Применение металлопродукции в добыче полезных ископаемых (часть ІІ)

13/01/2014 3:56pm

Автор: редакционная статья

Категории: применение металлопродукции

Статья посвященная применению продукции черной металлургии при геологической разведке и бурении скважин. Характеристика, структура, классификация буровых установок.

“Чудеса случаются, но над этим приходится очень много работать.”

Хаим Вейцман

Применение металлопродукции в добыче полезных ископаемых (часть ІІ)

Скважина - это цилиндрическая горная выработка, у которой длина ствола гораздо больше, чем ее диаметр.
Скважина – это горная выработка без доступа в нее человека. Верхняя часть скважины называется устье, нижняя – забой. Стенки скважины – это ствол скважины.
Скважины - это сложные капитальные сооружения. Скважины относят к основным средствам предприятия, а затраты на бурение скважин и их обустройство - к капитальным вложениям.
Конструкция 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 из одного пласта в другой;
  • кроме того, она должна обеспечивать возможность герметизации устья скважины при необходимости.

Сначала бурят ствол большого диаметра глубиной порядка 30 метров. Спускают металлическую трубу диаметром 324 мм, которая называется направление, и цементируют пространство между стенками трубы и стенками горной породы. Направление  необходимо для того, чтобы верхний слой почвы не размывался при дальнейшем бурении. Далее продолжают бурение ствола меньшим диаметром до глубины примерно 500-800 м. Снова спускают колонну труб диаметром 168 мм и также цементируют пространство между колонной труб и стенками породы по всей длине. Это  кондуктор. Далее бурение возобновляют и бурят скважину уже до целевой глубины. Снова спускают колонну труб диаметром 146 мм, которая называется эксплуатационной колонной. Пространство между стенками труб и горной породой опять же цементируется от забоя скважины и вплоть до устья.
До глубины порядка 500 метров расположена зона пресных вод с активным водообменном. Ниже глубины 500 м (глубина может быть различна для разных регионов) идет зона затрудненного водообмена с солеными водами, а также другими флюидами (нефтью, газами). Кондуктор нам необходим в качестве дополнительной защиты, предотвращающей возможность засолонения пресных вод и попадания в них вредных веществ с нижележащих пластов.
Между кондуктором и эксплуатационной колонной в некоторых случаях (например, при большой глубине скважины) спускают промежуточную (техническую) колонну.
Типы скважин
В зависимости от геологических условий нефтяного месторождения бурят различные типы скважин. Нефтяная скважина может быть пробурена как:

  • вертикальная;
  • наклонно-направленная;
  • горизонтальная;
  • многоствольная или многозабойная

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. Так как «в природе нет прямых линий» и продуктивные нефтенасыщенные пласты залегают в недрах земли, как правило, с некоторым наклоном, а часто с довольно крутым наклоном, то на практике получается, что нет никакого смысла бурить горизонтальную скважину под углом приблизительно равным 90°. Логичнее пробурить ствол скважины вдоль пласта по наиболее оптимальной траектории. Поэтому в более широком смысле, под горизонтальной скважиной понимают скважину, имеющую протяженную фильтровую зону - ствол, пробуренный преимущественно вдоль напластования целевого пласта в определенном азимутальном направлении.
Скважины с двумя и более стволами называют многоствольными (многозабойными).


Скважина вертикальная

Скважина наклонно-направленная

Скважина горизонтальная

Скважина многоствольная

вертикальная

наклонно-направленная

горизонтальная

многоствольная

Чем отличается многоствольная скважина от многозабойной?
Многоствольные скважины, также как и многозабойные, имеют основной ствол и один или несколько дополнительных. Ключевым отличием является расположение точки разветвления стволов. Если точка находится выше продуктивного горизонта, на который пробурена скважина, то скважину называют многоствольной (МСС). Если же точка разветвления стволов находится в пределах продуктивного горизонта, то скважину называют многозабойной (МЗС).
Другими словами, если основной ствол скважины пробурен вплоть до продуктивного горизонта и уже в самом продуктивном горизонте из него пробурен один или несколько дополнительных стволов, то это многозабойная скважина (МЗС). В этом случае скважина пересекает верхнюю границу продуктивного горизонта только в одной точке.
Если же дополнительные стволы скважины забурены из основного ствола выше продуктивного горизонта и, таким образом, скважина имеет больше одной точки пересечения с продуктивным горизонтом или, как вариант, дополнительные стволы пробурены на разные горизонты, то это многоствольная скважина (МСС).


Многоствольная скважина

Многозабойная скважина

Многоствольная скважина (МСС)

Многозабойная скважина (МЗС)

Категории скважин

По своему назначению скважины подразделяются на следующие категории:

 

  • поисковые;
  • разведочные;
  • эксплуатационные.

Поисковые скважины – это скважины, которые бурят с целью поиска новых залежей (месторождений) нефти и газа.
Разведочные скважины бурят на площадях с уже установленной нефтегазоносностью для уточнения запасов нефти и газа, а также для сбора и уточнения исходных данных, необходимых для составления проекта (технологической схемы) разработки месторождения.
При проектировании и разработке нефтяных месторождений выделяются следующие группы эксплуатационных скважин:

  • основной фонд добывающих и нагнетательных скважин;
  • резервный фонд скважин;
  • контрольные (наблюдательные и пьезометрические) скважины;
  • оценочные скважины;
  • специальные (водозаборные, поглощающие и др.) скважины;
  • скважины-дублеры.

Добывающие (нефтяные и газовые) скважины предназначены для извлечения из залежи нефти, нефтяного и природного газа, газоконденсата и других сопутствующих компонентов. В зависимости от способа подъема жидкости добывающие скважины подразделяются на фонтанные, газлифтные и насосные.
Нагнетательные скважины предназначены для воздействия на продуктивные пласты путем нагнетания в них воды, газа, пара и других рабочих агентов. В соответствии с принятой системой воздействия нагнетательные скважины могут быть законтурными, приконтурными и внутриконтурными. В процессе разработки в число нагнетательных скважин в целях переноса нагнетания, создания дополнительных и развития существующих линий разрезания, организации очагового заводнения могут переводиться добывающие скважины.
Часть нагнетательных скважин может временно использоваться в качестве добывающих.
Резервный фонд скважин предусматривается с целью вовлечения в разработку отдельных линз, зон выклинивания и застойных зон, которые не вовлекаются в разработку скважинами основного фонда в пределах контура их размещения. Количество резервных скважин обосновывается в проектных документах с учетом характера и степени неоднородности продуктивных пластов (их прерывистости), плотности сетки скважин основного фонда и т. д.

oil well

Принципиальная схема и основные виды нефтяных скважин

Контрольные (наблюдательные и пьезометрические) скважины предназначаются:

  • наблюдательные - для периодического наблюдения за изменением положения водонефтяного, газонефтяного и газоводяного контактов, за изменением нефтеводогазонасыщенности пласта в процессе разработки залежи;
  • пьезометрические - для систематического измерения пластового давления в законтурной области, в газовой шапке и в нефтяной зоне пласта. Количество и местоположение контрольных скважин определяется в проектных документах на разработку.

Оценочные скважины бурятся на разрабатываемых или подготавливаемых к пробной эксплуатации месторождениях (залежах) с целью уточнения параметров и режима работы пластов, выявления и уточнения границ обособленных продуктивных полей, оценки выработки запасов нефти отдельных участков залежи в пределах контура запасов категории А+В+С1.
Специальные скважины предназначаются для добычи технической воды, сброса промысловых вод, подземного хранения газа, ликвидации открытых фонтанов. К специальным относятся водозаборные, поглощающие скважины:

  • водозаборные скважины предназначаются для водоснабжения при бурении скважин, а также систем поддержания пластового давления в процессе разработки.
  • поглощающие скважины предназначены для закачки промысловых вод с разрабатываемых месторождений в поглощающие пласты.

Скважины-дублеры предусматриваются для замены фактически ликвидированных из-за старения (физического износа) или по техническим причинам (в результате аварий при эксплуатации) добывающих и нагнетательных скважин.

Буровая установка

Буровая установка или буровая — комплекс бурового оборудования и сооружений, предназначенных для бурения скважин. Состав узлов буровой установки, их конструкция определяется назначением скважины, условиями и способом бурения.

Наземная буровая установка для разведки и разработки месторождений нефти и газа в общем виде включает следующее оборудование:

  • Буровая вышка,
  • Буровая лебёдка,
  • Система верхнего привода или ротор с вертлюгом,
  • Буровой ключ
  • Шпилевая катушка
  • Буровые насосы,
  • Емкости,
  • Оборудование для приготовления бурового раствора,
  • Оборудование очистки бурового раствора от шлама,
  • Цементировочный агрегат
  • Противовыбросовое оборудование
  • Мостки и склад хранения буровых труб, трубный кран,
  • Генератор для обеспечения работы электроприводов оборудования

Характеристики буровых установок

  • Грузоподъёмность/глубина бурения
  • Тип привода
  • Способ бурения
  • Тип шасси (для самоходных установок)
  • Крутящий момент (кНм)

Применение буровых установок
Бурение неглубоких (до 25 метров) скважин небольшого диаметра (76-219 мм) при сейсморазведке и инженерных изысканиях.

  • Бурение скважин средней глубины (до 600 м) — структурных и поисковых скважин на твёрдые полезные ископаемые.
  • Бурение глубоких (до 6000 м) разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ.
  • Капитальный ремонт и испытания скважин на нефть и газ.
  • Бурение скважин на воду.
  • Бурение неглубоких (до 32 м) скважин большого диаметра (до 1,5 м) для строительства буронабивных свай (свайные фундаменты).
  • Бурение взрывных скважин на открытых горных выработках и в шахтах.
  • Сверхглубокое бурение (до 15000м) разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ. ( В России первая сверхглубокая скважина была пробурена глубиной 12261 метров на Кольском полуострове).

Структура буровых установок

Исполнительные органы (вышка, буровая лебёдка, СВП , ротор, талевая система, буровой насос...)

 

  • Энергетические органы (дизельные и электродвигатели, силовая пневмо- и гидросистема, приводы)
  • Вспомогательные органы (металлоконструкции основания, укрытий, механизмы передвижения, мост приёмный, вспомогательная лебёдка, тали, системы освещения, водоснабжения, отопления, вентиляции, эвакуации)
  • Органы управления (системы пневмо- и электроуправления)
  • Органы информации (система контроля параметров бурения).

Классификация буровых установок

По виду работ:

  • для эксплуатационных работ.
  • для разведочных работ.
  • для технических скважин.

По способу бурения делятся на установки:

  • вращательного бурения.
  • вращательно-ударного бурения.
  • ударного бурения.
  • ударно-вращательного бурения.
  • вибрационного бурения.
  • огнеструйного бурения.
  • разрядно-импульсного бурения.

По типу привода:

  • электрические буровые установки.
  • электрогидравлические буровые установки.
  • дизельэлектрические буровые установки.
  • дизельные буровые установки.

По технике передвижения:

  • самоходные буровые установки.
  • передвижные буровые установки.
  • стационарные буровые установки.

По вариантам дислокации:

  • наземные.
  • морские.

Буровая вышка

Вышка является ключевым узлом оборудования буровой установки и предназначена для выполнения следующих функций:

  • проведения спуско-подъёмных операций с бурильными и обсадными трубами.
  • поддержания бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой.
  • размещения комплекта бурильных труб и утяжелённых бурильных труб (УБТ) и тяжелых бурильных труб (ТБТ).
  • размещения талевой системы и средств механизации спуско-подъёмных операций, в частности механизмов АСП, КМСП или платформы верхового рабочего, устройства экстренной эвакуации верхового рабочего, системы верхнего привода и вспомогательного оборудования.

Буровые вышки классифицируются: по назначению — для агрегатов капитального ремонта скважин, для передвижных (мобильных) буровых установок, для кустовых и стационарных, для морских буровых установок; по конструкции — мачтовые и башенные. Мачтовые вышки бывают: А-образные, П-образные, 4-х опорные и с открытой передней гранью.

Буровой лафет

Буровой лафет — навесное буровое оборудование. Устанавливается на мини экскаваторы, а также гидравлические экскаваторы с общей массой от 10 тонн посредством различных соединений. Буровой лафет, как правило, состоит из ходового механизма (чаще всего с гусеничным ходом) с двигателем для передвижения (для самоходных машин), и встроенного гидравлического механизма для подачи вперед (тяги) и бурового функционирования (аксиальное и радиальное движение штанг). Навесной буровой лафет применяется при работах по частичному упрочнению грунтов, а также при бурении пневмоударником или на отбор керна, также для анкерного бурения, бурения скважин под сваи и столбы, для сооружения скважин на воду.

СВП и Ротор

Ротор предназначен для вращения бурильного инструмента и поддержания колонны бурильных труб при бурении скважины. При этом для возможности вращения бурильного инструмента используется вертлюг. СВП объединяет в себе функции ротора и вертлюга.

Буровая лебедка

Буровая лебёдка является основным механизмом спуско-подъёмного комплекса буровой установки. Буровая лебёдка предназначена для выполнения следующих операций технологического процесса строительства скважин:

  • спуск и подъём буровых труб.
  • спуск обсадных труб.
  • подача инструмента на забой.
  • передача вращения ротору при отсутствии индивидуального привода ротора.
  • придание ускорения инструменту (ударному долоту, желонке и т. д.).
  • аварийный подъём инструмента.

Талевая система

Талевая (полиспастовая) система или оснастка буровых установок предназначена для преобразования вращательного движения барабана лебёдки в поступательное (вертикальное) перемещение крюка, к которому крепится бурильная колонна, и уменьшения нагрузки на ветви каната. В зависимости от типа буровой установки и глубины скважины применяют оснастку: 3х4, 4х5, 5х6, 6x7.

Крюкоблоки

Крюкоблоки — талевые блоки, жестко соединённые с крюком. В процессе бурения крюкоблок соединен с вертлюгом, а при выполнении спуско-подъемных операций — с элеватором.
Крюкоблоки являются подвижной частью талевой системы и предназначены для ведения спуско-подъёмных операций, поддержания на весу колонны бурильных и обсадных труб и бурового инструмента в процессе бурения.

Вертлюги

Вертлюг — один из основных узлов механизма подачи бурового раствора, несёт на себе наибольшую нагрузку в процессе бурения и от его надёжности зависит безотказная работа всей буровой установки. Вертлюг обеспечивает подачу промывочной жидкости через буровой рукав от неподвижного стояка манифольда во вращающуюся колонну бурильных труб и поддержание вращающегося инструмента при бурении.

Буровые насосы

Буровые насосы предназначены для обеспечения процесса промывки при пробуривании скважины, нагнетания в скважину бурового раствора с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы и выноса её на поверхность, охлаждения долота и приведения в действие забойных двигателей гидравлического типа. Различают насосы следующих типов — двухпоршневые насосы двойного действия и трёхпоршневые насосы одностороннего действия.
Наиболее полно требованиям технологии бурения соответствуют трёхпоршневые насосы одностороннего действия, которые обеспечивают наименьшую степень неравномерности давления на выходе и наименьший износ клапанов и штоков поршня в сравнении с двухпоршневыми насосами двухстороннего действия.

Циркуляционные системы

Система циркуляции бурового раствора (ЦС) представляет собой комплекс механизмов и оборудования, входящий в состав буровой установки и предназначена:

  • для приготовления бурового раствора заданной плотности, состава и качества.
  • для очистки бурового раствора от выбуренной породы.
  • хранения запаса бурового раствора.
  • дегазации бурового раствора (при необходимости).
  • химической обработки бурового раствора.
  • долива и подачи раствора в скважину.
  • удаления шлама.

Комплекс ЦС включает следующее оборудование для очистки промывочной жидкости — вибросито, пескоотделитель, илоотделитель, центрифугу и дегазатор, которые, имея различную степень очистки бурового раствора, позволяют подготовить шлам к утилизации.

Нефтяная платформа

Нефтяная платформа — сложный инженерный комплекс, предназначенный для бурения скважин и добычи углеводородногосырья, залегающего под дном моря, океана либо иного водного пространства.
Каждая буровая установка на платформе (некоторые установки имеют две вышки) имеет 2 смены рабочих, которые работают по 12 часов через 12, заменяя друг друга, в течение 4-х недель, отправляясь затем на 4-х недельный отдых.

История

Первая нефтеплатформа была помещена в прибрежную область штата Луизиана в 1938 г. Она была построена компанией Superior Oil.
Первая же морская нефтяная платформа, Нефтяные Камни, была построена на металлических эстакадах в 1949 году в Каспийском море, на расстоянии около 40 км к востоку от Апшеронского полуострова. Она числится в списке Книги рекордов Гиннеса как старейшая морская нефтяная платформа.

Типы

  • морская нефтяная платформа, свободно закреплённая ко дну
  • полупогружная нефтяная буровая платформа
  • мобильная морская платформа с выдвижными опорами
  • буровое судно
  • Плавучее нефтехранилище, которое может или просто хранить нефть или хранить и отгружать на берег (Плавучее нефтеналивное хранилище) или хранить, отгружать и добывать (Плавучая установка для добычи, хранения и отгрузки нефти).
  • нефтяная платформа с растянутыми опорами (плавучее основание с натяжным вертикальным якорным креплением)

Наиболее крупные нефтеплатформы

Самая крупная платформа, добывающая и нефть и газ, платформа Хайберния, расположена в океаническом бассейне им. Жанны д’Арк, в Атлантическом океане близ канадского берега. Её основание гравитационного типа, прикреплённое к морскому дну, охватывает 111 м². Платформа напоминает бетонный остров с зубчатыми краями для противостояния айсбергам.
Крупнейшая в России платформа — Пильтун-Астохская-Б (PAB), расположена на шельфе Охотского моря вблизи восточного побережья острова Сахалин. Данная платформа построена на южнокорейской судоверфи по заказу компании «Сахалинская энергия» для работы на проекте Сахалин-2. Установлена в июле 2007 года. Несмотря на её гигантские размеры и сложные производственные мощности благодаря высокому уровню механизации её экипаж составляет 140 человек.

Источник: Wikipedia


Презентация

Контакты

 

 

Контакты

НАШІ КОНТАКТИ:

[email protected]

[email protected]

м. Дніпро

моб. +38 (050) 320 69 72

ISSN 20760507

Керівник проекту - Гриньов Володимир Анатолійович

Партнеры