О скважинах

Способы бурения скважин. Технология бурения скважин на воду

Способы бурения скважин классифицируются по разным признакам:

• cпособу разрушения горных пород;
• типу породоразрушающего инструмента;
• виду передачи энергии долоту;
• взаимному положению устьев скважины;
• составу и свойствам буровых растворов;
• способу промывки;
• целям бурения и назначению скважин;
• конструкции скважин;
• положению оси скважины в пространстве.

Наиболее распространена классификация по способам разрушения горных пород: механическое, гидромеханическое, взрывное, огневое, электрогидродинамическое, магнитно-стрикционное и др.

При бурении скважин повсеместно применяется как наиболее эффективное механическое разрушение горных пород, сочетающееся с воздействием промывочной жидкости.

Механическое разрушение наиболее реализовано в распространенных ныне вращательном и ударном бурении скважин, которое предшествовало вращательному.

Ударное бурение подразделяется по типу бурового инструмента на ударно-штанговое и ударно-канатное, а вращательное бурение подразделяется по способу привода долота во вращение на: роторное  – привод с устья и бурение забойными двигателями (турбинное, бурение электробуром на трубах, электробуром на кабель-канате, бурение гидравлическими винтовыми забойными объемными двигателями).

При ударном бурении ствол скважины создается периодическими ударами долота по забою под воздействием собственного веса и тяжелой ударной штанги. Приподнимание долота и ударной штанги, прилепленным к штангам (ударное штанговое бурение) или инструментальному канату (ударное канатное бурение), осуществляется балансиром бурового станка. Лезвия долота имеют небольшую площадь контакта с забоем, что обеспечивает их значительное углубление при каждом ударе и разрушение даже очень твердых пород.

При вращательном способе бурения горная порода на забое разрушается вращающимся долотом, на которое передаются осевая нагрузка и крутящий момент. Разрушенная порода удаляется с забоя потоком жидкости, непрерывно подаваемой по колонне бурильных труб. Крутящий момент на долото подается или с поверхности от ротора через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя установленного непосредственно над долотом. Осевая нагрузка создается в основном частью веса находящихся над долотом утяжеленных бурильных труб, забойного двигателя. При общей установленной мощности буровых установок для бурения на глубину до 4500 м в 1000, 1500 кВт на долото передается около 200 – 50 кВт при изменении глубины от 0 до 4500 м.

Несмотря на низкий коэффициент передачи мощности на забой, в среднем мощность на долоте в несколько раз больше, чем при ударном бурении, что обеспечивает гораздо более высокие скорости проходки.

Подаваемый для очитки забоя буровой раствор совершает непрерывный кругооборот-циркуляцию. В качестве бурового раствора чаще всего используется вода, естественные растворы, образующиеся из шлама и подаваемой с поверхности воды, с добавлением химических реагентов, пластовых вод или глинистый раствор.

Циркулирующий буровой раствор не только удаляет разбуриваемую породу и частицы осыпающихся пород, но и охлаждает долото, иногда способствует более эффективному разрушению породы. Одновременно буровой раствор создает противодавление на стенки скважины, чем предупреждаются прорыв пластовых флюидов, обавлообразования, а также может закупоривать и укреплять стенки за счет гидродинамического и физико-химического взаимодействия с горными породами и пластовыми флюидами. Поэтому в отличие от ударного бурения в скважину опускается меньше обсадных колонн, причем делается это после проходки интервала их спуска.

Для смены изношенного долота производится подъем бурильной колонны, а затем ее спуск с новым долотом. Спуск и подъем бурильного инструмента, спуск обсадных колонн осуществляется с помощью подъемного оборудования  – вышки, лебедки, полиспастовой (талевой) системы, подъемного крюка.

Вращательное бурение от ударного отличается следующим:

• высокой производительностью за счет передачи на долото большей мощности, непрерывного разрушения горной породы и удаления ее с забоя не поверхность циркулирующим промывочным агентом
• эффективностью применения для самых различных целей: универсальностью, возможностью вскрытия пластов с низким и высоким давлением, используя для промывки, в зависимости от условий, газообразные агенты, облегченные, нормальные или утяжеленные буровые растворы

• возможностью  преодолеть многие виды обвалообразований, поглощений промывочной жидкости, не прибегая к дополнительному креплению ствола скважины
• возможностью предупредить в большинстве случаев проявления, выбросы и открытое фонтанирование
• большой мощностью привода буровой установки, сложностью бурового оборудования, КИП и системы управления, высокой начальной стоимостью и стоимостью эксплуатации

Важным условием успешного развития роторного бурения было создание в начале двадцатого века в США шарошечных долот, требующих для своего вращения гораздо меньших крутящих моментов, чем лопастные долота, применяющиеся по аналогии с ударным бурением на заре внедрения вращательного способа. Совершенствование шарошечных долот продолжается и поныне для достижения высоких показателей в очень твердых и высокоабразивных породах, и при большом диаметре скважин.