АНО «Профессиональный стандарт»
Реферат на тему:
«ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ СКВАЖИН»
Выполнил слушатель программы
профессионального обучения «Маркшейдерское дело»
Корбут Владимир Владимирович
МОСКВА 2020
Введение
Историю возникновения бурения можно отнести к периоду позднего палеолита. К этому времени относится целый ряд важных находок: бусы из камня, а также украшения с отверстиями. Принято считать, что к этому времени древний человек уже хорошо освоил технику ударной обработки камня, а также резания его кремниевым ножом. Со временем человек стал замечать, что резание и одновременное вращение даёт лучший результат. Таким образом, было обнаружено сверление, которое дало возможность человеку подняться на новый этап создания орудий труда от простых к составным.
Сперва в роли сверла была деревянная палка с заострённым камнем на конце. В швейцарском музее истории года Берна есть экспонат - топор в искривленном отверстии этого топора защемлен деревянный обломок. Многие исследователи считают, что это - остаток сверла. Также были обнаружены фрагменты кремниевых наконечников для сверла. В пещере Ла Ферраси, во Франции были обнаружены известняковые плиты с высверленными углублениями в виде чаши. Известно, что они получились вследствие вращения сверла с острым каменным концом.
Также стоит отметить, что бурение и сверление можно отнести к одному типу операций. Многие языки не имеют разграничений между бурением и сверлением, к примеру, английское drilling или немецкое bohren - это как сверление, так и бурение. В русском языке это - разные понятия. Наиболее часто сверление используется без связи с тем, в каком именно материале делается отверстие, тогда как бурение - это получение отверстия - скважины в основе из камня или грунта.
Благодаря раскопкам можно получить богатый материал, так как извлекаются образцы камней с просверленными древними людьми отверстиями. Наиболее интересны незавершенные орудия. Незаконченная операция сверления породы позволяет проследить процесс сверления, а также его тонкости и особенности. К примеру, коническое отверстие внутри камня может свидетельствовать о сильном наружном износе сверла. Уже в те времена люди стали замечать, что более качественно и эффективно функционируют пустотелые сверла с тонкими и прочными стенками.
История бурения говорит нам о том, что процесс сверления со временем менялся и совершенствовался, начали появляться снаряды для сверления с ручным приводом. Изначально сверло приводили в действие ладонями, позже стали использовать ремень, который накидывался петлей вокруг сверла. Такое ручное буро - сверло с ременным приводом использовалось до тех пор, пока не было заменено коловоротом. Для этой конструкции наиболее характерно было применение попеременного вращения сверла по часовой, а также против часовой стрелки.
Быстрое вращение сверла со сменой направлений достигалось благодаря луку. Люди стали замечать, что частота изменений направления вращения давала улучшение качества просверленного отверстия. Интересен тот факт, что этот полезный для бурения приём практически никак не используется в современной технике, а станки и инструменты для совершения подобных операций ещё не разработаны.
Сегодня хорошо известно, что в Древнем Египте сверление использовали довольно часто. Среди огромного множества исторических фактов и документов, которые показывают нам развитие египетской культуры, также можно встретить изображения процессов сверления каменных сосудов. Сверло вращалось коловоротом. Давление на сверло производилось подвеской груза из нескольких мешков с песком. Для операции просверливания использовались специальные сменные буры - полумесяцы, произведённые из кремния. Их устанавливали в пропиле на конце стержня.
Принято считать, что бурение в современном его понимании, как бурение скважин в земле стало зарождаться в Китае в третьем - четвертом веке до нашей эры. Интересно то, что технология древнекитайского бурения не имеет каких - либо общих черт с описанными выше способами сверления. Китайцы бурили без вращения. Инструмент подвешивался на веревке и углублялся постепенно в породу благодаря ударной силе. Немного позже, подобное бурение стали называть ударно - канатное. Этот тип бурения существует и поныне. Ударно - канатное бурение, долгое время давало хорошие результаты, и поэтому о вращательном бурении на время забыли до времен Леонардо да Винчи.
Конфуций говорил ещё за шестьсот лет до нашей эры о скважинах до полу - километра в глубину. Этот своеобразный рекорд был побит только в девятнадцатом веке. Скважины делались для того, чтоб добывать питьевую воду, а также соляные растворы. Иногда, таким образом также получали газ и нефть.
Благодаря эволюции китайских буровых установок того времени, постепенно стали зарождаться более сложные установки, где применялась сила животных. Из бамбука стали производить специальные опоры буровой вышки, трубы, инструменты, а также буровое долото. На устье скважины клали плиту из камня с отверстием. Глубина рекордной скважины того периода достигала 1200 метров.
В России история бурения зарождалась в районе Усолья в 11 - 12 веках. Техника бурения была своей, уникальной, и отличалась от китайской. Скважины бурили для того, чтоб добыть рассол. В те времена была создана собственная ремесленная терминология, полностью уникальная самобытная, не подверженная иноземному воздействию. Глубина соляных скважин могла составлять сотню метров при диаметре в один метр. Даже сегодня бурение подобных стволов - это непростое дело. Добыча соляного раствора проводилась через деревянные рассолоподъёмные срубы, у которых была трёхступенчатая конструкция: верхняя называлась матица, вторая - обсадная, а третья - весла. Сперва матицы производились из цельных стволов с выбранной серединой. Далее их начали делать из брусков, скрепленных между собой просмоленным холстом, а немного позже - железными оковами.
В городе Тотьма Вологодкой области в шестидесятых годах девятнадцатого века было обнаружено рукописное руководство по тому, как нужно бурить скважины от шестнадцатого века. Называлось оно «Роспись как начать делать новую трубу на новом месте». По записям этой книги был сделан уникальный в своём роде словарь старорусских буровых слов, который содержал 128 разных названий. Примечательно, что буровиков называли в те времена трубными мастерами, а скважины - трубами. Процесс бурения рассолоподъемной скважины был долгим и сложным. Такие работы в те времена были не по силам одному владельцу, поэтому права на откуп земли и бурение скважины давалось царской грамотой.
Для водоснабжения России в шестнадцатом - семнадцатом веках также использовалось бурение. На Урале в те времена были популярны немецкие специалисты. Они разрабатывали свои технологии, а также способствовали вытеснению русских эмигрантов. Принято считать, что в те времена в русскую речь вошли такие определения как «бурование - борвание - бурение».
У Демидовых, на уральских заводах и рудниках, ремесло бурильщика было в цене и применялось на буровзрывных работах разных шахтах и карьерах, о чём свидетельствуют многочисленные архивные данные.
До середины 19 века нефть добывалась в небольших количествах, в основном из неглубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на дневную поверхность. Со второй половины 19 века спрос на нефть стал возрастать в связи с широким использованием паровых машин и развитием на их основе промышленности, которая требовала больших количеств смазочных веществ и более мощных, чем сальные свечи, источников света.
Исследованиями последних лет установлено, что первая скважина на нефть была пробурена ручным вращательным способом на Апшеронском полуострове (Россия) в 1847 г. по инициативе В.Н. Семенова. В США первая скважина на нефть (25 м) была пробурена в Пенсильвании Эдвином Дрейком в 1959 г. Этот год считается началом развития нефтедобывающей промышленности США. Рождение российской нефтяной промышленности принято отсчитывать от 1964 г., когда на Кубани в долине реки Кудако А.Н. Новосильцев начал бурить первую скважину на нефть (глубиной 55 м) с применением механического ударно-канатного бурения.
На рубеже 19-20 веков были изобретены дизельный и бензиновый двигатели внутреннего сгорания. Внедрение их в практику привело к бурному развитию мировой нефтедобывающей промышленности.
В 1901 г в США впервые было применено вращательное роторное бурение с промывкой забоя циркулирующим потоком жидкости. Необходимо отметить, что вынос выбуренной породы циркулирующим потоком воды изобрел в 1848 г. французский инженер Фовелль и впервые применил этот способ при бурении артезианской скважины в монастыре св. Доминика. В Росси роторным способом первая скважина была пробурена в 1902 г. на глубину 345 м в Грозненском районе.
Одной из труднейших проблем, возникших при бурении скважин, особенно при роторном способе, была проблема герметизации затрубного пространства между обсадными трубами и стенками скважины. Решил эту проблему русский инженер А.А. Богушевский, разработавший и запатентовавший в 1906 г. способ закачки цементного раствора в обсадную колонну с последующим вытеснением его через низ (башмак) обсадной колонны в затрубное пространство. Этот способ цементирования быстро распространился в отечественной и зарубежной практике бурения.
В 1923 г. выпускник Томского технологического института М.А. Капелюшников в соавторстве с С.М. Волохом и Н.А. Корнеевым изобрели гидравлический забойный двигатель - турбобур, определивший принципиально новый путь развития технологии и техники бурения нефтяных и газовых скважин. В 1924 г. в Азербайджане была пробурена первая в мире скважина с помощью одноступенчатого турбобура, получившего название турбобура Капелюшникова.
Особое место занимают турбобуры в истории развития бурения наклонных скважин. Впервые наклонная скважина была пробурена турбинным способом в 1941 г. в Азербайджане. Совершенствование такого бурения позволило ускорить разработку месторождений, расположенных под дном моря или под сильно пересеченной местностью (болота Западной Сибири). В этих случаях бурят несколько наклонных скважин с одной небольшой площадки, на строительство которой требуется значительно меньше затрат, чем на сооружение площадок под каждую буровую при бурении вертикальных скважин. Такой способ сооружения скважин получил наименование кустового бурения.
В 1937-40 гг. А.П. Островским, Н.Г. Григоряном, Н.В. Александровым и другими была разработана конструкция принципиально нового забойного двигателя - электробура.
В США в 1964 г. был разработан однозаходный гидравлический винтовой забойный двигатель, а в 1966 в России разработан многозаходный винтовой двигатель, позволяющий осуществлять бурение наклонно-направленных и горизонтальных скважин на нефть и газ.
В Западной Сибири первая скважина, давшая мощный фонтан природного газа 23 сентября 1953 г. была пробурена у пос. Березово на севере Тюменской области. Здесь, в Березовском районе зародилась в 1963 г. газодобывающая промышленность Западной Сибири. Первая нефтяная скважина в Западной Сибири зафонтанировала 21 июня 1960 г. на Мулымьинской площади в бассейне реки Конда.
Продуктивность скважины
Продуктивность скважины - это то возможное количество жидкости или газа, которое мы можем добыть из скважины и доставить к потребителю. Продуктивность определяется дебитом скважины.
Все, что мы делаем на скважине, влияет на ее продуктивность. Любые наши действия (или бездействие) ведут к изменению дебита. При огромной трудоемкости и материалоемкости скважина является очень хрупкой. Скважинам очень легко нанести ущерб и потребуются большие затраты для его исправления или ликвидации. Скважины, на которых принято неверное решение, произведены неправильные действия, или просто не выполнены какие-либо операции, ведут к потере дебита, и, следовательно, к потере прибыли.
Какие меры нужно предпринять, чтобы заставить скважину работать с наибольшей отдачей? Что нужно сделать, чтобы не причинить ей ущерб?
Важным путём решения проблем является четкая работа специалистов по бурению и по ремонту скважин, которые должны владеть процессом механизированной добычи, знать причины повреждения скважин и практические методы, которые наилучшим образом ведут к правильному выбору, подготовке, запуску скважинного оборудования, увеличению его сроков эксплуатации, снижению повреждений скважин и, тем самым, обеспечивает максимальную продуктивность.
Ресурсы месторождений весьма разнообразны и по объемам, и по форме; тем не менее, существуют две их категории, где применение методов повышения продуктивности наиболее плодотворно. Первая из них - это скважины-кандидаты на интенсификацию добычи, находящиеся на заключительном этапе своей эксплуатации; возможно, они уже близки к истощению, однако стоят того, чтобы обратить на них внимание. Вторая категория - это продуктивные скважины, обладающие существенным потенциалом повышения продуктивности при грамотном применении соответствующих технологий. Специалисты производственных объектов должны рассматривать целый ряд вопросов при выборе методов повышения продуктивности на конкретных скважинах:
* Какие методы были успешно применены ранее?
* Имеется ли новая технология, которую можно было бы попробовать?
* Какова вероятность снижения достигнутого уровня добычи по сравнению с вероятностью достижения нового уровня добычи?
* Оправдан ли соответствующий риск?
* Имеем ли мы дело всего лишь с разовой попыткой в данном регионе или могут существовать и другие возможности?
Как скважина дает нефть
Свой путь поток пластовой жидкости начинает из зоны дренирования, под действием перепада давления между пластовым и забойным давлением, устремляется по пласту к скважине. Дальнейшее движение флюида связано с его подъемом на поверхность и движением по сборным трубопроводам до дожимной насосной станции (ДНС), где происходит сепарация и «дожим» жидкости дальше для подготовки. Таким образом, процесс добычи осуществляется на трех участках: ПЛАСТЕ, ЛИФТЕ, СБОРНОМ ТРУБОПРОВОДЕ.