Мұнай және газ ұңғыларын бұрғылау

Жоспары:

1)Бұрғылау тәсілдері.

2)Қашау және жуу сұйықтардың түрлері мен тағайындалуы

Ұңғыларды бұрғылау тәсілдері. Бұрғылау тәсілдерін тау жыныстарын талқандаушы аспаптардың ұңғыларды бұрғылау кезіндегі тау жыныстарына әсер етуне қарай төмендегідей бөлуге болады: механикалық, термиялық, физико-химиялық, эжектржалынды т.б. Осылардың ішінен тек механикалық бұрғылау тәсілі кеңінен қолданылады.

Механикалық бұрғылау тәсілінде тау жыныстарын талқандау қол күші немесе қозғалтқыштардықолдану арқылы іске асырылады. Механикалық бұрғылау соққылау және айландыру тәсілдері арқылы жүргізіледі. Соққылама бұрғылау тәсілі 60 жылдан астам уақыттан бері мұнай, газ өндіру саласында қолданылмайды. Дегенмен пайдалы қазбаларды барлау, инженерлік-геологиялық іздестіру жұмыстарында қолданылып жүр.

Соққылама бұрғылау. Соққылама бұрғылау тәсілдерінің шіннен кәзіргі кезде арқанды соққылама бұрғылау (1.2-сурет) кеңінен қолданылады. Бұрғы аспабы қашау (1), соққы штангасы (2), айырғыш штанга (3) және арқандық құлыптан (4) тұрады. Ол ұңғыға мұнара (9) амартизаторынан (8), негізгі шығыршық (7) арқылы өтіп, теңгергіш рамасының (11) керуші (10) және бағыттаушы шығыршықтары арқылы өтетін аспаптық арқан (5) арқылы түсіріледі. Арқанның шеті аспаптық лебедка (13) барабанына бекітіледі. Теңгергіш рамасы шатунды-кривошивтік құрылығы (14, 15) арқылы лебедка барабаны тежеулі күйіне бағыттаушы шығыр (12) осі бойымен тербелмеліқозғалысқа келтіріледі. Теңгергіш рамасының керуші шығыры (10) төмен түскенде арқан керіліп, бұрғы аспабы көтеріледі. Ал жоғары көтерілгенде арқан босап, аспап өз салмағымен ұңғы түбіне құлап, тау жынысын талқандайды. Ұңғы түбін цилиндр тәрізді біркелкі бұрғылау үшін, аспапты әр соққыдан кейін белгілі бұрышқа айналдыра отыру қажет. Ұңғы оқпаны тереңдеген сайын арқан лебедка барабанынан тарқатылып, қашауды ұңғы түбіне жіберіп отырады. Бұрғылау кезінде тау жыныстарының жұмсаруы үшін, ұңғы іші сумен толтырылады. Шылам тығыздығы белгілі бір шламға жеткенде, бұрғылауды тоқтатып, аспапты лебедкамен көтеріп алып, ұңғы түбін тазартады. Бұл желонкалық лебедка барабанына (16) оралған желонкалық арқан (6) арқылы түсірілетін желонкамен (17) іске асырады.

Арқанды-соққылама бұрғылау тәсілімен тереңдігі 400-500 метр ұңғылар бұрғылауға болады.

Айналмалы бұрғылау. Мұнай және газ ұңғыларын бұрғылауда тек айналмалы бұрғылау тәсілі қолданылады. Бұл тәсілде тау жыныстары қашауға әсер етуші остік салмақ пен айналдыру моментінің әсерінен талқандалады. Остік салмақтың әсерінен қашау тау жыныстарына енсе, айналдыру моментінің әсерімен жыныстарын жарады.

Айналмалы бұрғылау роторлық және түптік қозғалтқыштармен бұрғылау тәсілдері арқылы іске асырылады.

1.2-сурет. Арқанды соққылама бұрғылау схемасы.

Роторлық бұрғылау тәсілінде (1.3-сурет) қозғалтқыш (9) қуаты лебедка (8) арқылы ұңғы сағасына орнатылған арнайы айналдыру механизмі роторға (16) беріледі. Ротор бұрғылау тізбегіне жалғанған қашауды (1) айналдырады. Бұрғылау тізбегі жетек құбырдан (15) және оған арнайы аударма (6) арқылы жағанған бұрғылау құбырларынан (5) тұрады.

1.3 – сурет. Айналмалы бұрғы қондырғысының схемасы.

Түптік қозғалтқыштармен бұрғылау кезінде қашау (1) қозғалтқыш білігіне, ал бұрғылау тізбегі қозғалтқыш (2) тұрқына жалғанады. Бұрғылау тізбегі айналмайды, тек қозғалтқыш білігі мен қашау ғана айналады.

Айналмалы бұрғылау тәсілінің ерекшелігі қашаудың жұмыс істеу кезінде ұңғыны су немесе арнайы дайындалған ерітінділермен жуу. Ол үшін қозғалтқыш (21) арқылы жұмыс істейтін екі бұрғы сорабы (20), құбыр жолы (19), тіке құбыр (17), бұрғы шлангасы (14), вертлюг (10) және бұрғылау тізбегінің ішіне жуу сұйығын айдайды. Бұрғы қашауына жеткен жуу сұйығы, оның тесіктері арқылы өтіп, ұңғы қабырғасы мен бұрғылау құбырлары арасындағы кеңістік арқылы көтеріледі. Бұл жерде науа жүйесінде (18) жуу сұйығы бұрғыланылған тау жыныстары бөлшектерінен тазартылып барып, бұрғы сораптарының қабылдау қалбырларына (22) түседі.

Ұңғы тереңдеген сайын кронблок (суретте көрсетілмеген), тәл блок (12), ілме блок (13) және тәл арқанынан (11) тұратын тәл (полистпаст) жүйесіне ілінген бұрғылау тізбегі ұңғыға жіберіліп отырады. Жетек құбыр (15) роторға (16) толық енген кезде лебедканы қосып, бұрғылау тізбегін жетек құбыр бойына көтереді де, тізбекті элеваторға немесе ұстағыш саны арқылы ротор столына іліп отырғызады.

Содан кейін жетек құбырды вертлюгпен бірге ағытып арнайы дайындалғаншуруфқа түсіреді. Осыдан соң бұрғылау тізбегіне құбыр жалғап ұзартады да, оны сол құбыр бойына ұңғы ішіне түсіріп, элеватор немесе ұстағыш сынаға отырғызады, шурфтан жетек құбырды шығарып, бұрғылау тізбегіне жалғайды да, тізбекті элеватор немесе ұстағыш сынадан босатып, қашауды ұңғы түбіне жеткізіп, бұрғылауды жалғастырады.

Тозған қашауды алмастыру үшін ұңғыдан бүкіл бұрғылау тізбегі көтеріліп, қайта түсіріледі. Көтеріп – түсіру жұмыстары тәл жүйесінің көмегімен іске асырады. Бұрғылау тізбегін көтеруде, оны ұзындығы бұрғы мұнарасының биіктігіне байланысты секцияларға бөліп ашады. Ашылған секциялар (свечалар деп аталады) мұнара фонаріндегі арнайы подсвечникке орналастырылады.

Түптік қозғалтқыштардың үш түрі қолданылады. Олар: турбобұрғы, винтті түптік қозғалтқыш және электробұрғы. Ұңғы конструкциясы. Ұңғы сағасын жуылып, шайылудан сақтандыру үшін бұрғылау алдында тұрақты тау жыныстарына дейін (4-30 м) бағыттау құбырын (7) түсіріп, құбыр сыртын цементтеп бекітеді. Құбырдың жоғарғы шетінен тесік тесіліп, жуу сұйығы науа жүйесіне өтетін металл науа пісіріліп ұстатылады.

Бұрғылау процесін шиеленістіретін тұрақсыз, жұмсақ жарықшақ және кеуекті тау жыныстарын бұрғылап (40-400 м) өткеннен кейін осы аралықтарға кондуктор түсіріліп (3), құбыр сыртындағы кеңістік (4) цементтелінеді.

Кондуктордан кейін жобалық тереңдікке шиеленіссіз бұрғылап жету мүмкін бола бермейді. Мұндай жағдайларда аралық шегендеу тізтегін түсіріп, цементтеу қажет болады. Өте күрделі бұрғылау жағдайларында жобалық тереңдікке жету үшін бірнеше аралық тізбек түсіруге тура келеді.

Ұңғыны жобалық тереңдікке бұрғылап, оған пайдалану тізбегін түсіріпцементтейді. Пайдалану тізбегі бойынша мұнай мен газ көтеріледі.

Пайдалану тізбегі түсіріліп, цементтелілгеннен кейін ұңғы сағасында шегендеу тізбектері бір бірімен арнайы құрылғымен байланыстырылады. Содан кейін өнімді қабат тұсында пайдалану тізбегі мен цемент тасында перфорациялау арқылы тесіктер тесіледі. Ұңғыны игеру және пайдалану барысында сол тесіктер арқылы мұнай мен газ ұңғыға келіп түседі.

Барлық тау жыныстар үш категорияға бөлінеді: магмалық, шөгінді және метаморфты. Шөгінді тау жыныстар құрамына шамамен жер қыртысының 95% келеді, оларда барлық мұнай және газ кен орындары ұштастырылған. Осы тау жыныстардың механикалық қасиеттері құрылымынан минералогиялық құрамы, олардың біртекті емес деңгейіне байланысты.

Мұнай және газ құбырларын салу кезінде мынадай тау жынысын қирату аспаптары қолданылады:

• тегіс забойлы ұңғыманы бұрғылауға арналған бұрғылау қашаулары;

• сақина забойлы ұңғыманы бұрғылауға арналған бұрғылау басы;

• ұңғыма бойын кеңейтуге арналған кеңейткіштер;

• бұрғылау коллонасын центрлеуге арналған және ұңғыма қабырғасын түзулеуге арналған стабилизаторлар, калибраторлар және центраторлар.

Тау жынысын бұзу әрекетіне байланысты бұрғылау қашаулары және бастары уату - опырып салу (шарошкалы), кесу - опырып салу (лопасты), ұнтақтау - кесу (алмаз типтес).

Шарошкалы қашаулар - қашаудың ең кең таралған түрі. Ол: біршарошкалы, екішарошкалы және үшшарошкалы болып бөлінеді.

Лапасты қашаулар мынадай түрлерге бөлінеді: екілопасты 2Л, үшлопасты ұнтақтап - кесу 3ИР, алтылопасты ұнтақтап - кесу 6ИР, бірлопасты П. Лопасты қашаулар шарошкалы қашауларға қарағанда оңай контрукциялы және цементтелмеген, жұмсақ, борпылдақ тау жыныстарын бұзу кезінде қолданылады. Лопасты қашаулар көбінесе роторлы қашау кезінде қолданылады. Бірлопасты қашаулар цементтік тығынды бұзуға арналған.

Алмазды қашаулар қатты жыныстарды бұзуға арналған және қашауды жасауда бағалы алмаз немесе синтетикалық алмаз қолданылады.

Жуу сұйықтарының атқаратын қызметтері. Ұңғыларды жуу және жуу сұйықтарының басты міндеттері:

1. Ұңғы түбіндегі тау жыныстарын талқандау жуу сұйықтарының айналу процесіндегі технологиялық міндеттерінің бірі.

2. Ұңғыларды жуу міндеттерінің ең негізгілерінің бірі ұңғы түбін бұрғыланылған тау жыныстары бөлшектерінен тазарту және оларды жер үстіне көтеріп шығару. Тау жыныстарының бұрғыланылған бөлшектері ұңғы түбінен қаншалықты тез тазартылса, бұрғы қашаулары да, соншалықты тиімді жұмыс істейді. Бұл міндеттің орындалу шарты, ұңғы түбін бұрғыланылған тау жыныстары бөлшектерінен тазартудың екі жолы бар: 1) жуу сұйығының тығыздығы мен тұрақтылығын көтеру арқылы; 2) ұңғы түбіне жеткізілетін жуу сұйығының тұтыну мөлшерін өсіру арқылы. Мұның біріншісі тиімсіз, сондықтан екіншісі қолданылады. Бұрғыланылған тау жыныстарының бөлшектері ұңғы түбінен көтерілген бойда, жер үстіне шығарылуы тиіс, ұңғы оқпананда тұрған жағдайда бұрғылау аспабын қажауы немесе оларға сальник оралып, ұсталынып қысылып қалуы мүмкін.

3.Тау жыныстары бөлшектерін ұстап тұру қабілеті. Бұл жуу сұйықтарының қажетті технологиялық сипаттамаларының бірі. Әсіресе жуу сұйықтарының ұңғы ішінде тыныштық күйіндегі. Бұл міндет жуу сұйықтарының статикалық ығысу кернеуі арқылы бағаланады. Ығысу кернеуінің мәні өскен сайын бөлшектер бір орында жақсы ұсталады.

Тау жыныстарының меншікті салмағы, жуу сұйықтарынан жоғары (үлкен), сондықтан тау жыныстары бөпшектері төмен қарай құлауға тырысады, бөлшектер қоршаған сұйықта жанама кернеу пайда болады.

(5.1)

мұнда G – жуу сұығындағы бөлшектердің салмағы;

S – бөлшектер беттерінің ауданы.

4. Қабат- ұңғы жүйесіне гидростатикалық қысым тепе-теңдігін түсіру.

Бұрғылау процесінде ұңғы мен бұрғыланылған қабат, ұңғы-қабат жүйесін құрайды. Жуу сұйығы ұңғы қабырғасына қысым түсіреді. Қабаттағы сұйық немесе газ ұңғы қабырғасына қабат жағынан қысым түсіреді. Бұрғылау барысында қабат қысымы ұңғы шегінде міндетті түрде теңгерілуі тиіс. Өйтбеген жағдайда қабат сұығы немесе газ атқылап, апат жағдайлары болуы мүмкін.

Қабат қысымын ұңғы шегінде екі тәсілмен теңгеруге болады. Ұңғы ішіндегі жуу сұйығы бағанының салмағамен немесе ұңғы сағасында кері қысым түсіру арқылы.

5. Ұңғы қабырғасын опырылып құлаудан сақтандыру.

Алдынғы міндетке ұқсас. Ұңғы қабырғасының тұрақтылығын қамтамасыз етуші бірінші және негізгі міндет. Ол бұрғылау сұйығының ұңғы қабырғысына түсіретін қысымы. Екіншісі-бос тау жыныстары құрайтын ұңғы қыбырғасын жуу сұйығымен қатайту. Үшінсісі-су суспензиясының мөлшері.

6. Бұрғы қашауын, бұрғылау құбырларын, гидравликалық қондырғаларды салқындату-жуу сұйығының қарапайым және тиімді міндеттерінің бірі.

7. Майлау қасиеті.

Бұл функцияларды құрамы жағынан өте күрделі сұйықтық қана орындай алады. Ондай сұйықтық келесі қасиеттерге ие болу керек:

а) тиксотропты қасиетке ие болып, ұңғыны жуу барысында жеңіл жылжымалы болу керек;

б) тау жыныстарға қатысты қажетті мөлшерде инертті болып, оларды ерітпей, бұрғыланған бөлшектердің пептизациясына мүмкіндік бертін, ұңғы қабырғасының беріктігін төмендетпейтін болуы керек;

в) қажетті кен диапазонда тығыздықты бақылауға мүмкіндік беруі керек;

г) ұңғы қабырғасындағы жарықшақтарды және кеуектерді тығындау, өнімді қабаттарда сұйықтың дисперциялы ортасында, сұйықтықтың өзіне өтуін болдырмайтын жұқа, өткізбейтін қабатты құрылымдауы керек;

д) бұрғыланған тау жыныстар мен қабаттық сұйықтардың әсеріне сезгіштігі аз болып, арнайы химиялық заттарды аз мөлшерде қосқанда қажетті қасиеттер алынып тез өңдеуге бағынуы керек;

е) температура өзгерудің кен диапазонында қасиеттерін тұрақты сақтай алуы керек;

ж) үйкелісетін беттерден жылуды алу үшін қажетті жылу физикалық қасиеттерге және майлағыштыққа ие болуы керек;

з) бұрғыланған тау жыныстары мен қабат сұйықтары компаненттерін тепе-теңдікке келтіру мүмкіндігі болуы керек;

и) ұңғыда геофизикалық зерттеулер жүргізілуін болдыруы керек;

к) қолжетіміді және қымбат емес материалдардан болуы керек.

Жуу сұйықтарының топталынуы. Жуу сұйықтарын топтау, бұрғылау кезінде олардың түрлерін таңдап алуды жеңілдетеді. Мұндай жағдайдағы анықтаушы кезең болып, ертінділердің өзіне тән сипаттамалары мен қолдану жағдайлары саналуы тиіс.

Жуу сұыйқтары дисперциялық ортаның құрамы бойынша үш топқа бөлуге болады.

1. су негізді жуу сұйықтары.

2. көмірсутек негізді жуу сұыйқтары.

3. газдар және газ-және сұыйқ қоспалары.

Бұл топтың әрқасысы өз алдына диперстік фаза құрамы, коллойдтық фракция алу тәсілі, оларды өңдеуде қолданылатын химиялық реагенттер құрамы бойынша шағын топтарға бөлуге болады.

Су негізді жуу сұйықтарын:

1) су (тұщы, теңіз суы, тұздық);

2) саз балшық суспензиялары;

3) саз балшықты емес тау жыныстарын бұрғылау барысында алынатын табиғи суспензиялар;

4) гидрогель негізді суспензиялар;

5) эмульция (судағы май).

Көмірсутек негізді жуу сұыйқтары:

1) газсыздакндырылған мұнай және мұнай өнімдері;

2) көмірсутек негізді көп компонентті ертінділер;

3) инвертті эмульсиялар (майдағы су).

Газдар мен газ-сұыйқ қоспалары:

1) ауа;