Основы бурения нефтяных и газовых скважин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ухтинский государственный технический университет

Кафедра разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений и подземной гидромеханики

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

«Основы бурения нефтяных и газовых скважин»

Выполнил Алиев М.А.

Ухта 2022

Введение

Бурение - процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы - скважины, шпура или шахтного ствола, путём разрушения горных пород на забое. Бурение осуществляется, как правило, в земной коре, реже в искусственных материалах (бетоне, асфальте и др.). В ряде случаев процесс бурения включает крепление стенок скважин (как правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками скважин.

Область применения бурения многогранна: поиски и разведка полезных ископаемых; изучение свойств горных пород; добыча жидких, газообразных и твёрдых (при выщелачивании и выплавлении) полезных ископаемых через эксплуатационные скважины; производство взрывных работ; выемка твёрдых полезных ископаемых; искусственное закрепление горных пород (замораживание, битумизация, цементация и др.); осушение обводнённых месторождений полезных ископаемых и заболоченных районов; вскрытие месторождений; прокладка подземных коммуникаций: сооружение свайных фундаментов и др.

Нефть и газ играют огромную роль в жизни человечества. Это и топливо, и химическое сырье. А добываются они с помощью бурения скважин. Необходимо изучать и развивать бурение нефтяных и газовых скважин, ведь добыча нефти и газа - сложный процесс, требующий тщательного выбора необходимого метода и оборудования.

Вопрос 1. Плотность буровых промывочных жидкостей. Буровые промывочные жидкости

Назначение

Среди всего многообразия назначений буровых промывочных жидкостей при бурении скважин можно выделить следующие основные:

1) Промывка скважины.

2) Поддержка от обваливания незакреплённых стенок скважин.

3) Предупреждение нефтегазоводопроявлений.

4) Предупреждение поглощения самого бурового раствора проницаемой пористой горной породой.

5) Смазка бурильного инструмента.

6) Охлаждение бурильного инструмента.

Кроме основных назначений ещё существует целый ряд специфических требований, в зависимости от особенностей конкретных буровых технологий и исследований скважин.

1) Промывка скважины заключается в очистке скважины от выбуренной горной породы и от горной породы, обрушившейся со стенок скважины. Соответственно, промывка скважины подразделяется на очистку забоя и очистку ствола скважины, то есть назначение очистки скважины в настоящее время подразделяется на очистку забоя скважины и очистку ствола скважины.

С одной стороны, буровой раствор должен очищать забой скважины как можно быстрее после каждого удара по забою породоразрушающим инструментом, чтобы следующий удар разрушал не разрушенную горную породу, а нетронутый ударами долота массив горной породы. При этом, отколотая от забоя чешуйка горной породы сможет отскочить от него только в том случае, когда промывочная жидкость проникнет под эту чешуйку. А это лучше происходит при уменьшении вязкости промывочной жидкости. То есть промывочная жидкость должна иметь вязкость поменьше.

С другой стороны, буровой раствор должен поднимать на поверхность шлам выбуренной породы. А это лучше происходит, когда вязкость у бурового раствора будет побольше.

То есть здесь происходит обычное в бурении противоречие технологических интересов, где буровики ищут «золотую середину».

2) Поддержка от обваливания незакреплённых стенок скважин заключается в технологиях склеивания рыхлых горных пород, а так же в создании противодавления промывочной жидкости на стенки скважины, чтобы они не обрушились за счёт давления горных пород.

3) Предупреждение нефтегазоводопроявлений заключается в создании давления промывочной жидкости большей, чем пластовое давление, в соответствии.

4) Предупреждение поглощения самого бурового раствора проницаемой пористой горной породой весьма актуально, поскольку в соответствии с ПБНГП скважинное давление должно быть больше пластового, и, поэтому, будет существовать фильтрация промывочной жидкости в проницаемые пласты. А это означает и потери недешёвой промывочной жидкости и размокание стенок скважины, которое часто заканчивается осыпями и обвалами этих самых стенок. Поэтому буровики стараются создать в буровых растворах свойства, препятствующие проникновению самого бурового раствора и его фильтрата в проницаемые пласты. Так как это гораздо дешевле, чем делать промывочную жидкость, например, с большим содержанием канцелярского клея.

5) Смазка бурильного инструмента тоже весьма актуальна, особенно при строительстве наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Если уменьшить коэффициент трения бурильной колонны о стенки скважины в два раза, то можно увеличить теоретически возможную горизонтальную проекцию ствола скважины тоже в два раза при одинаковой мощности буровой установки.

6) Охлаждение бурильного инструмента позволяет ему не нагреваться и не терять свои свойства. Например, если компакты из PDC перегреются, то они могут заграфитизироваться, потерять прочность, разрушиться, и бурить будет нечем. Поэтому теплоотводу от вооружения долота через тело долота, промывочную жидкость и саму разрушаемую горную породу при проектировании бурения уделяется большое внимание.

Примером специфических требований к буровым растворам может служить требование каротажников (исследователей-контролёров скважины), чтоб электропроводность промывочной жидкости была бы меньше электропроводимости горных, пород на величину достаточную для бокового каротажного зондирования (БКЗ)

Плотность промывочных жидкостей

Плотность промывочной жидкости, должна обеспечивать рабочее скважинное давление в самой промывочной жидкости.

Измеряется плотность либо на приборе ареометр, либо на приборе рычажные весы. Шкалы этих двух приборов в г/см3, что удобно для графика совмещённых эквивалентов давлений. Однако при этом не следует забывать, что в отчётности плотность измеряется в кг/м3, а это численно уже в 1000 раз больше.

Вопрос 2. Плотность горных пород

Плотность горной породы определяет горное давление Рг на глубине, по известной формуле

Рг=сgH

где: с - средняя плотность горной породы;

g - ускорение свободного падения;

Н - глубина.

Плотность осадочных пористых пород лучше всего определять быстрым методом тройного взвешивания на электронных весах. Его суть заключается в следующем:

На электронные весы ставится стакан с водой, и фиксируется его масса (М1), то есть производится первое взвешивание, величиной равное сумме массы стакана (Мст.) и массы воды в стакане (Мв.):

М1 = Мст. +Мв.

Затем, в воду, не касаясь дна стакана, на нити опускается исследуемый кусок горной породы. При этом показание электронных весов (М2) увеличивается на величину вытесненной куском горной породы массы воды (Мв.в.):

М2 = Мст. +Мв. +Мв.в.

Затем, кусок горной породы опускается на дно стакана, и производится третий замер М3, величиной равный сумме массы стакана (М1), воды в стакане (Мв.) и горной породы (Мг.п.):

М3 = Мст. + Мв. + Мг.п.

Все эти операции производят за несколько секунд, за которые вода не успевает существенно впитаться в пористость горной породы, или за которые горная порода не успеет существенно раствориться. Разумеется, вместо воды можно использовать любую инертную жидкость, например, глицерин.

В результате тройного взвешивания легко вычисляется плотность исследуемой горной породы (сг.п.) по известной формуле

сг.п. = Мг.п./Vг.п.

где: Мг.п. = М3 - М1;

Vг.п. = Vв.в. - объём горной породы, равный объёму вытесненной воды Vв.в.;

Vв.в. = Мв.в./св.

где: Мв.в.= М2 - М1

св. - плотность воды

Вопрос 3. Плотность цементного раствора

1 Свойства цементных растворов С точки зрения гарантии успешности бурения наиболее часто определяют следующие свойства цементов:

1) плотность, с, кг/м3;

2) растекаемость, мм;

3) начало схватывания, час, мин.;

4) конец схватывания, час, мин.;

5) предел прочности на изгиб, уИ, кгс/см2;

6) равномерность изменения объёма, да/нет;

7) тонкость помола, да/нет;

8) содержание вредных примесей, %

Свойства цементных растворов прямо зависят от водоцементного отношения ВЦО, которое соответственно определяется как отношение массы затворённой воды mВ к массе цемента mЦ:

ВЦО = mВ/mЦ

Обычно у портландцементов свойства определяют при ВЦО = 0,5. Если ВЦО будет меньше 0,5, то плотность цементного раствора увеличится, а время схватывания уменьшится. Это важно учитывать для присмотра за оперативным расходом цемента. Имеется в виду, что обычная плотность буровых тампонажных растворов от строительных портландцементов равна 1,65 г/см3, а заявленная их плотность обычно равна 1,85 г/см3, то есть с меньшим ВЦО. И если, без соответствующей лабораторной проверки, при цементировании не экономят цемент для оперативных производственных надобностей, а делают плотность цемента равной проектной, то ретивые исполнители получают козла.

Для исследования свойств цементов количество цементного порошка и воды затворения рассчитывают следующим образом. Например, если ВЦО = 0,4, то это значит, что для замеса цементного раствора надо взять четыре массовых части воды и десять массовых частей цементного порошка, а всего четырнадцать массовых частей. То есть, например, на четыре килограмма воды надо взять десять килограммов цементного порошка. Или, четыреста граммов воды надо смешать с одним килограммом цемента.

Если, например, требуется сделать один литр цементного раствора с ВЦО = 0,5 = 5 /10 и плотностью сЦР = 1,65 г/см3, то всего надо взять 1650 г воды и цементного порошка. Причём в этой массе будет 5 частей воды и 10 частей цемента. А на одну часть будет приходиться массы 1650 / (5+10) = 110 г. Отсюда следует, что для образования одного литра цементного раствора надо взять 5 Ч 110 = 550 г воды и 10 Ч 110 = 1100 г цемента.

Плотность цементного раствора определяется аналогично плотности промывочной жидкости.

буровой промывочный горный

Вопрос 4. Показатель стабильности буровых промывочных жидкостей

Показатель стабильности промывочной жидкости, С, г/см3, определяется в цилиндре стабильности ЦС-2 как разница плотностей нижней сН и верхней сВ части объёма промывочной жидкости, залитого в цилиндр и оставленного на сутки отстоя. Через сутки верхнюю часть жидкости сливают в отдельную ёмкость, и измеряют плотности верхней и нижней части. Стабильность определяют по формуле С = сН - сВ. Показатель стабильности не должен быть более 0, 02 г/см3. Для утяжелённых растворов, - не более 0,03 г/см3.

Цилиндр стабильности

Вопрос 5. Пористость горных пород

Пористость величина пористости е определяется отношением объёма пор VПОР рассматриваемой горной породы ко всему её объёму VГП:

Различают пористость общую, открытую, эффективную и закрытую.

Эффективная пористость отличается от открытой тем, что она является меньше, так как не учитывает тупиковые ответвления объёмов открытой пористости, из которых углеводороды не могут быть извлечены при разработке. Причём эффективная пористость может составлять менее 65 % от открытой пористости. Пользоваться термином «эффективная пористость» очень удобно для отчётности, так как если коэффициент нефтеизвлечения считать по открытой пористости, то он составляет, например, 23 % (смотри п. 1.1.2). Но если его считать по эффективной пористости, то он сразу становится больше, например, как у нас в стране, - 33%!

Открытая пористость определяется методом керосиновой пропитки.

Библиографический список

1. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. - М.: Недра, 1975. -271 с.

2. Спивак А.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин: Учеб для вузов. - М.,: Недра, 1994. -262 с.

3. Спивак А.И. Механика Горных пород: применительно к процессам разрушения при бурении скважин. - М.: Недра, 1967. - 192 с.

4. Нор А.В. Основы бурения нефтяных и газовых скважин. - Ухта: ФГБОУВО УГТУ, 2021. - 12 - 149 с.

Размещено на Allbest.ru