Подготовительные работы к строительству вышки и вышечных сооружений. Технология строительства
Технология - это комплекс последовательно выполняемых операций, направленных на достижение определенной цели. Понятно, что осуществить любую технологическую операцию можно только с применением необходимого оборудования. Рассмотрим последовательность выполнения операций при строительстве скважины. Под строительством скважины понимают весь цикл сооружения скважины от начала всех подготовительных операций до демонтажа оборудования (Рисунок 1.6).
Рисунок 1.6. Буровая установка
Подготовительные работы включают в себя планировку площади, установку фундаментов под буровую вышку и другое оборудование, прокладку технологических коммуникаций, электрических и телефонных линий. Объем подготовительных работ определяется рельефом, климатической и географической зоной, экологической обстановкой. Так, в условиях болотистых месторождений Сибири необходимо перед началом бурения сооружать насыпные дамбы (острова), на морских месторождениях - устанавливать платформы.
Монтаж - размещение на подготовительной площадке оборудования буровой установки и его обвязка. В настоящее время в нефтяной промышленности широко практикуется блочный монтаж - строительство крупными блоками, собранными на заводах и доставленными к месту монтажа. Это упрощает и ускоряет монтаж. Монтаж каждого узла заканчивается опробованием его в рабочем режиме.
Бурение скважины - постепенное углубление в толщу земной поверхности до нефтяного пласта с укреплением сте-нок скважин.
Строительство скважины выполняется по заранее составленному проекту и геолого-техническому наряду документам, которыми следует руководствоваться при строительстве и бурении скважины.
Бурение скважины начинается с закладки шурфа глубиной 2..4 м, в который опускают долото, привинченное к квадрату, подвешенному на талевой системе вышки. Бурение начинают, сообщая вращательное движение квадрату, а, следовательно, и долоту с помощью ротора. По мере углубления в породу, долото вместе с квадратом опускается с помощью лебедки. Выбуренная порода выносится промывочной жидкостью, подаваемой насосом к долоту через вертлюг и полый квадрат.
После того как произойдет углубление скважины на длину квадрата, его поднимают из скважины и между ним и долотом устанавливают бурильную трубу.
В процессе углубления возможно разрушение стенок скважин, поэтому их необходимо через определенные интервалы укреплять (обсаживать). Это делают с помощью специально спускаемых обсадных труб, а конструкция скважины приобретает ступенчатый вид. Вверху бурение ведется долотом большого диаметра, затем меньше и т.д.
Количество ступеней определяется глубиной скважины и характеристикой пород. Под конструкцией скважины понимают систему обсадных труб различного диаметра, спускаемых в скважину на различную глубину. Для разных районов конструкции нефтяных скважин различны и определяются следующими требованиями.
- противодействие силам горного давления, стремящимся разрушить скважину;
- сохранение заданного диаметра ствола на всей его протяженности;
- изоляция встречающихся в разрезе скважины горизонтов, содержащих разнородные по химическому составу агенты и исключение их смешивания;
- возможность спуска и эксплуатации различного оборудования;
- возможность длительного контакта с химически агрессивными средами и противодействие высоким давлениям и температурам.
Часть скважины, примыкающая непосредственно к нефтяному пласту, оборудуется фильтром, через него происходит переток нефти из пласта в скважину.
Фильтр - это перфорированная по толщине пласта труба, являющаяся продолжением эксплуатационной колонны, или опускаемая в скважину отдельно. Если пласт сложен прочными породами, фильтр может не устанавливаться.
На месторождениях сооружаются газовые, нагнетательные, пьезометрические скважины, конструкции которых аналогичны нефтяной.
Отдельные элементы конструкции скважины имеют следующее назначение: Направление предотвращает размыв верхних рыхлых пород буровым раствором при забуривании скважины. Кондуктор обеспечивает изоляцию водоносных горизонтов, используемых для питьевого; водоснабжения. Промежуточная колонна спускается для изоляции зон поглощения, перекрытия продуктивных горизонтов с аномальными давлениями. Иногда для изоляции участка ствола в глубоких скважинах спускают часть, колонны- хвостовик. Эксплуатационная колонна обеспечивает изоляцию всех, пластов, встречающихся в разрезе месторождения, спуск оборудования и эксплуатацию скважины.
В зависимости от числа обсадных колонн конструкция скважины может быть одноколонной, двухколонной и т.д.
Забой скважины, ее фильтр, является основным элементом колонны, так как непосредственно обеспечивает связь с нефтяным пластом, дренирование пластовой жидкости в заданных пределах, воздействие на пласт с целью интенсификации и регулирования его работы.
Конструкции забоев определяются характеристикой породы. Так в механически устойчивых породах (песчаниках) может выполняться открытый забой. Он обеспечивает полную связь с пластом и принимается за эталон, а показатель эффективности связи-коэффициент гидродинамического совершенства, принимается за единицу. Недостатком такой конструкции является невозможность избирательного вскрытия отдельных пропластков, если они есть, поэтому открытые забои получили ограниченное применение.
Известны конструкции забоев с отдельно спускаемыми, заранее изготовленными фильтрами в полностью вскрытый не обсаженный пласт. Кольцевое пространство между низом обсадной колонны и верхней частью фильтра герметизируется. Отверстия в фильтре выполняются круглыми или щелевидными - ширина 0,8...1,5 мм, длина 50...80 мм. Иногда спускаются фильтры в виде двух труб, полость между которыми заполнена отсортированным гравием. Такие фильтры можно менять по мере их загрязнения.
Наибольшее применение получили фильтры, образованные в перекрывшей нефтяной пласт и зацементированной эксплуатационной колонне. Они упрощают технологию вскрытия, позволяют надежно изолировать отдельные пропластки и воздействовать на них, но эти фильтры имеют и ряд недостатков.
Освоение скважины - комплекс технологических операций по вызову притока и обеспечению ее продуктивности, соответствующей локальным возможностям пласта.
2.3. Конструкция скважин, спуск обсадных колонн и крепление скважин
При различных геологических условиях и разной глубине скважин изменяются количество обсадных колонн и диаметры применяемых долот для бурения. Совокупность расположения обсадных колонн, их диаметров, диаметров стволов скважин, глубин бурения для каждого диаметра долота, глубины спуска обсадных колонн, высоты подъема тампонажного раствора. Для обоснования выбора конструкции служат геологические данные и особенности бурения в этом районе. Конструкцию скважин проектируют по графику совмещенных давлений, на котором четко выделяются зоны с несовместимыми условиями бурения. Конструкцию скважины проектируют сверху вниз (Рисунок 1.7).
Рисунок 1.7. Схема конструкции скважины
Сегодня нефтяные и газовые скважины представляют собой капитальные дорогостоящие сооружения, служащие много десятилетий. Это достигается соединением продуктивного пласта с дневной поверхностью герметичным, прочным и долговечным каналом. Однако пробуренный ствол скважины еще не представляет собой такого канала, вследствие неустойчивости горных пород, наличия пластов, насыщенных различными флюидами (вода, нефть, газ и их смеси), которые находятся под различным давлением. Поэтому при строительстве скважины необходимо крепить ее ствол и разобщать (изолировать) пласты, содержащие различные флюиды.
В ряде случаев дальнейшее углубление ствола скважины становится невозможной без предварительного крепления ее стенок.
Крепление ствола скважины производится путем спуска в нее специальных труб, называемых обсадными. Ряд обсадных труб, соединенных последовательно между собой, составляет обсадную колонну. Для крепления скважин применяют стальные обсадные трубы (Рисунок 1.8).
Насыщенные различными флюидами пласты разобщены непроницаемыми горными породами — «покрышками». При бурении скважины эти непроницаемые разобщающие покрышки нарушаются и создается возможность межпластовых перетоков, самопроизвольного излива пластовых флюидов на поверхность, обводнения продуктивных пластов, загрязнения источников водоснабжения и атмосферы, коррозии спущенных в скважину обсадных колонн.
В процессе бурения скважины в неустойчивых горных породах возможны интенсивное кавернообразование, осыпи, обвалы и т.д. В ряде случаев дальнейшее углубление ствола скважины становится невозможной без предварительного крепления ее стенок.
Для исключения таких явлений кольцевой канал (кольцевое пространство) между стенкой скважины и спущенной в нее обсадной колонной заполняется тампонирующим (изолирующим) материалом (Рисунок 1.9).
Рисунок 1.8. Обсадная труба в скважине
Рисунок 1.9. Схема крепления скважины
Каждая конструкция скважины состоит из ряда обсадных колонн: направления, кондуктора, технических или промежуточных колонн, эксплуатационной колонны. Эксплуатационная колонна является последней обсадной колонной, она спускается от устья до проектной глубины скважины, за исключением случаев, когда продуктивный пласт эксплуатируется открытым забоем. В этих случаях эксплуатационная колонна спускается до кровли продуктивного пласта. При современных способах эксплуатации скважин обычно ограничиваются эксплуатационной колонной диаметром 146 мм, а при высоких дебитах скважин применяют трубы диаметром 168 мм. На устье скважины все обсадные колонны, за исключением направления, для герметизации межколонных пространств обвязываются колонными головками, на которых устанавливается устьевое оборудование для нефтяного месторождения, составляют его эксплуатационный фонд.
В настоящее время добывающие скважины эксплуатируются тремя основными способами: фонтанным, газлифтным и глубиннонасосным. При фонтанном способе жидкость и газ поднимаются за счет пластовой энергии. Он наиболее экономичен и как правило применяется на начальных стадиях разработки нефтяных месторождений когда добывается безводная нефть. В дальнейшем происходит обводнение скважин закачиваемой в пласты водой, и их дебит резко снижается или фонтанирование их полностью прекращается и они переводятся на один из механизированных способов эксплуатации: газлифтный или глубиннонасосный.
При газлифтном способе добычи нефти в скважину для подъема нефти на поверхность подают с помощью компрессора углеводородный газ и нефть поднимается на поверхность за счет ее разгазирования в насосно-компрессорных трубах.
При глубиннонасосном способе эксплуатации нефть откачивается из скважин в основном с помощью штанговых или электроцентробежных насосов, опускаемых в скважины на определенную глубину. Реже применяются вибрационные, винтовые, струйные, гидроприводные и другие типы насосов.
2.4. Освоение скважин.
Способы вызова притока нефти из пласта
После перфорации проводится освоение скважины,т.е. вызывают приток в нее нефти и газа. Для чего уменьшают давление бурового раствора на забой одним из следующих способов:
· промывка — замена бурового раствора, заполняющего ствол скважины после бурения, более легкой жидкостью — водой или нефтью;
· поршневание (свабирование) — снижение уровня жидкости в скважине путем спуска в насосно-компрессорные трубы и подъема на стальном канате специального поршня (сваба). Поршень имеет клапан, который открывается при спуске и пропускает через себя жидкость, заполняющую НКТ. При подъеме же клапан закрывается, и весь столб жидкости, находящийся над поршнем, выносится на поверхность.
От использовавшихся прежде способов уменьшения давления бурового раствора на забой, продавливания сжатым газом и аэрации (насыщения раствора газом) в настоящее время отказались по соображениям безопасности.
Таким образом, освоение скважины в зависимости от конкретных условий может занимать от нескольких часов до нескольких месяцев.
После появления нефти и газа скважину принимают эксплуатационники, а вышку передвигают на несколько метров для бурения очередной скважины куста или перетаскивают на следующий куст.
2.5. Подземный текущий и капитальный ремонт скважин
Все работы по вводу скважин в эксплуатацию связаны со спуском в них оборудования: НКТ, глубинных насосов, насосных штанг и т.п.
В процессе эксплуатации скважин фонтанным, компрессорным или насосным способом нарушается их работа, что выражается в постепенном или резком снижении дебита, иногда даже в полном прекращении подачи жидкости. Работы по восстановлению заданного технологического режима эксплуатации скважины связаны с подъемом подземного оборудования для его замены или ремонта, очисткой скважины от песчаной пробки желонкой или промывкой, с ликвидацией обрыва или отвинчивания насосных штанг и другими операциями.
Изменение технологического режима работ скважин вызывает необходимость изменения длины колонны подъемных труб, замены НКТ, спущенных в скважину, трубами другого диаметра, УЭЦН, УШСН, ликвидация обрыва штанг, замена скважинного устьевого оборудования и т.п. Все эти работы относятся к подземному (текущему) ремонту скважин и выполняются специальными бригадами по подземному ремонту.
Более сложные работы, связанные с ликвидацией аварии с обсадной колонной (слом, смятие), с изоляцией появившейся в скважине воды, переходом на другой продуктивный горизонт, ловлей оборвавшихся труб, кабеля, тартального каната или какого-либо инструмента, относятся к категории капитального ремонта.
Работы по капитальному ремонту скважин выполняют специальные бригады. Задачей промысловых работников, в том числе и работников подземного ремонта скважин, является сокращение сроков подземного ремонта, максимальное увеличение межремонтного периода работы скважин.
Под межремонтным периодом работы скважин понимается продолжительность фактической эксплуатации скважин от ремонта до ремонта, т.е. время между двумя последовательно проводимыми ремонтами.
Коэффициент эксплуатации скважин - отношение времени фактической работы скважин к их общему календарному времени за месяц, квартал, год.
Коэффициент эксплуатации всегда меньше 1 и в среднем по нефте- и газодобывающим предприятиям составляет 0,940,98, т.е. от 2 до 6% общего времени приходится на ремонтные работы в скважинах.
Текущий ремонт делает предприятие по добыче нефти и газа. Организация вахтовая - 3 чел.: оператор с помощником у устья и тракторист-шофер на лебедке.
Капитальный ремонт выполняют конторы капитального ремонта, входящие в НГДУ.
2.5.1 Установки и агрегаты для подземного и капитального ремонта и освоения скважин.
При подземном ремонте глубоких скважин применяют эксплуатационные вышки и мачты, стационарные или передвижные, предназначенные для подвески талевой системы, поддержания на весу колонны труб или штанг при ремонтных работах, проводимых на скважине.
Стационарные вышки и мачты используются крайне нерационально, т.к. ремонтные работы на каждой скважине проводятся всего лишь несколько дней в году, всё остальное время эти сооружения находятся в бездействии. Поэтому целесообразно использовать при подземном ремонте подъемники, несущие собственные мачты. Транспортной базой их служат тракторы и автомобили.
2.5.2 Подъемники и подъемные агрегаты.
Подъемник - механическая лебедка, монтируемая на тракторе, автомашине или отдельной раме. В первом случае привод лебедки осуществляется от тягового двигателя трактора, автомашин, в остальных от самостоятельного двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя.
Агрегат - в отличие от подъемника оснащен вышкой и механизмом для ее подъема и опускания.
Агрегат подъемный для ремонта скважин АПРС-40 (Рисунок 2.0) предназначен для производства спуско-подъемных операций при ремонте скважин, необорудованных вышечными сооружениями, для производства тартальных работ, для чистки песчаных пробок желонкой и для возбуждения скважин поршневанием (свабированием). Кроме того, с его помощью промывочным агрегатом и ротором с индивидуальным приводом можно проводить промывку скважин и разбурибание песчаных пробок.
Рисунок 2.0. Агрегат подъемный для ремонта скважин АПРС-40