Нефтяная скважина, виды, устройство, строительство и этапы разработки

Что такое кессон для скважин

С понятием кессона для скважин, а именно, что это такое, можно столкнуться при строительстве. Изначально, кессон – это была некая геометрическая ёмкость для подводных работ. Но, со временем спектр применения кессона увеличился. Теперь это устройство применяется для защиты оголовки скважины.

Ведь, как правило, потенциальные заказчики используют водопровод вне зависимости времени года. Но, из-за постоянных перемен климата, бесперебойно работать подобным системам становится сложно. А летний зной, или устойчивые и сухие морозы могут сделать работу водоснабжения физически невозможным.

Нужно понимать, что при минусовых температурах, то есть в зимний период, подземная вода может не только нанести повреждения и дефекты, но и совсем разорвать насосы в водопроводных сетях

Поэтому, при строительстве и монтаже канализации и водоснабжения важно применять качественные материалы, чтобы избежать поломки в первый эксплуатационный сезон

Наличие кессона прямым образом защищает оборудования для водоснабжения от подобных, неблагоприятных воздействий из вне. Сам кессон представляет собой ёмкость, которая забуривается отдельно на небольшой глубине. Туда помещается всё необходимое оборудование для нормального функционирования, как водопровода, так и канализационных секторов, если они есть.

Условия влияющие на заканчивание скважины

Условия залежи должны быть определены и эти условия будут влиять на все аспекты проекта на строительство скважины. Ниже приведены самые важные факторы, которые необходимо учиитывыать при проектировании заканчивания скважин:

Толщина продуктивного пласта;
Положение газонефтяного контакта;
Положение водонефтяного контакта;
Наличие трещин и их ориентация;
Однородность
Непроницаемые преграды на пути движения флюидов
Относительная проницаемость

Описание залежи будет определять соответствующий тип заканчивания скважины, положение участка скважины в продуктивном пласте, допуски на заданный коридор и необходимость в пилотномстволе. Если в заданной точке входа скважины в пласт нет известных геологических реперов для точного определения точки входа в пласт и заданной глубины горизонтального участка может потребоваться проводка пилотного ствола

Важно также определить будут ли проблемы с устойчивостью ствола скважины. Это повлияет на проектирование заканчивания скважины и план бурения

Основные схемы заканчивания скважин

Заканчивание скважин с открытым забоем

При этой схеме заканчивания скважина эксплуатируется без обсадной колонны в районе нефтеносной зоны. В скважину спускается обсадная колонна, но лишь до верхней границы продуктивного интервала, нефть поступает на поверхность через НКТ.

Небольшие затраты, простота конструкции.
Радиальный приток жидкости в скважину (360º).
Хороший доступ к трещинам в пластовой породе.
Высокий уровень гидродинамического совершенства.
Влияние глинистой корки на продуктивность скважины, пока стенки не очистятся.
Добываемая жидкость будет проходить через все поврежденные интервалы.
Отсутствие защиты от обвала стенок необсаженного интервала ствола.
Отсутствует изоляция различных интервалов.

Рис. 1. Особенности заканчивания скважин с открытым забоем

Обсадная колонна должна перекрывать верхний пласт, иначе существует опасность, что верхние пласты могут повредить скважину за счет обвала или поступления в ствол нежелательных жидкостей.
Изоляция интервалов невозможна. Если какой-либо интервал должен быть отсечен или подвернут обработке по интенсификации притока, его изоляция невозможна.
Углеводороды поступают непосредственно в ствол скважины, который должен быть достаточно прочный, чтобы выдержать поток.
Флюид должен проходить через поврежденную призабойную зону. Глинистая корка на стенках ствола будет снижать продуктивность скважины.

Заканчивание с открытым забоем подразделяется на подвиды:

Открытый забой. Применяют при устойчивом коллекторе, низкой пористой (2) и трещинной (2) проницаемости и высоком пластовом давлении (градиент давления > 0,01 МПа/м).
Открытый забой с фильтром в колонне. При относительно неустойчивом коллекторе, высокой пористой (> 0,1 мкм2) и трещинной (> 0,01 мкм2) проницаемости и высоком пластовом давлении (градиент давления > 0,01 МПа/м).
Открытый забой со вставным фильтром. При неустойчивом коллекторе, не зависимо от пористой и трещинной проницаемости и низком пластовом давлении (градиент давления

Заканчивание скважин с забоем закрытого типа

Большинство скважин в мире заканчивают забоем закрытого типа. Применяется для неоднородных коллекторов с чередованием устойчивых и неустойчивых пород, водо- и газовмещающих пропластков с разными пластовыми давлениями.

Отсутствие необходимости очищать глинистую корку.
Перфорации могут обойти поврежденные зоны (при правильных расчетах).
Хорошая изоляция интервалов и зон.
Возможно многопластовое заканчивание скважины.
Хорошая герметичность скважины при хорошем качестве цементажа.
Защищенность ствола от обвалов.

Возможность возникновения скин-эффекта из-за того что ствол не открыт на 360º.
Ухудшение проницаемости из-за обломков породы от бурения и перфорирования продуктивного интервала.
Высокая стоимость.

Рис. 2. Общий принцип заканчивания скважин с закрытым забоем

Заканчивание скважин с забоем смешанного типа

Забой частично перекрытый колонной применяют при устойчивом коллекторе и в однородной залежи для изоляции напорных горизонтов, расположенных близко от кровли объектов.
Забой частично перекрытый колонной со вставным фильтром используется в случаях при неустойчивом колекторе и в однородной залежи для изоляции напорных горизонтов, расположенных близко от кровли объектов

Виды нефтяных скважин. Классификация нефтяных скважин:

На выбор вида скважины, в первую очередь, влияют геологические условия, в которых расположен продуктивный пласт. Так, для разработки нефтяных месторождений используются типы выработок, различаемые по углу отклонения ствола от его вертикальной оси:

– вертикальные нефтяные скважины – не более 5 градусов;

– наклонно-направленные нефтяные скважины – превышающего 5 градусов;

– горизонтальные нефтяные скважины – составляющем около 90 градусов.

Горизонтальные нефтяные скважины имеют свои особенности. Так, строго горизонтального положения у подобных выработок не существует, т.к. пробурить прямую на пластах, залегающих под разными уклонами, просто невозможно. Хотя данное определение не совсем точно с научной точки зрения (не представляет собой строгую прямую линию), оно наиболее подходит к подобному типу разработки.

Так, намного проще и удобнее, а также эффективнее, проводить бурение вдоль траектории залегая нефтяного пласта. В связи с этим напрашивается более обширное определение: горизонтальная нефтяная скважина – это конструкция в виде протяженного ствола, бурение которого проводится по определенному азимуту. Последний рассчитывается исходя из направления целевого пласта, учитывая максимальное приближение к его залеганию.

Еще один тип скважин – многоствольные и многозабойные нефтяные скважины. К ним относят выработки, имеющие два и более стволов, т.е. ответвления от основного. В случае, когда «рукав» располагается выше продуктивного пласта, тип выработки носит название многоствольного (имеет несколько точек пробития пласта). Если же ответвления расположены в самом пласте, скважина считается многозабойной (пробитий несколько, но в одной точке).

Самый редкий тип скважины – кустовой. В этом случае устья стволов расположены на земле максимально близко друг к другу, а их стволы расходятся под землей под разными углами. Как результат – устья оказываются на разном расстоянии друг от друга, что в схематическом виде представляет собой перевернутый вверх ногами куст.

Скважины, которые бурят с целью извлечения нефти – они также называются эксплуатационные нефтяные скважины – делят на следующие категории:

– добывающие нефтяные скважины – предназначены для добычи нефти, попутного нефтяного газа или газового конденсата,

– нагнетательные нефтяные скважины – предназначены для закачки (нагнетания) в пласты воды (сжатого газа, воздуха и пр.).

Кроме основной классификации скважин (добывающие и нагнетательные нефтяные скважины), основа которых – прямое назначение выработки (она приведена выше), существует дополнительная. Так, для поиска, разведки и добычи «черного золота» используют скважины:

– опорные скважины – служат для изучения состава пластов, возраста залегающей породы;

– параметрические скважины – их закладка необходима для расчета перспективности района в плане его нефтеносности, уточнения геологических особенностей грунта;

– структурные скважины – сооружаются для определения перспективных площадей, их непосредственной подготовки к разработке и добыче;

– поисковые скважины – необходимы для обнаружения новых залежей полезных ископаемых;

– разведочные скважины – помогают изучить размеры и строение продуктивных пластов, оценить запасы залежей, получить данные для проектирования будущей эксплуатационной скважины;

– наблюдательные скважины – позволяют контролировать проведение разработки;

– дублирующие скважины – их использование начинается при прекращении работ на основном стволе (износ, авария и прочее);

– специальные (водозаборные, поглощающие и прочие) скважины – необходимы для сброса промысловых вод или добычи технических, ликвидации открытых фонтанов и прочего.

Все эти виды с успехом используются в нефтедобывающей отрасли.

Абиссинка и песчанка своими руками

Абиссинский колодец (скважина ручного бурения)http://d-otshelnik.forum2x2.ru/t186-topicАбиссинский колодец (скважина ручного бурения) .

Несмотря на свою простоту, абиссинский колодец пользуется большой популярностью среди владельцев дачных домов. Ведь зачастую его дебет выше, чем у песчанки, а пробурить и обустроить его гораздо проще. Но если водоносный горизонт находится ниже уровня, с которого может поднять воду внешний насос, то можно обустроить песчаную скважину. Рассмотрим более подробно монтаж этих двух типов скважин.

Забивка абиссинского колодца

Бурение скважины

Прежде чем начать забивку абиссинки, а именно так называется процесс получения этого источника воды, необходимо подготовить все элементы этой скважины. Они продаются в готовом виде, но и сделать их самостоятельно не особо сложно.

Шаг 1. Из метровой трубы, диаметр которой составляет дюйм, изготавливают основу фильтра. Для этого в стенках трубы на протяжении 80 см через каждые 20 мм друг от друга вырезают отверстия в виде щели.

Шаг 2. На трубу фильтра наматывают проволоку и натягивают сеть фильтрового плетения. Последнюю нужно зафиксировать хомутами через каждые 100 мм.

Ручная установка для бурения скважины

Шаг 3. На дальний конец фильтра устанавливают стальной конус, диаметр основания которого больше диаметра трубы, а высота составляет 100 мм. Наконечник можно заказать у токаря, а надежно фиксировать конус к трубе фильтра его можно припоем из олова.

Таким же способом дополнительно закрепляют сетку.

Разновидность самодельной конструкции для неглубокого бурения

Шаг 4. Для тела скважины готовят метровые или полутораметровые дюймовые трубы с резьбой на обоих концах для соединения.

На подготовительном этапе можно сделать бабку – инструмент для забивки. Для этого берется небольшой отрезок трубы с толстой стенкой, к одному концу трубки приваривают сантиметровое основание, а сбоку – ручки. Вес бабки должен составлять не менее 30 кг.

На подготовительном этапе можно сделать бабку – инструмент для забивки

После подготовительных мероприятий приступают к забивке.

Шаг 1. В выбранном для скважины месте выкапывают приямок площадью в 1 кв.м, а глубиной в полметра.

Простейший вариант агрегата для бурения

Шаг 2. В приямке начинают бурить садовым буром, длину которого постепенно увеличивают при помощи полудюймовых труб, соединяемых их друг с другом с помощью муфт и болтов.

Различные варианты изготовления самодельных буров, приспособленных под определенный тип грунта

Шаг 3. С момента появления насыщенного влагой песка переходят непосредственно к забивке. Для этого подготовленный фильтр соединяют при помощи резьбы с первой трубой. На свободный конец трубы накручивают муфту с завершением, которое защищает трубу от действия удара. Нанизывают бабку и резко ударяют ей.

Фото ударного оголовка

Забивку можно также делать при помощи кувалды, но в этом случае выше вероятность погнуть трубу.

Шаг 4. Во время забивки постоянно заливают воду в скважину и прослушивают. Это необходимо для того, чтобы не пробурить мимо слоя с водой. Прослушка производится так: через каждые полметра трубу скважины поворачивают по часовой стрелке и слушают, какой издается звук. Так, шелест и скрежет свидетельствуют о горизонте песка мелкой и крупной фракции соответственно.

Шаг 5. Как только появится шум, доливают еще воду и смотрят на то, с какой скоростью она просачивается в грунт:

если медленно, то заглубляют еще на полметра;
быстро – надо углубиться на 30 см.

Когда забивка закончена, приступают к установке насоса.

Оборудование для обустройства скважины

Функции забоя

Конструкция забоев скважин является одной из главных составляющих бурения. Она выполняет такие функции:

Поддерживает механическую прочность продуктивного слоя, за счет чего можно погружать требуемое оборудование забоев скважин.
Поддерживает достаточную гидравлическую проницаемость механизма перед забоем.
Дает возможность доступа к остальным пластам продуктивного типа, которые изначально не планировалось использовать.
Возможность воздействовать на различные рядом расположенные прослойки либо отдельные участки продуктивного слоя.
Поддерживание дренажа всего используемого пласта.

Так как условия разработки могут быть разными, то и конструкция забоя скважины бывает нескольких типов: открытая, с фильтром, перфорированная, перекрытая.

Для поиска этих значений в настоящее время используются три подхода:

-экспериментальный, состоящий в поиске оптимальных управляющих воздействий в
процессе планируемых экспериментов при бурении опорно-технологических скважин;

-экспериментально-статистический, основывающийся на сборе и переработке
информации об отработке долот при массовом бурении на регионе;

-аналитико-статистический метод, использующий математические модели
углубления, коэффициенты которых определяются на основе обработки
статистических данных по отработке долот.

Однако оптимизация режимных
параметров на стадии проектирования имеет недостаточную для практики
эффективность. Поэтому при проектировании вырабатывается нормативное задание
режимно-технологических параметров и числа необходимых долот, а поиск
оптимальных управляющих воздействий необходимо осуществлять в оперативном режиме
на буровой, что соответствует тенденциям мировой практики.

Выбор компоновки и расчет бурильной колонны Конструкция бурильной колонны
определяется условиями бурения и конструкцией скважины. При проектировании
бурильных колонн возможны следующие ситуации: необходимо выбрать рациональную
компоновку бурильной колонны, удовлетворяющую всем инженерным по несущей
способности; необходимо дать оценку с позиций проверки на прочность какого-либо
варианта компоновки колонны.

При выборе компоновки колонны
бурильных труб в качестве исходной информации используются: геометрические
параметры профиля ствола скважины, диаметр обсадной колонны на предыдущем
интервале бурения, способ бурения, плотность бурового раствора, потери давления
в забойном двигателе и долоте, вес забойного двигателя.

В результате расчета должны быть
получены диаметры, толщины стенок, группы прочности и длины секций для всех
ступеней колонны, а также величины фактических коэффициентов запасов прочности
для сравнения с нормативными коэффициентами

Буровые установки —
это комплексные системы, включающие все основные и вспомогательные агрегаты и
механизмы, которые необходимы для строительства скважин.

Буровую установку выбирают по ее допустимой
максимальной грузоподъемности, обуславливающей с некоторым запасом вес в
воздухе наиболее тяжелых бурильной и обсадной колонн.

Для принятой по грузоподъемности
и условной глубине бурения буровой установки в зависимости от региональных
условий, связанных со степенью обустройства (дороги, линии электропередач,
водоснабжение и др.) и климатической зоной, выбирают тип привода, схему монтажа
и транспортирования, а также учитывают необходимость комплектования
отопительными установками, дополнительными агрегатами и оборудованием.

Под гидравлической программой
понимается комплекс регулируемых параметров процесса промывки скважины.
Номенклатура регулируемых параметров следующая: показатели свойств бурового раствора,
подача буровых насосов, диаметр и количество насадок гидромониторных долот.

Виды и характеристики

Забой может принадлежать к одному из нескольких типов:

Открытый – устроен так, что колонна эксплуатации ведется до начала разработки и затем укрепляется цементным раствором. Затем пласт вскрывается, а ствол остается открытым. Недостаток такого вида — отсутствие возможности разработать определенные участки выработки, а также риск обрушения грунта при откачке. Поэтому такой тип используется крайне редко.
Перекрытый с перфорированным хвостовиком в составе – в этом случае выработка опускается до самой нижней границы ресурсного слоя и закрепляется колонной эксплуатации, имеющей перфорацию. После чего скважина бетонируется до начала разработки, а перфорация остается в открытом виде и служит фильтром. Риска обрушения пород в этом случае нет.
Фильтрованный – при таком типе обсадная колонна устанавливается до верхнего слоя разработки и цементируется. Затем в сам пласт опускается фильтр с малыми отверстиями. Такой тип позволяет очищать добываемый ресурс от различных примесей песка.
Перфорированный – скважина бурится до нужной глубины, а затем в нее опускается обсадная труба, которая цементируется от забоя до необходимых отметок и перфорируется в районе ресурсного слоя.

Самое большое распространение получил именно последний тип благодаря простоте монтажа, хорошей изоляции слоев, а также возможности разработки законсервированных или пропущенных пластов.

Есть также такое понятие, как закрытый (глухой) забой. Таким называют тип, при котором ресурсный слой состоит из неоднородных пород с прослойками глины, песка или весьма неустойчивых песчаников.

О технологических особенностях

У разработки нефтяных месторождений есть своя специфика. Для добычи воды можно использовать среднее или даже легкое оборудование, то в данном случае необходима тяжелая техника. Сперва необходимо установить буровую мачту, ее направление должно строго совпадать с осью вышки, которая проходит по центру. Для соответствия производится центровка, после чего ствол уже будет идти в строго определенном направлении. Чтобы укрепить ствол, закладывается труба, начало заливается цементом определенной фракции. Затем необходимо вновь отцентровать вышку с осью.

Рядом создают еще одну небольшую скважину, ее называют шурф. Туда опускают ведущую трубу в периоды, когда бурение прерывается. Чтобы сделать, пользуются ротором и турбобуром, при использовании последнего нужно собрать подводящую трубу и долото. На вышке будет зафиксирован канат, его предназначение — в управлении скоростью вращения.

В последние дни перед стартом добычи собирается консилиум. На нем присутствуют инженеры-технологи, бурильщики и геологи, другие специалисты. Они обсуждают и оценивают важнейшие моменты, как особенности конкретного объекта, состав породы, которую предстоит бурить, предусматривают возможные проблемы и способы их разрешения.

Нормализация забоя при помощи НПЦ

Нормализация текущих забоев скважин при помощи насоса поршневого циклического НПЦ.

НПЦ предназначен для очистки забоев скважин с низким статическим уровнем от механических примесей, при текущем и капитальном ремонте. Основным достоинством НПЦ является работа без применения долива скважины. Насос приводится в действие путем подъема верхней части колонны НКТ (над насосом) после упора нижней части колонны (под насосом) в текущий забой.

Достоинства НПЦ:

1. Простота конструкции;

2. Высокая надёжность и ремонтопригодность;

3. Возможность работы без привлечения дополнительной техники – ЦА и жидкости глушения;

4. Отсутствие депрессии на пласт;

5. Возможность использования в скважинах с низкими статическими уровнями;

6. Применяется в скважинах с диаметрами Э/К от 114 мм и более;

Наименование	НПЦ-57	НПЦ-70
Диаметр наружный, мм.	89	108
Диаметр цилиндра вн., мм.	57	70
Объём закачиваемой жидкости за 1 ход плунжера, л.	7,5	13,5
Диаметр экс. колонны, мм. ГОСТ 632-80, мм.

Вращательный способ бурения нефтяных скважин:

Вращательный способ бурения нефтяных скважин также основан на применении долота, но иным методом. Устройство углубляется в горные пласты, испытывая одновременно два вида воздействия: вертикальную нагрузку и крутящий момент. Таким образом, долото прорывает породу, измельчает ее методом дробления, истирания.

В свою очередь вращательный способ имеет две разновидности, которые обусловлены расположением силового агрегата на устройстве:

– роторный – двигатель расположен на поверхности земли, передача крутящего момента долоту производится посредством колонн буровых труб;

– забойный – двигатель устанавливается сразу за долотом, чем и обеспечивает исключительно его движение, без участия буровой колонны.

В России бурение нефтяных скважин производится преимущественно вращательным методом.

Ударный способ бурения нефтяных скважин:

Ударный способ бурения нефтяных скважин заключается в применении специального инструмента – долота. Последний представляет собой буровой комплекс, состоящий из канатного замка и ударной штанги. Долото подвешивается на канате, перекинутом в блок, который устанавливается непосредственно на буровой мачте. Разрушение горных пород выполняется возвратно-поступательными движениями долота, а приводит его в действие специальный буровой станок. Во время бурения долото совершает вращательные движения (повороты), благодаря чему ствол и получает форму цилиндра.

В процессе битья образуется разрушенная горная порода, удаление которой из ствола проводится при помощи желонки. Она представляет собой длинное ведро, на днище которого расположен клапан. Перед очисткой шурфа из него вынимают долото, следом опускают желонку и внизу открывают клапан. Когда ведро заполнится водой с кусочками грунта, клапан зарывается и ведро поднимается наверх. После достаточного очищения ствола бурение продолжают.

Особенности использования поверхностного насоса для подачи воды

Цена поверхностных помп на порядок дешевле, чем погружных. Кроме того, их проще монтировать и обслуживать. Для решения задачи, как обустроить скважину, рациональнее и экономичнее всего применить вариант с насосной станцией «три в одном» (прочитайте: «Схема подключения насосной станции к скважине своими руками – инструкция, советы»). Этот модуль комплектуется поверхностным насосом, мембранной емкостью объемом 20-60 л и автоматикой. В ствол скважины вводится только шланг для всасывания. Это значительно упрощает обустройство скважины на даче и обслуживания оборудования. Благодаря небольшому диаметру, используемый шланг может быть применен внутри абиссинских колодцев. Из-за слишком узкой шахты опустить в нее погружной насос не получается. Наиболее существенным недостатком насосных станций этого типа являются ограничения по высоте подъема всасываемой жидкости.

Как правило, поверхностные установки в состоянии поднимать воду с глубины до 10 м. Данное обстоятельство вводит определенные ограничения на использование оборудования. Сфера его использования – колодцы и скважины небольшой глубины.

Выводы

Конструкция забоев может иметь совершенно разную конструкцию, включать скважины с несколькими стволами. Разветвления могут быть в одном продуктивном пласте. Разветвлений может быть от пяти до семи штук, сколько требует разработка. Чтобы создать систему надо иметь забой искусственного типа, который имеет призабойную часть, расположенную ниже уровня, на котором находятся разветвления от главного ствола источника. Забой, который создают искусственно, служит перекрытием ствола. Характеристики пород, глубина залегания нужных слоев, необходимость создания призабойной зоны влияют на особенности конструкции.