Оборудование нефтяной скважины конструкция



Особенности конструкции нефтяных скважин

Для эффективной разведки или разработки нефтяных месторождений используют различные технические решения, неотъемлемой частью которых является нефтяная скважина. Она представляет собой цилиндрический ствол, пробуренный в пластах земляных и горных пород, который не предоставляет прямого доступа для человека внутрь неё. Основным её назначением является обеспечение доступа к нефтяному слою, удалению остатков горных пород и подачи нефти в хранилища.

Конструкция нефтяной скважины

Нефтяная скважина для добычи нефти в диаметре может составлять от 75 до 400 мм. Всё зависит от конкретных условий бурения, от типа залегающих на глубине пород, а также от размеров нефтеносного слоя. То есть больший диаметр позволяет вести выкачку нефти из недр земли с большей скоростью.

Последовательность операций при бурении скважин следующая:

1. Производится заглубление ствола скважины путём разрушения пород при помощи буровой установки.
2. Удаление разрушенных частей породы из скважины на поверхность земли.
3. Во время погружения нефтяная скважина укрепляется специальными обсадными колоннами.
4. Изучение размеров нефтяного слоя путём геологических и геофизических исследований.
5. Спуск завершающей колонны на рабочую глубину, с которой и предполагается эксплуатировать скважину.

Технология бурения нефтяных скважин

На начальном этапе пробуривают ствол с небольшой глубиной до 30 метров и диаметром до 40 см. Затем на его дно опускают трубу, которая будет задавать направление для бурения. Стенки между трубой и грунтом цементируют. Затем заглубляют скважину примерно на уровень 500-800 м с меньшим диаметром. Этот участок называют кондуктором, так как он предназначен для изоляции неустойчивых и рыхлых слоёв грунта при бурении. Внешние стенки труб также подвергают цементированию, чтобы трубы были защищены от возможных смещений пластов.

Затем процедура бурения существенно усложняется и не во всех случаях удаётся достичь проектной глубины предполагаемого нефтеносного слоя. Это связано с тем, что продуктивные слои могут располагаться не в виде единого пласта, а нескольких, и добыча должна производиться из более заглублённого участка. В таких ситуациях монтируют промежуточную колонну, которую также цементируют по наружной поверхности.

После того, как был достигнут необходимый уровень устанавливают эксплуатационную колонну. Она предназначена для добычи нефти и газа, а также для подачи воды с целью создания необходимого давления. Конструктивно она отличается от обычных колонн наличием в боковых стенках отверстий, а также в цементном слое. Кроме того, в ней применяется специальная дополнительная оснастка: пакеры, центратор, обратный клапан, обсадные кольца и т. д.

Технические особенности проходки

При бурении в скважину необходимо опускать колонны, для закрепления горных пород, окружающих ствол. Делают это последовательно отдельными секциями. При сложных бурениях осуществляют многоколонные выработки. Это существенно усложняет техпроцесс и следствием этого является существенный износ обсадных труб и буровых. Чтобы снизить влияние фактора износа применяют защитные кольца, выполненные в виде металлического каркаса с двумя резиновыми оболочками, закреплёнными на стальные штыри. Их устанавливают над ротором буровой при выполнении операций спуска или подъёма.

Разделяют горные пласты при помощи цементирования специальными растворами. Поскольку требуется обеспечить не только высокую прочность, а и работу в сложных условиях, то при их замешивании добавляют ингибиторы и реагенты. Они ускоряют процесс набора прочности бетона и в результате не приходится ждать по 30 дней пока он будет пригоден к эксплуатации. Другое название раствора – тампонажные. Они являются ключевыми в конструкции нефтяной скважины, так как служат для закрепления колонн и предотвращении его деформации при смещениях плотных пород.

Разработка нефтяных скважин

Процесс разработки нефтяных скважин заключается в проведении ряда комплексных мер и работ по осуществлению наиболее эффективной добычи нефти их пласта. Перед вводом в эксплуатацию скважины проводится ряд разведывательных работ, на основе которых создаётся специальная проектная документация, которая определяет технические параметры бурения и размеры забоя. В проекте закладывается количество объектов разработки, последовательность добычи, методы оказания различных воздействий с целью получения максимальной выработки месторождения.

Скважины при разработке над местом разведки и добычи располагают в виде сетки. В неё входят не только добывающие скважины, а и нагнетающие. В зависимости от особенностей пласта сетку располагают в равномерном или неравномерном порядке. Если нефтяной слой достаточно толстый, то сетку располагают наиболее плотным упорядоченным способом, с целью увеличения скорости добычи.

Этапы разработки скважин

Нефтяная скважина разрабатывается в такой последовательности:

1. Освоение объекта. Этап характеризуется интенсивной добычей нефти с минимальной обводнённостью, значительным снижением давления в пласте, увеличением количества скважин и величиной коэффициента нефтеотдачи в пределах 10%. Сроки завершения освоения могут составлять до 5 лет. Условием завершения принимается снижение добычи за год относительно общих балансовых запасов.
2. Обеспечение стабильно высокого уровня добычи в пределах 3-17% в зависимости от вязкости нефти. Длительность разработки может составлять от 1 до 7 лет. Число скважин при этом также увеличивается за счёт использования резервов, однако происходит и частичное закрытие старых. Это связано с тем, что нефть становится более обводнённой вплоть до 65%. Текущий коэффициент нефтеотдачи составляет 30-50%. Добыча на некоторых скважинах выполняется механическим способом, то есть принудительной откачкой мощными насосами.
3. Снижение добычи. Коэффициент нефтеотдачи снижается до 10% в год, а темпы отбора сокращаются до 1%. Все скважины переводятся на механизированный способ добычи. Количество резервных скважин значительно сокращается. Обводнение достигает значений в 85%. Данный этап является самым сложным, так как необходимо замедление скорости откачки нефти. Определить разницу между предыдущим этапом и текущим достаточно затруднительно, так как изменения среднегодового коэффициента добычи минимальны. За 3 периода нефтеносный слой вырабатывается до 90% от общего объёма.
4. Завершающая стадия. Отбор нефти сокращается до 1%, а уровень обводнённости становится максимальным (от 98%). Прекращается разработка нефтяных скважин и они закрываются. Но длительность данного этапа может составлять до 20 лет и ограничивается только рентабельностью проекта.

Видео: Схема нефтяной скважины

Источник

Легко ли добыть нефть. Устройство нефтяной скважины. Часть 1.

В этой статье я хочу вкратце написать про устройство нефтяной скважины. Про это я уже упоминал в предыдущих статьях, но не было цельного изложения.

Скважина — это цилиндрическая горная выработка, у которой длина ствола гораздо больше, чем ее диаметр. Скважина создается без доступа в нее человека. Последнее важное дополнение, колодец и шахта тоже горные выработки, но они выкопаны/вырублены самим человеком.

Верхняя часть скважины называется устье, нижняя – забой. Стенки скважины – это ствол скважины.

При проектировании конструкции нефтяной скважины исходят из следующих основных требований:

• конструкция скважины должна обеспечивать свободный доступ к забою глубинного оборудования и геофизических приборов;

• конструкция скважины должна предотвращать обрушение стенок скважины;

• конструкция скважины должна обеспечивать надежное разобщение всех пластов друг от друга, то есть она должна предотвращать перетекание флюидов (пластовое содержимое, нефть, газ, вода) из одного пласта в другой;

• кроме того, она должна обеспечивать возможность герметизации устья скважины при необходимости.

Бурят скважину с помощью буровых установок. Для этого на буровую трубу устанавливают породоразрушающий инструмент (долото), его вращают вместе с трубой с помощью ротора или системы верхнего привода. Либо с помощью турбины, которая также закреплена на трубе. Выбуренная порода (шлам), вымывается на поверхность глинистым раствором, который закачивают мощными насосами.

При этом скважина имеет ступенчатую конструкцию, и ее диаметр уменьшается от устья к забою. После бурения каждой ступени в скважину спускают трубу определенного диаметра для закрепления стен скважины. После пространство между стенками трубы и горной породой цементируют.

Первая труба, самого большого диаметра, например 324 мм называется направление. Она нужна для защиты устья и верхнего слоя почвы от размывания.

Затем продолжают бурить ствол долотом меньшего диаметра до глубины порядка 500-700 метров. Затем спускают трубу меньшего диаметра, чаще всего 168 мм диаметром. Эта труба и часть скважины называется кондуктором. Кондуктор перекрывает водоносные слои и предохраняет их от попадания соленых вод и углеводородов.

Затем идет колонна еще меньшего диаметра, которая заходит в нефтеносный пласт. Она называется эксплуатационной. Если скважина глубокая, то между кондуктором и колонной спускается еще промежуточная (техническая) колонна.

Обсадная труба. 168 мм

В зависимости от геологических и технологических условий, скважина может быть пробурена различным образом:
Вертикальная скважина – это скважина, у которой угол отклонения ствола от вертикали не превышает 5°.
Если угол отклонения от вертикали больше 5°, то это уже наклонно-направленная скважина.

Горизонтальной скважиной (или горизонтальным стволом скважины) называют скважину, у которой угол отклонения ствола от вертикали составляет 80-90°. Но здесь есть один нюанс. Пласты не пролегают в недрах по идеальной горизонтали. Поэтому смысла бурить скважину под углом в 90% нет смысла, да и эксплуатировать ее труднее. Поэтому горизонтальной считается скважина, которая пробурена в азимутальном направлении пласта (внутри пласта по углу наклона пласта)

Скважины с двумя и более стволами называют многоствольными (многозабойными). Тут есть тоже один нюанс. Если основной ствол скважины пробурен до пласта, а уже внутри пласта забурены дополнительные стволы, то скважина многозабойная. Если разветвление начинается до пласта – то скважина многоствольная.

После того, как скважина пробурена и ее стенки зацементированы, на устье обсадные колонны обвязываются колонной головкой. Точнее сказать, что она устанавливается во время бурения и на ней устанавливают противовыбросовое оборудование. Она жестко соединяет в единую систему все обсадные колонны скважины, воспринимает усилия от их веса и передает всю нагрузку кондуктору. Она обеспечивает изоляцию и герметизацию межколонных пространств и одновременно доступ к ним для контроля состояния стволовой части скважины и выполнения необходимых технологических операций. Колонная головка служит пьедесталом для монтажа эксплуатационного оборудования, спущенного в скважину.

На верхний фланец катушки колонной головки монтируется фонтанная арматура. Она необходима для обвязки и герметизации устья, а также для:

• перекрытия добываемой нефти и газа и направления их в трубопровод;

• подвески колонны (подъемной) насосно-компрессорных труб;

• осуществления на скважине различных технологических процедур;

• регулирования и контроля работы скважины;

• монтажа глубинного насоса

Она состоит из двух частей – трубной головки (обвязки) и фонтанной елки. Бывает несколько типов фонтанных арматур, они делятся на тройниковые и крестовые, с кранами и задвижками, однорядные и двурядные (используются редко).

Верхняя часть колонной головки и трубная головка

Источник

Нефтяная скважина, виды, устройство, строительство и этапы разработки

Нефтяная скважина, виды, устройство, строительство и этапы разработки.

Нефтяная скважина – это горная выработка круглого сечения диаметром 75-400 мм, сооружаемая без доступа в неё человека, предназначенная для добычи либо разведки нефти и попутного нефтяного газа.

Нефтяная скважина, конструкция нефтяной скважины:

Добыча нефти – одна из важнейших отраслей промышленности. Нефть и продукты, получаемые из этого природного ископаемого, лежат в основе современной жизни каждого человека на планете, независимо от того, проводится разработка непосредственного в его родном государстве или импортируется. Добыча этого ресурса осуществляется посредством бурения нефтяных скважин – специальных горных выработок в форме цилиндра, узких в диаметре и весьма глубоких.

Нефтяная скважина – это один из видов горных выработок, имеющий круглое сечение. Диаметр скважин колеблется в пределах от 75 до 400 мм. Особенность выработки в том, что в нее не может проникнуть человек, но, кроме непосредственно скважины, она также имеет колодец и шахту, куда есть доступ рабочим. Подобные скважины предназначены, прежде всего, для добычи нефти, но также с их помощью получают попутный нефтяной газ, образовывающийся в местах залежей «черного золота».

Большая часть скважин имеет вертикальное строение, в редких случаях бурение может проводиться под заданным углом.

Конструкция нефтяной скважины имеет три части:

– среднюю – ствол, образованный уходящими вниз стенками.

Нефтяная скважина – сложное капитальное сооружение, чье построение ведется в несколько этапов:

1. Последовательное бурение горных пород.
2. Удаление природного материала, образовавшегося при бурении.
3. Дополнительные работы по укреплению стенок (проводятся при необходимости).

Непосредственно добыча нефти из нефтяных скважин также проводится двумя способами:

– фонтанированием – если нефтяные пласты обладают избыточным давлением, углеводороды в виде фонтана поднимаются на поверхность;

– нагнетательным – в скважины подается вода, газ, смеси на основе воздуха и прочие вещества и материалы для искусственного создания избыточного давления.

Разработка нефтяной скважины – длительный организационный процесс, требующий не только серьезных финансовых вложений, но и знаний, умений и опыта.

Устройство нефтяной скважины:

Отличительной особенностью нефтяной скважины считается соотношение ее длины и диаметра – первый параметр всегда в несколько раз больше. Так, длина – это расстояние от расположенного на земле устья до забоя (нижней части), измеряемая по оси ствола. Глубина нефтяной скважины – это проекция длины ствола на вертикальную ось. Если разработка проводится вертикально, эти показатели идентичны, в остальных случаях (наклонные, искривленные скважины) они отличаются друг от друга.

Первым этапом добычи нефти считается проектирование будущей нефтяной скважины. Разработка конструкция выполняется с учетом таких требований:

– возможность получения свободного доступа к нижней части ствола всех необходимых геофизических приборов, оборудования;

– прочное крепление стенок ствола, исключающее его обрушение;

– качественное разделение проходимых пластов, исключение возможных перетеканий ископаемого и водных горизонтов из пласта в пласт;

– наличие возможности герметизации устья.

Для пород, легко поддающихся разрушению водой, где чаще всего и залегает нефть, требуется дополнительное укрепление стволов. В этом случае схема будущей нефтяной скважины слегка меняется: рядом со стволом добавляются колонны обсадных труб, расположенных концентрически, т.е. их размеры могут быть разными, но с единым центром.

Строительство – бурение нефтяной скважины происходит поэтапно:

1. Бурение шурфа. Пробивают колодец до начала устойчивых горных пород, в среднем это 4-8 м. В него устанавливают трубу и укрепляют ее при помощи бутовых камней, залитыми бетонным раствором, которыми заполняют пространство между внешней стороной трубы и грунтом. Так образуется направление.
2. Создание кондуктора. Представляет собой участок из обсадных труб, которыми укрепляется следующая часть скважины – новый, более глубокой, но менее широкий шурф. Длина его колеблется в пределах от 50 до 400 м, а диаметр составляет не более 90 см. Как и в первом случае, пространство вокруг заливают цементом для большей устойчивости. Установка кондуктора позволяет перекрыть водоносные горизонты и мягкие виды горных пород, чье наличие осложняет процесс добычи.
3. Установка промежуточной колонны обсадных труб. Ее создают в ситуациях, когда нет возможности сразу пробурить скважину до нефтесодержащих пластов: имеются сложные горизонты или продуктивные пласты, которые на данном этапе добычи не планируются для разработки. Установка промежуточной колонны проводится по аналогии с кондуктором, при необходимости (слишком глубокое залегание породы) их может быть несколько.
4. Установка эксплуатационной колонны. Это последняя в этапе бурения колонна обсадных труб. Ее задача – перекрыть продуктивный пласт и обеспечить поступление «черного золота» в эксплуатационную трубу. Пространство вокруг нее также подлежит цементированию (бетонное кольцо), т.к. это позволяет избежать утечки нефти в другие пласты и предотвратить возможное проникновение воды в непосредственно продуктивный пласт.

После создания конструкции скважины проводится непосредственно вскрытие пласта для извлечения из него полезного ископаемого. Практически в 90 % случаев это проводится бурением до подошвы продуктивного пласта. После в нижней части эксплуатационной колонны и бетонном кольце вокруг него пробивается несколько отверстий, через которые в скважину поступит нефть. Для этого используют специальные аппараты-перфораторы.

В оставшихся 10 % случаев разрабатываемая порода представлена плотным слоем и укрепление призабойной зоны цементом не требуется. Возможен другой вариант – не опускать эксплуатационную колонну до подошвы пласта, достаточно сделать это до ее кровли. Такой метод называется открытым забоем.

Виды нефтяных скважин. Классификация нефтяных скважин:

На выбор вида скважины, в первую очередь, влияют геологические условия, в которых расположен продуктивный пласт. Так, для разработки нефтяных месторождений используются типы выработок, различаемые по углу отклонения ствола от его вертикальной оси:

– вертикальные нефтяные скважины – не более 5 градусов;

– наклонно-направленные нефтяные скважины – превышающего 5 градусов;

– горизонтальные нефтяные скважины – составляющем около 90 градусов.

Горизонтальные нефтяные скважины имеют свои особенности. Так, строго горизонтального положения у подобных выработок не существует, т.к. пробурить прямую на пластах, залегающих под разными уклонами, просто невозможно. Хотя данное определение не совсем точно с научной точки зрения (не представляет собой строгую прямую линию), оно наиболее подходит к подобному типу разработки.

Так, намного проще и удобнее, а также эффективнее, проводить бурение вдоль траектории залегая нефтяного пласта. В связи с этим напрашивается более обширное определение: горизонтальная нефтяная скважина – это конструкция в виде протяженного ствола, бурение которого проводится по определенному азимуту. Последний рассчитывается исходя из направления целевого пласта, учитывая максимальное приближение к его залеганию.

Еще один тип скважин – многоствольные и многозабойные нефтяные скважины. К ним относят выработки, имеющие два и более стволов, т.е. ответвления от основного. В случае, когда «рукав» располагается выше продуктивного пласта, тип выработки носит название многоствольного (имеет несколько точек пробития пласта). Если же ответвления расположены в самом пласте, скважина считается многозабойной (пробитий несколько, но в одной точке).

Самый редкий тип скважины – кустовой. В этом случае устья стволов расположены на земле максимально близко друг к другу, а их стволы расходятся под землей под разными углами. Как результат – устья оказываются на разном расстоянии друг от друга, что в схематическом виде представляет собой перевернутый вверх ногами куст.

Скважины, которые бурят с целью извлечения нефти – они также называются эксплуатационные нефтяные скважины – делят на следующие категории:

– добывающие нефтяные скважины – предназначены для добычи нефти, попутного нефтяного газа или газового конденсата,

– нагнетательные нефтяные скважины – предназначены для закачки (нагнетания) в пласты воды (сжатого газа, воздуха и пр.).

Кроме основной классификации скважин ( добывающие и нагнетательные нефтяные скважины), основа которых – прямое назначение выработки (она приведена выше), существует дополнительная. Так, для поиска, разведки и добычи «черного золота» используют скважины:

– опорные скважины – служат для изучения состава пластов, возраста залегающей породы;

– параметрические скважины – их закладка необходима для расчета перспективности района в плане его нефтеносности, уточнения геологических особенностей грунта;

– структурные скважины – сооружаются для определения перспективных площадей, их непосредственной подготовки к разработке и добыче;

– поисковые скважины – необходимы для обнаружения новых залежей полезных ископаемых;

– разведочные скважины – помогают изучить размеры и строение продуктивных пластов, оценить запасы залежей, получить данные для проектирования будущей эксплуатационной скважины;

– наблюдательные скважины – позволяют контролировать проведение разработки;

– дублирующие скважины – их использование начинается при прекращении работ на основном стволе (износ, авария и прочее);

– специальные (водозаборные, поглощающие и прочие) скважины – необходимы для сброса промысловых вод или добычи технических, ликвидации открытых фонтанов и прочего.

Все эти виды с успехом используются в нефтедобывающей отрасли.

Строительство нефтяной скважины. Бурение нефтяных скважин:

Процесс бурения нефтяных скважин обусловлен характером воздействия на горные породы, среди которых залегает полезное ископаемое. В связи с этим его разделяют на:

– электрическое и прочее.

На сегодняшний день в промышленности широко используют лишь один метод разработки – механический, который может иметь разные режимы бурения. Все остальные методики продолжают использоваться исключительно в экспериментальных целях.

Бурение механическим способом делится на:

Ударный способ бурения нефтяных скважин:

Ударный способ бурения нефтяных скважин заключается в применении специального инструмента – долота. Последний представляет собой буровой комплекс, состоящий из канатного замка и ударной штанги. Долото подвешивается на канате, перекинутом в блок, который устанавливается непосредственно на буровой мачте. Разрушение горных пород выполняется возвратно-поступательными движениями долота, а приводит его в действие специальный буровой станок. Во время бурения долото совершает вращательные движения (повороты), благодаря чему ствол и получает форму цилиндра.

В процессе битья образуется разрушенная горная порода, удаление которой из ствола проводится при помощи желонки. Она представляет собой длинное ведро, на днище которого расположен клапан. Перед очисткой шурфа из него вынимают долото, следом опускают желонку и внизу открывают клапан. Когда ведро заполнится водой с кусочками грунта, клапан зарывается и ведро поднимается наверх. После достаточного очищения ствола бурение продолжают.

Вращательный способ бурения нефтяных скважин:

Вращательный способ бурения нефтяных скважин также основан на применении долота, но иным методом. Устройство углубляется в горные пласты, испытывая одновременно два вида воздействия: вертикальную нагрузку и крутящий момент. Таким образом, долото прорывает породу, измельчает ее методом дробления, истирания.

В свою очередь вращательный способ имеет две разновидности, которые обусловлены расположением силового агрегата на устройстве:

– роторный – двигатель расположен на поверхности земли, передача крутящего момента долоту производится посредством колонн буровых труб;

– забойный – двигатель устанавливается сразу за долотом, чем и обеспечивает исключительно его движение, без участия буровой колонны.

В России бурение нефтяных скважин производится преимущественно вращательным методом.

Разработка нефтяных скважин. Этапы разработки нефтяной скважины:

Разработка нефтяного месторождения – длительный и сложный процесс. Прежде чем начать работы по бурению скважины, проводится тщательная подготовительная работа, включающая в себя несколько этапов: разведка, необходимая для оценки перспективности разработки, оценка технических параметров планируемой скважины, определение размеров забоя и прочее. При составлении проектной документации учитывается количество всех объектов, подлежащих разработке, последовательность, в которой будет проводится добыча, определяются методы бурения, позволяющие провести максимально эффективное освоение выбранного горизонта.

Сама же скважина разрабатывается в такой последовательности:

1. освоение нефтяной скважины. На этом этапе происходит наиболее интенсивная добыча «черного золота». Давление в пласте снижено до минимального, обводненность тоже имеет самые низкие показатели. По мере необходимости количество скважин увеличивается, коэффициент же нефтеотдачи сохраняется в пределах 10 %. В среднем освоение скважины длится около 5 лет.
2. обеспечение необходимого уровня добычи нефтяной скважины. Достигается поддержанием данного параметра в пределах от 3 до 17 % (показатель рассчитывается индивидуально для каждого конкретного пласта и зависит от вязкости полезного ископаемого). Продолжительность этапа колеблется от года до семи лет, количество скважин постепенно увеличивается за счет использования резервов, при этом истощенные выработки закрываются. Последнее обусловлено увеличением обводненности – она увеличивается до 65 %, повышается и нефтеотдача, в среднем до 30-50 %.
3. снижение добычи нефтяной скважины. Нефтеотдача снова падает до показателей, не превышающих 10 %. Число резервных скважин стремится к нулю, обводненность нефти повышается до 85 %. Этап снижения – наиболее сложный при разработке скважины, т.к. требует снижения скорости откачки полезного ископаемого. В среднем продолжительность этапа составляет 3 года, а выработка перспективного слоя за это время может достигнуть 90 %.
4. завершающий этап разработки нефтяной скважины. Отбор полезного ископаемого не превышает 1 %, обводненность достигает 98 %. Добыча нефти прекращается, а сами скважины закрываются. Завершающий этап наиболее длительный, т.к. рентабельность выработки сохраняется даже с такими низкими добывающими показателями, а это легко может продлить его на пару десятков лет.

Первая нефтяная скважина в России и мире:

Первое в мире бурение скважины для целей нефтедобычи проведено в 1846 году в посёлке Биби-Эйбат недалеко от Баку, входившем в Российскую империю. Глубина нефтяной скважины составляла 21 м. Скважина была разведочной.

В 1864 году первая в России эксплуатационная скважина была пробурена на Кубани, в селе Киевском, в долине реки Кудако.

Первую американскую нефть из буровой скважины глубиной 15 м добыли в 1857 году в Эннискиллен. Однако чаще всего считают, что первая американская нефть из промышленной скважины была получена 27 августа 1859 года.

Источник

Конструкция нефтяной скважины: схема, устройство, строительство и разработка

Нефтяной промысел — наиважнейшая отрасль промышленности. Нефть и ее производные применяются во всех областях жизни. При этом не имеет значения, где именно она добывается — в родной стране или экспортируется. Добыча нефти происходит благодаря бурению скважин — глубоких цилиндрических стволов, которые пробуривают в пластах горных пород. Нефтяная скважина имеет круглый разрез. Специфика заключается в том, что бурильщик не может проникнуть в нее, однако, помимо собственно скважины, имеется колодец с шахтой и доступом к ним.

• Конструкция нефтяной скважины
• Устройство нефтяной скважины
• Виды нефтяных скважин
• Бурение нефтяных скважин
• Этапы разработки нефтяной скважины

Конструкция нефтяной скважины

Скважины в основной своей массе строятся вертикально, хотя иногда бурение проходит под необходимым углом.

Конструкция состоит из трех отделов:

1. Устье — верхняя часть, необходимая для того, чтобы предотвращать возможные обвалы, разрушения рыхлых пород.
2. Забой — нижняя часть, создана для укрепления колонн на глубине и добычи полезного ископаемого из продуктивного пласта.
3. Ствол — средняя часть, которая уходит вниз, задает путь бурению и удаляет разрушенные породы из скважины.

Строительство скважины происходит в несколько шагов:

1. Буровая установка заглубляет ствол скважины благодаря разрушению пород.
2. Удаляется природный материал, который возник в процессе бурения.
3. Укрепляются стенки в момент погружения.
4. Изучаются размеры слоя нефти.
5. Колонна спускается на необходимую глубину.

Само ископаемое добывается двумя методами:

1. Методом фонтанирования. Этот способ работает при накоплении в пластах чрезмерного давления, благодаря которому углеводороды вырываются наверх.
2. Методом нагнетания. Вода, газ, различные смеси и прочие вещества подаются в скважину для того, чтобы создать искусственное избыточное давление.

Устройство нефтяной скважины

Нефтяная скважина имеет такие характеристики, как длина и диаметр. Под длиной подразумевается промежуток между устьем, находящимся на поверхности земли, и забоем. Под глубиной — проекция длины ствола на вертикальную ось.

Первый шаг в добыче нефти — это проектные работы скважины, конструкция которой разрабатывается с учетом некоторых требований:

1. Геофизическое оборудование должно проникнуть на нижнюю часть ствола.
2. Требуется максимально прочно укрепить стенки ствола во избежание обрушений.
3. Необходимо разделить пласты, исключить вероятность перетекания нефти и воды из одного пласта в другой.
4. Должна быть возможность герметизировать устье с помощью противовыбросового оборудования, предупреждающего открытые фонтаны.

Процесс бурения происходит в определенной последовательности:

1. Бурится ствол на глубину 3 м, пока не появятся устойчивые горные породы. Затем в скважину устанавливается труба, задающая направление. Бутовые камни, которые заливаются бетонным раствором, придают ей устойчивость.
2. Далее скважина заглубляется на 500–800 м. Так образуется кондуктор, который необходим для того, чтобы изолировать рыхлые слои грунта, ведь они делают сложнее процесс добычи нефти.
3. Устанавливается промежуточная колонна обсадных труб. Ее создают в случае, если невозможно в один прием пробурить скважину до пластов, содержащих нефть.
4. Устанавливается эксплуатационная колонна, которая выполняет важную задачу — перекрытие продуктивного пласта и обеспечение поступления нефти в трубу. Этот шаг предотвращает утечку полезного ископаемого в другие пласты и не допускает поступления воды в него.

Как только конструкция готова, вскрывается пласт и извлекается нефть. Далее специальными перфораторами пробиваются отверстия в нижней части колонны и вокруг бетонного кольца, которые необходимы для поступления нефти.

Виды нефтяных скважин

Тип скважины зависит, в первую очередь, от тех условий, в которых находится пласт. Поэтому для того, чтобы разработать месторождение нефти, необходимо определиться с типом выработки. Они отличаются между собой тем, как отклоняется угол ствола от вертикальной оси. Бывают вертикальные, наклонно-направленные и горизонтальные. Последние, к примеру, абсолютно горизонтального расположения не имеют, ведь пласты лежат по-разному. Поэтому пробурить прямую линию невозможно. Учитывая все это, можно сделать более емкое толкование: под горизонтальной нефтяной скважиной подразумевается конструкция, имеющая вид длинного ствола, который бурится под определенным углом. Этот наклон высчитывается исходя из того, куда направлен целевой пласт.

Многоствольные и многозабойные скважины имеют два ствола и более. Когда «рукав» находится над пластом, тогда выработка называется многоствольной. В данном случае подразумевается несколько точек, в которых работник может пробить пласт. Когда ответвления располагаются непосредственно в пласте, тогда скважина называется многозабойной, то есть при наличии единственной точки пробитий может быть много.

Скважины для добычи нефти бывают нескольких категорий:

• добывающие — приспособлены для того, чтобы добывать нефть, газ иди газовый конденсат;
• нагнетательные — требуются для закачки воды в пласты;
• опорные скважины применяются для того, чтобы найти, провести разведку и добыть нефть. С их помощью идет исследование состава пластов, возраста породы;
• параметрические скважины. Они позволяют рассчитать перспективность района относительно добычи нефти;
• структурные возводят с целью определения перспективных площадей;
• поисковые — ищут места залежей нефти;
• разведочные — дают возможность исследовать параметры пластов, их структуру, провести оценку количества залежей, раздобыть необходимую информацию, которая пригодится в ходе составления проекта будущей скважины;
• наблюдательные — контролируют процесс разработки;
• дублирующие — вступают в эксплуатацию в результате непредвиденных ситуаций, аварий или когда основной скважине требуется ремонт;
• специальные — нужны для того, чтобы сбрасывать воды, ликвидировать фонтаны.

Бурение нефтяных скважин

Для того чтобы добраться до нефти, нужно в ходе бурения скважины определиться с методом воздействия на горные породы. Оно может быть механическим, термическим, электрическим и физико-химическим. В настоящее время применяется исключительно механический метод, имеющий различные режимы бурения.

Бурение механическим способом бывает:

• ударным;
• вращательным.

Ударный метод состоит в использовании долота — специального буровой установки, состоящей из ударной штанги и канатного замка. В буровой мачте ставится блок, в котором находится долото, подвешенное на канате. С помощью вращательных движений долота, которое приходит в движение благодаря специальному буровому станку, происходит распад горных пород. В ходе бурения долото вращается, в результате чего ствол принимает цилиндрическую форму. В итоге появляется разрушенная горная порода, которую удаляют из ствола при помощи желонки, представляющей собой вытянутое ведро с клапаном на днище. Прежде чем начать очищать шурф, из него достают долото, затем спускают желонку, открывают клапан. После заполнения ведра водой и кусочками грунта клапан прикрывается, и ведро поднимается. Как только ствол будет полностью очищен, бурение продолжится.

Вращательный метод также подразумевает использование долота. Однако применяется он несколько иначе, нежели при ударной методике. Долото проникает вглубь горных пластов, работая по вертикали и одновременно вращаясь. Это сочетание двух видов воздействия дает возможность устройству разрушать и измельчать породу.

В Российской Федерации бурение нефтяных скважин происходит в основном при помощи вращательного метода.

Этапы разработки нефтяной скважины

Чтобы разработать месторождение нефти, нужна кропотливая и сложная работа на протяжении длительного времени. Работам, связанным с бурением скважин, предшествует скрупулезная подготовка, которая заключается в проведении специальных мероприятий. Она состоит из последовательных этапов:

1. Разведка. Нужна для того, чтобы объективно оценить, насколько многообещающая разработка.
2. Оценка. Эта стадия работы заключается в экспертизе технических параметров будущей скважины.
3. Определение величины забоя. Проектные документы фиксируют все объекты, которые планируется подвергнуть разработке. Также учитывается, в каком порядке будет добываться нефть, и решается вопрос о способе бурения, который позволит очень точно эффективно освоить выбранный горизонт.

Разработка скважины проходит в следующей последовательности:

1. Первый этап освоения скважины обеспечивает добычу нефти в больших объемах. Пластовое давление, как и обводненность, находятся на минимальной отметке. Постепенно растет количество скважин, коэффициент нефтеотдачи находится на границе 10 %. Средний срок освоения скважины составляет приблизительно 5 лет.
2. Второй этап освоения скважины состоит в том, чтобы обеспечить необходимый уровень добычи нефти, который варьируется от 3 до 17 %. Длится этот этап максимум 7 лет. За это время количество скважин увеличивается благодаря эксплуатации резервов. Выработки, которые истощили свои запасы, закрываются из-за роста обводненности.
3. Третий этап подразумевает постепенное уменьшение добычи. Показатели нефтеотдачи опускаются до 10 %. Резервных скважин практически не остается. Обводненность увеличивается до 85 %. Этот период, который продолжается порядка 3 лет, считается самым сложным в ходе разработки скважины, ведь необходимо постепенно снижать скорость откачки нефти.
4. И, наконец, заключительная стадия. Обводненность равна 98 %, нефтеотдача — 1 %. На этом добыча нефти завершается. Эксплуатация скважины прекращается. Этот этап самый продолжительный. Несмотря на низкие показатели по добыче, рентабельность выработки находится на высоком уровне. А значит, в запасе есть еще лет двадцать.

Источник