Новини освіти і науки:

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Коротка історія розвитку буріння свердловин

ВСТУП

ЗМІСТ

Коцкулич Я.С., Ковбасюк І.М., Марцинків О.Б., Чудик І.І.

Івано-Франківськ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

І ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИН

БУРІННЯ НАФТОВИХ

О. Б. Марцинків, І. І. Чудик

Кафедра буріння нафтових і газових свердловин

Івано-Франківський національний технічний

МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

університет нафти і газу

Я. С. Коцкулич, І. М. Ковбасюк,

УДК 622.24

ББК 33.13

Б 91

Рецензент:

Кочкодан Я. М.кандидат технічних наук, доцент кафедри буріння нафтових і газових свердловин Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу

Рекомендовано методичною радою університету

(протокол № 1 від 22.10.2012 р.)

Б-91Буріння нафтових і газових свердловин: конспект лекцій. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2012. – 189 с.

МВ 02070855 – 3859 - 2012

Конспект лекцій складений згідно з програмами курсів “Буріння нафтових і газових свердловин” і “Основи технології буріння” для студентів, що навчаються за напрямами підготовки 6.050304 – "Нафтогазова справа" та 6.040103 – "Геологія" і призначений для надання методичної допомоги при вивченні дисциплін студентами денної і заочної форм навчання. Може бути корисним виробничникам при виникненні питань з цієї галузі.

УДК 622.24

ББК 33.13

МВ 02070855 – 3859 - 2012

Марцинків О.Б., Чудик І.І.

Вступ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 Загальні поняття про будівництво свердловин..
1.1 Коротка історія розвитку буріння свердловин . . . .
1.2. Способи буріння глибоких свердловин . . . . . . . . . .
1.3 Поняття про свердловину та її елементи. . . . . . . . .
1.4 Класифікація свердловин за призначенням. . . . . . .
1.5 Описання процесів ударного та обертового буріння
1.5.1 Ударне буріння . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5.2 Обертальне буріння . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5.3 Ударно-обертальне буріння . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6 Поняття про цикл будівництва свердловини . . . . .
2 Бурові установки та обладнання. . . . . . . . . . . . . . .
2.1 Складові елементи бурових установок. . . . . . . . .
2.2 Основні параметри бурових установок . . . . . . . .
2.3 Наземні споруди і бурове обладнання . . . . . . . . .
2.4 Принцип вибору бурової установки . . . . . . . . . . .
3 Породоруйнуючий інструмент для буріння свердловин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1 Призначення та класифікація породоруйнуючого інструменту.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Бурові долота для буріння свердловин суцільним вибоєм. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Лопатеві долота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2 Шарошкові долота. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .
3.2.3 Алмазні долота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.4 Твердосплавні долота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Бурові долота для буріння з відбором керна . . . . .
3.4 Бурові долота спеціального призначення . . . . . . . .
3.5 Техніко-економічні показники роботи бурових доліт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 Вибійні двигуни. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1. Класифікація вибійних двигунів . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Турбобури . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3 Гвинтові вибійні двигуни. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4 Електробури . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Бурильна колона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1 Призначення та складові елементи бурильної колони. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Конструктивні особливості елементів бурильної колони. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 Бурильні труби та з’єднувальні муфти. . . . . . . . .
5.2.2 Бурильні замки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.3 Обважнені бурильні труби. . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.4 Ведучі бурильні труби . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.5 Перевідники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3 Технологічне оснащення бурильної колони . . . . .
6 Режим буріння та його параметри . . . . . . . . . . . . .
6.1 Поняття про режим буріння та його параметри. . .
6.2 Вплив параметрів режиму буріння на механічну швидкість проходки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Основи методики проектування параметрів режиму буріння. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Промивання свердловин та бурові промивальні рідини . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1 Функції бурових промивальних рідин . . . . . . . . . .
7.2 Класифікація бурових промивальних рідин. . . . . .
7.3 Основні властивості та параметри промивальних рідин, методи їх контролю. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.4. Основні види промивальних рідин на водній основі, сфера їх застосування . . . . . . . . . . . . . . . .
7.4.1. Вода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.4.2 Рідини з диспергованою твердою фазою . . . . . .
7.4.3 Суспензії з конденсованою твердою фазою . . . .
7.4.4 Полімерні недиспергуючі рідини . . . . . . . . . . . .
7.4.5 Нафтоемульсійні рідини . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.5 Промивальні рідини на вуглеводневій основі . . . .
7.6 Аеровані промивальні рідини . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.7 Газоподібні агенти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.8 Хімічні реагенти для оброблення бурових промивальних рідин на водній основі . . . . . . . . . .
7.9 Приготування бурових промивальних рідин . . . . .
7.10 Очищення бурових промивальних рідин . . . . . .
8 Ускладнення в процесі буріння свердловин . . . .
8.1 Причини та класифікація ускладнень. . . . . . . . . . .
8.2 Поглинання промивальних рідин або тампонажних розчинів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3 Флюїдопроявлення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4 Порушення цілісності стінок свердловини . . . . . .
8.5 Прихоплювання колони труб . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 Буріння свердловин у заданому напрямку . . . . . .
9.1 Основні поняття про викривлення свердловин . . .
9.2 Причини самовільного викривлення свердловин та їх наслідки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.3 Мета і способи буріння похилонаправлених свердловин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.4 Профілі похилих свердловин . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.5 Види буріння похилих свердловин . . . . . . . . . . . .
10 Кріплення свердловин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.1 Мета та способи кріплення свердловин. . . . . . . .
10.2 Поняття про конструкцію свердловини та її елементи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.3 Принципи проектування конструкцій свердловини. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.4 Обсадні труби та їх з’єднання . . . . . . . . . . . . . . . .
10.5 Умови роботи обсадних колон у свердловині . . .
10.6 Принципи розрахунку обсадних колон на міцність . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.1 Визначення зовнішніх і внутрішніх надлишкових тисків . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.2 Визначення міцнісних характеристик обсадних труб . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.6.3 Встановлення коефіцієнтів запасу міцності . . .

10.6.4 Підбір труб із встановленими коефіцієнтами запасу міцності . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.7 Оснащення низу обсадних колон . . . . . . . . . . . . .
11 Цементування свердловин . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.1 Мета та способи цементування свердловин . . . .
11.2 Тампонажні матеріали, їх класифікація . . . . . . . .
11.3 Властивості тампонажного порошку, розчину та каменю . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.3.1 Властивості сухого тампонажного порошку . .
11.3.2 Властивості тампонажного розчину . . . . . . . . .
11.3.3 Властивості тампонажного каменю . . . . . . . . . .
11.4 Обладнання для цементування свердловин . . . . .
12 Розкриття, випробування та освоєння продуктивних горизонтів . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.1 Вплив промивальної рідини на колекторські властивості продуктивного пласта . . . . . . . . . . . . .
12.2 Способи первинного розкриття продуктивних горизонтів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.3 Завдання та способи випробування перспективних горизонтів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.4 Принципова схема і основи технології випробування пласта пластовипробувачем . . . . . .
12.5 Інтерпретація результатів випробування з допомогою пластовипробувача . . . . . . . . . . . . . . . .
12.6 Вторине розкриття продуктивного пласта перфорацією . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.7 Способи та основи технології освоєння свердловин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Перелік рекомендованих джерел. . . . . . . . . . . . .

Курси “Буріння нафтових і газових свердловин” і “Основи технології буріння” належать до дисциплін, які вивчають студенти спеціальностей “Геологія нафти і газу”, “Видобування нафти і газу” та “Обладнання нафтових і газових промислів”. Зміст дисциплін базується на знаннях, одержаних студентами під час вивчення фундаментальних та загальноінженерних дисциплін.

Мета вивчення дисциплін “Буріння нафтових і газових свердловин” і “Основи технології буріння” – надбання студентами знань з питань теорії основних технологічних процесів, які пов’язані з породоруйнівним інструментом, режимом буріння, буровими промивальними рідинами, бурильною колоною, ускладненнями та аваріями в процесі буріння, бурінням свердловин у заданому напрямку, проектуванням конструкції свердловин, їх кріпленням та цементуванням, вторинним розкриттям пластів тощо.

За результатами вивчення дисциплін студенти повинні вміти:

а) підбирати типорозміри доліт, вибирати тип та властивості промивальних рідин, у тому числі для якісного розкриття продуктивних пластів;

б) оцінити умови виникнення можливих ускладнень та аварій в бурінні та розробляти заходи з їх запобігання;

в) вибрати спосіб первинного розкриття продуктивних пластів;

г) оцінити якість первинного розкриття пластів;

д) виконувати інтерпретацію діаграм глибинних манометрів;

е) вимірювати властивості промивальних рідин, сухого тампонажного матеріалу, розчину і каменю;

є) проектувати конструкції свердловин;

ж) виконувати розрахунки, які стосуються основних технологічних операцій, пов’язаних з закінчуванням свердловин.

Автори з щирою вдячністю сприймуть зауваження і пропозиції читачів, спрямовані на покращення даної методичної розробки.

1 ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ ПРО БУДІВНИЦТВО СВЕРДЛОВИН

Нафта і газ є горючими та змащувальними матеріалами, а також лікувальними засобами проти деяких хвороб і відомі людству з незапам'ятних часів. Нафта, один із найцінніших дарів Матінки-Природи, відома ще з VI тисячоліття до н.е. У древніх літописах знаходимо згадки про брунатну рідину, що просочується з-під поверхні землі. Ще у сиву давнину люди виявили чудові властивості цієї рідини, що нагадувала олію з не дуже приємним запахом. Вони використовували її мастильні якості, вважаючи, що володіє ця рідина «божественною сутністю». Її спершу так і називали – «земна олія» і вже згодом почали величати «нафтою».

Стародавні перські жерці в заповнених згаданою рідиною ямах зберігали цей, як вони називали, «святий вогонь». Для відбудови легендарного Вавилона як кріпильний матеріал застосовували асфальт, який одержували з нафтових джерел біля ріки Іс, притоки Євфрату. У стародавньому Єгипті з нафти виготовляли спеціальний сорт смоли, яку застосовували для бальзамування тіл фараонів.

Не оминули цю дивну рідину своєю увагою і східні народи. Стародавня японська хроніка повідомляє про використання нафти в Японії та Китаї ще за часів до нашої ери. Відомий мандрівник середньовіччя Марко Поло повідомляв про Апшеронські нафтові озера та описав лікувальні властивості кавказької нафти.

Американські індіанці ще з незапам’ятних часів використовували нафту для своїх молитовних церемоній, звертаючись до святого духа Моніту.

Подібні повідомлення зустрічаються в хроніках і про природний газ, витоки якого спостерігалися в околицях нинішньої столиці Азербайджану Баку, а також в Ірані, Індії, Бірмі, на острові Борнео та в інших місцевостях, де населення використовувало його для обігріву, приготування їжі, випалювання вапна та підтримання вогню.

Підприємливі китайці ще в 221 р. до н.е. в провінції Се-Чуань, споруджуючи свердловину для видобування соляної ропи, на глибині 1140 м натрапили на газовий поклад, газ якого в подальшому застосовували для виварювання солі із ропи. Ними ж було споруджено перший в світі газопровід з пустотілих бамбукових жердин.

Збереглися відомості про використання газу в сигнальних морських вогнях-маяках на Апшеронському та Дагестанському півостровах Каспійського моря, на озері Ері в США та ін.

Перші свердловини в Китаї, пробурені на розсіл, обсаджували бамбуком.

Перша свердловина, для видобутку прісної води була споруджена в 1126 році на території Франції у провінції Артуа. Згодом, за назвою провінції Артуа, колодязі і свердловини, споруджені для видобутку води, почали називати артезіанськими.

Для водопостачання Одеси в 1831 році було пробурено чотири свердловини глибиною від 36 до 189м. У наступні роки на воду бурили свердловини в Сімферополі, Керчі, Ризі, Петербурзі та інших містах.

Відомості про початок використання нафти та інших вуглеводів у побуті відсутні, але очевидно, що це мало місце ще в стародавні часи. На перших порах нафту використовували як лікувальний засіб. Нафту і природний бітум використовували також як будівельний матеріал. У Карпатах місцеве населення використовувало нафту для лікування ревматизму і шкірних хвороб, дублення шкіри, виготовлення колісних мастил, освітлення і, навіть, як зброю. Нафта також слугувала як антисептик для дерев’яних і як консервант для металевих конструкцій та як кріпильний матеріал у будівництві.

У літературних джерелах про видобуток нафти біля Дрогобича вперше згадується у 1617 році. В 1721 році Жанчинський писав, що в Слободі Рунгурській і на Покутті на Станіславщині, біля Стебника і Ясениці Сільної на Львівщині видобували нафту з природних джерел і вживали її для мащення возів, вичинення шкіри, а також палили в лампадах замість масла.

Розширення сфери використання нафти спричинило вдосконалення техніки її видобутку. Використовуваний раніше спосіб збирання нафти в місцях її виходу на поверхню землі вже не забезпечував потребу в ній. Виник ямний (або копаночний) спосіб видобутку нафти. Для її видобутку копали неглибокі (до 2 м) ями, стінки яких закріплювали дерев’яними кілками. На дні ями накопичувалась нафта, яка просочувалась через грунт. Нафту з ям періодично вичерпували у міру її накопичення.

Великі географічні відкриття і розквіт торгових відношень значно сприяли росту різних галузей промисловості, особливо нафтової. Значно зріс попит на нафту, що призвело до розробки нової техніки її видобутку. Ямний спосіб вже не задовольняв потреби суспільства в нафті. З’явився досконаліший - колодязний спосіб видобутку нафти. Колодязний спосіб видобутку нафти був досконалішим і вигіднішим від ямного, оскільки дозволяв експлуатувати глибші продуктивні пласти і збільшити її видобуток.

З літературних джерел відомо, що колодязний видобуток нафти в Ріпному на Прикарпатті почали в 1786 році.

Зацікавленість нафтою значно зросла на початку ХІХ століття, коли з’явились перші нафтоперегінні заводи і люди навчались видобувати з нафти гас. Саме тоді зародився промисловий видобуток і переробка нафти в Бориславі - центрі нафтової промисловості Прикарпаття. Бориславським гасом в ті роки освітлювали Відень і Прагу, станції та вагони австрійських залізниць.

Колодязний спосіб вже не міг задовольнити зростаючі потреби суспільства в нафті. Необхідний був досконаліший метод руйнування гірських порід, а разом з тим і новий спосіб вичерпування нафти на поверхню землі. Таким методом стало буріння свердловин.

Дослідженнями встановлено, що перша свердловина на нафту була пробурена в 1847 році В. Семеновим в Азербайджані на Бібі-Ейбаті.

Свердловини бурили спочатку ручним штанговим обертовим способом, який мав дуже низьку продуктивність. Цей спосіб поступово був витіснений ефективнішим механічним ударно-канатним способом, розробленим у 1864 році А. Новосельцевим.

На Прикарпатті (Слободі Рунгурській, Бориславі, Східниці, Биткові) свердловини споруджували за допомогою бурових верстатів, що використовувались на соляному промислі. Ці верстати приводили в дію кіньми, а дещо пізніше – паровою машиною.

Із збільшенням глибин нафтових свердловин, які в 1900 року сягнули до 300 м, стають відчутнішими вади ударного способу буріння. На зміну ударному способу прийшло обертове буріння.

У 1901 році в США було вперше застосовано роторне буріння з промиванням вибою циркулюючим потоком рідини.

У 1923 році М. Капелюшников, С. Волох, М. Корнєєв винайшли гідравлічний вибійний двигун-турбобур, з допомогою якого в 1924 р. в Азербайджані була пробурена перша в світі свердловина. Надалі конструкція турбобура удосконалювалась і протягом 1933-1940 рр. були створені багатоступінчасті турбобури різних типів. Починаючи з 1944р. турбінний спосіб буріння почали широко застосовувати в усіх основних нафтових районах країни.

У 1937-1940 рр. А. Островським, Н. Григоряном, А. Богдановим та іншими була розроблена конструкція вибійного електричного двигуна - електробура, а в 1966 році М. Гусман, С. Никомаров, Ю. Захаров та інші запропонували гвинтовий вибійний двигун.

Газова промисловість як самостійна галузь зародилася порівняно недавно – на початку 40-х років. Проте газ як паливо використовували ще у далекому минулому. У стародавніх рукописах згадується, що в районі Баку, з міжгір'їв землі вибивалися струмені газу. Жителі використовували цей газ для випалення вапна і влаштовували вогнища на місці виходів газу. Невидиме пальне, що виділяється із землі, речовину використовували жерці храмів вогнепоклонників. Вони прокладали від місця його виходу із землі до кутів даху храму глиняні труби, запалювали газ, що виходить, і «вічний вогонь» палав на храмах, привертаючи тисячі паломників.

Розвиток газової промисловості в Росії почався в 1902 р., коли в Сураханах було одержано перший газовий фонтан. Після цього почалося буріння свердловин на газ і подача його газопроводами на заводи для використовування як палива. В 1956 р. вступило в роботу Шебелинське газове родовище.

Разом із зростанням видобутку природного газу, що складається переважно з метану і використовується в основному як паливо, з року в рік збільшується видобуток нафтового (попутного) газу. Цей газ складається з суміші вуглеводнів (метан, етан, пропан і ін.) і є не тільки хорошим паливом, але й незамінною сировиною для нафтохімічних виробництв. Такий газ перед подачею його споживачам як паливо проходить переробку на газопереробних (газобензинових) заводах. На ГПЗ з газу відділяють важкі фракції (бутан і вище), які у вигляді зріджених газів йдуть на нафтохімічні заводи, а також населенню в балонах (балонний газ).

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Лекция 3	\|	Поняття про свердловину та її елементи

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.009 сек.