье близко к пластовому;
   -    газ обладает низкой вязкостью, высокой проникающей способностью;
   -    нагрев обсадных колонн вследствии высокой производительности скважин;
   -    необходимость установки противовыбросного оборудования;
   - коррозионную активность компонентов добываемого газа.
   При наличии в геологическом разрезе месторождений мерзлых горных пород необходимо предусмотреть:
   -    перекрытие тампонажным материалом всего интервала мерзлых горных пород;
   -    исключить гидравлический разрыв пород, лежащих выше башмака, при достижении в стволе скважины давления равного пластовому;
   -    подбор типа обсадных труб для их перекрытия осуществлять из расчета ожидаемого наружного давления равного давлению обратного промерзания водонасыщенных масс, расположенных за и между обсадными колоннами;
   - выбор типа тампонажного материала осуществлять с уче


8

Справочник бурового мастера

том температурных условий в интервале цементирования и его морозостойкости - устойчивости к цикличным температурным воздействиям.

           § 3. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИНЫ

   Обоснование конструкции проводится в два этапа. На первом этапе выбирается метод вхождения в пласт, число обсадных колонн и глубины их спуска. Оптимальное число промежуточных обсадных колонн и глубины установки их башмаков при проектировании конструкции скважин определяются графически, по числу зон с несовместимыми условиями бурения, которые строятся сопоставлением градиентов пластовых (поровых) давлений (grad Рпл), давлений гидроразрыва (поглощения) пластов (grad Р ), прочности и устойчивости пород (grad Руст) (рис 1.1).
                grad Рпл₇=^^-. МПа /м с          Z
grad l’ipz =МПа/м,

grad Р\'ст₇=—Д—. МПа. м.
   где Руст⁼Рпл*Кр - давление относительной устойчивости породы;
   Кр- коэффициент резерва (таблица 1.1.)

   Проектные решения по выбору плотности бурового раствора должны предусматривать создание столбом раствора гидростатического давления на забой скважины и вскрытие продуктивного горизонта, превышающего проектные пластовые давления на величину не менее:
   -    10% для скважин глубиной до 1200 м (интервалов от 0 до 1200 м).
   -    5% для интервалов от 1200 м до проектной глубины.
   В необходимых случаях проектом может устанавливаться большая плотность раствора, но при этом противодавление на горизонты не должно превышать пластовые давления (репрессия на пласт) на 15 кгс/см² (1,5 МПа) для скважин глубиной до 1200 м и 25-30 кгс/см² (2,5-3,0 МПа) для более глубоких скважин.

9

БИБЛИОТЕКА НЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКА И ЕГО ПОДРЯДЧИКОВ (SERVICE)

Таблица 1.1


Коэффициент резерва

Глубина Z, м <1200 >1200
Кр не более   1,1  1,05 

Рис.1.1. Совмещенный график градиентов давлений

   В необходимых случаях проектом может устанавливаться большая плотность раствора, но при этом противодавление на горизонты не должно превышать пластовые давления (репрессия на пласт) на 15 кгс/см² (1,5 МПа) для скважин глубиной до 1200 м и 25-30 кгс/см² (2,5-3,0 МПа) для более глубоких скважин.

10