Технологические особенности отбора керна при бурении нефтегазоносных скважин

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Бурение - процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы, 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:

1. поиски и разведка полезных ископаемых, изучение свойств горных пород;

2. добыча жидких, газообразных и твёрдых (при выщелачивании и выплавлении) полезных ископаемых через эксплуатационные скважины;

3. производство взрывных работ;

4. выемка твёрдых полезных ископаемых;

5. искусственное закрепление горных пород (замораживание, битумизация, цементация и др.);

6. осушение обводнённых месторождений полезных ископаемых и заболоченных районов;

7. вскрытие месторождений;

8. прокладка подземных коммуникаций: сооружение свайных фундаментов и др.

По характеру разрушения породы, применяемые способы бурения делятся на: механические - буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, и немеханические - разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на неё (например, взрывное). Механические способы бурения подразделяют на вращательные и ударные (а также вращательно-ударные и ударно-вращательные). При вращательном бурении порода разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В зависимости от прочности породы при вращательном бурении применяют буровой породоразрушающий инструмент режущего типа (Долото буровое и Коронка буровая); алмазный буровой инструмент; дробовые коронки, разрушающие породу при помощи дроби (Дробовое бурение). Разрушение пород забоя скважины производится по всей его площади (бурение сплошным забоем) или по кольцевому пространству с извлечением керна (колонковое бурение). Технические средства бурения состоят в основном из буровых машин (буровых установок) и породоразрушающего инструмента. Из немеханических способов получило распространение для бурения взрывных скважин в кварцсодержащих породах термическое бурение, ведутся работы по внедрению взрывного бурения.

Бурение развивалось и специализировалось применительно к трём основным областям техники: наиболее глубокие скважины (несколько км) бурятся на нефть и газ, менее глубокие (сотни м) для поисков и разведки твёрдых полезных ископаемых, скважины глубиной от нескольких м до десятков м бурят для размещения зарядов взрывчатых веществ (главным образом в горном деле и строительстве).

Основным этапом разведки месторождений большинства полезных ископаемых является бурение скважины. Операция бурения неотъемлемо связана с изучением геологического разреза скважины. Одним из способов такого изучения является отбор керна.

Керн - цилиндрические образцы горных пород. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.

Анализ керна позволяет определить его нефтегазоносность. Однако по всей длине скважины керн отбирается лишь в исключительных случаях. Поэтому после завершения бурения обязательной процедурой является исследование скважины геофизическими методами.

Объём бурения с отбором керна составляет примерно 4 - 5 % от общей проходки в разведочном бурении и 0,5 - 1 % в эксплуатационном. Несмотря на большие возможности геофизических методов исследования земных недр, только полноценные образцы керна позволяют достоверно установить состав, физико-механические свойства и возраст пород, аргументировано подтвердить запасы нефти и газа, составить обоснованные проекты на бурение скважин и разработку месторождений в целом.

Критериями полноценности керна являются процесс его выноса, степень сохранения структуры, состава, флюидов и других свойств по отношению к естественным условиям залегания пород.

Наиболее информативен процент выноса керна, по которому оценивается уровень совершенства керноотборных инструментов и технологии бурения.

Основные факторы, влияющие на вынос керна:

§ Категория пород по трудности отбора керна;

§ Диаметр керна; бурильный керн забой горный

§ Тип бурильной головки;

§ Конструктивные особенности керноприёмного устройства;

§ Технология бурения и организация труда.

Отделом разработки забойных машин и технических средств КамНИИКИГС в 2000-2001 гг. разработано и изготовлено керноотборное устройство для отбора керна в трещиноватых кристаллических породах. Устройство представляет комплекс технических средств, в который входят: забойный двигатель, механизм подачи с регулируемым усилием подачи на забой, компенсационная легкосплавная бурильная труба, делитель потока и керноотборный снаряд с шаровой подвеской грунтоноски, оснащённый алмазной бурильной головкой диаметром 122 мм.

Вращение керноотборного снаряда с бурильной головкой и бурильной трубой осуществляется забойным двигателем, размещённым в расширенной части скважины.

Механизм подачи на забой включает: трубу квадратного сечения со сторонами 112х112 мм, направляющий шток с калёным наконечником, сменные насадки для регулирования усилия подачи и набор манжет.

Компенсационная бурильная труба, расположенная между делителем потока и устройством подачи, исключает заклинивание керноотборного снаряда в опережающем стволе скважины. Делитель потока включает три керамические насадки с внутренним диаметром 10 мм.

Керноотборный снаряд представляет двойную колонковую трубку с шаровой подвеской грунтоноски.

В связи с необходимостью повышения качества геолого-разведочных работ особенно важным является увеличение процента выноса керна из крепких и твёрдых трещиноватых пород, которыми, как правило, представлены коллекторы нефти и газа.

Проведённый анализ распределения объёмов бурения с отбором керна по способам бурения показал, что в целом по стране доминирующим стал роторный способ бурения с отбором керна.

В настоящее время в буровой практике существуют две принципиально отличные друг от друга технологии отбора керна:

1. Технология отбора керна с применением съёмной грунтоноски и ограничением походки за рейс до 3…5 м при потенциальной возможности породоразрущающего инструмента иметь проходку на бурильную головку на уровне 15…20 м. При этом увеличение затрат на ведение спускоподъёмных операций (СПО) компенсируется повышенной скоростью ведения СПО тросом по сравнению со скоростью подъёма бурильных труб.

2. Технология отбора керна керноотборными снарядами с системой забойного гидротранспорта, которая позволяет исключить самозаклинивание керна в процессе его поступления в снаряд и вести бурение без ограничения проходки за рейс до 15…20 м.

Одним из основных моментов, определяющих конструктивные параметры керноотборного снаряда, является диаметр полученного керна.

Диаметр керна определяет его прочность при воздействии поперечных и продольных сил, возникающих при контактах с колонковым инструментом. Диаметр керна всегда несколько меньше расстояния между кернообразующими элементами. Он находится в прямой зависимости от диаметра скважины в колонковом бурении. Другим важным фактором является высота керноприёма. Исследованиями и практикой установлено, что с уменьшением высоты керноприёмника разрушение керна уменьшается.

Низкое расположение керноприёмного отверстия препятствует выпадению, рассыпанию, размыву керна непрочных пород и тем самым несколько снижает вредное влияние вибрации.

Керноотборный снаряд должен обеспечивать работу с рядом керноприёмных камер, конструкция которых отвечает определённым по сложности условиям бурения.

При разработке керноприёмных камер необходимо создавать конструкции, удовлетворяющие определённым геологическим условиям.

Однако использующиеся в настоящее время методы отбора керна допускают "опорожнение" керна и утерю нефти и воды во время его подъёма со скважины в процессе уменьшения давления от забойного к атмосферному, потому что при уменьшении гидростатического увеличивается объём газа, который выталкивает жидкость из керна. Увеличенная нефтенасыщенность может быть обновлена за счёт использования бурового раствора на нефтяной основе.

Размещено на Allbest.ru