Мұнай және газ ұңғымаларын бұрғылау

Қазіргі уақытта Ұңғымаларды бұрғылау, көп мақсатты өндіріс және қазіргі заманғы өнеркәсіп дұрыс шешім қабылдау үшін талданатын техникалық құралдар мен технологиялардың үлкен таңдауын ұсынады. Нарықтық экономика және жер қойнауын пайдаланушылар арасындағы қатаң бәсекелестік жағдайында мамандарға геологтарға тиісті талаптар қойылады, өйткені оның біліктілігі мен біліміне, кейде түйсік деңгейінде бүкіл кәсіпорынның табысы тәуелді болуы мүмкін.

1. КОЛОНКОВОЕ БУРЕНИЕ

1. 1 жалпы мәліметтер

Колонкалық бұрғылау қатты пайдалы қазбалар кен орындарын барлаудың негізгі техникалық тәсілі болып табылады. Ол сондай-ақ инженерлік-геологиялық және гидрогеологиялық зерттеулерде және мұнай және газ кен орындарының құрылымдық-карталау зерттеулерінде кеңінен қолданылады. Сонымен қатар, бұл бұрғылау әр түрлі инженерлік мақсаттар үшін қолданылады. Колонкалық тәсілмен шурфтар мен барлау шахталары бұрғылануы мүмкін. Колонкалық бұрғылау келесі себептер бойынша өте көп таралған.

1. Ол ұңғымадан кен орнының геологиялық қимасын жасауға және пайдалы қазбаны сынауға болатын жыныстың бағандарын алуға мүмкіндік береді.

2. Колонкалық тәсілмен скважиналарды әр түрлі бұрыштармен горизонтқа, әр түрлі жынысты бұзғыш құралдармен кез келген қаттылық пен орнықтылық жыныстарында бұрғылауға болады. Жер асты қазбаларынан көтеріліс ұңғымаларын бұрғылауға болады.

3. Шағын диаметрлі ұңғыларды үлкен тереңдікке бұрғылау, салыстырмалы жеңіл жабдықты қолдану.

1. 2 колонкалы бұрғылаудың жалпы схемасы

Ұңғыманы бұрғылау кірме жолдарды және бұрғылау қондырғысына арналған алаңдарды дайындаудан басталады. Бұрғылау басталар алдында жобаланған ұңғыма салынған жерде алаң теңестіріледі,жуу сұйықтығына арналған ыдыстың астына және Іргетастардың астына шұңқырлар қазылады және 15 бұрғылау ғимараты бар 14 бұрғылау мұнарасы жиналады. Мұнарада қажетті бағытта 7 бұрғылау станогы, 18 бұрғылау сорғысы, 19 станок жетегіне және сорғыға арналған электр қозғалтқыштары орнатылады (сурет. 1. 1). Электр энергиясы болмаған жағдайда станок және сорғы ішкі жану қозғалтқышынан (ДВС) тиісті трансмиссия арқылы іске қосылады.)

Сур. 1.1 бұрғылау агрегатының схемасы

Бұрғылау қондырғысын монтаждағаннан және оның жұмысын тексергеннен кейін ұңғыманы берілген бағытта бұрғылау жүргізіледі, содан кейін ұңғыманың сағасы бағыттаушы құбырмен бекітіледі. Бұрғылау снарядының барлық бөліктері бұрандалы (герметикалық) қосылыстардың көмегімен бір-бірімен жалғанады. Жоғарғы жетекші бұрғылау құбыры бұрғылау станогының айналмалы шпиндельі арқылы өткізіледі, қысқыш патронға бекітіледі, содан кейін оған бұрғылау сальнигі бұрылады.

Бір уақытта бұрғылау ерітіндісін бұрғыланған жыныстың бөлшектерінен тазалауға арналған жүйе жабдықталады. Тәжді салқындату, забойды бұзылған жыныстардан тазарту және шламның бетіне шығару үшін ұңғыманы жуады. Ұңғыманы бұрғылау келесі ретпен жүргізіледі. Шығырдың көмегімен ұңғымаға бұрғылау снаряды түсіріледі, ол мынадай бөліктерден тұрады: коронкалар 7, колонкалық құбыр 6, өткелдер 5, бұрғылау құбырларының колонналары 4, оның ұзындығы ұңғыманың тереңдеуіне қарай ұлғайтылады, вертлюг-сальник 3, Бұрғылау снаряды 1 Бұрғылау сорғысымен жалғайтын айдау шлангы 2. Бұрғылау снарядының айналуы бұрғылау сорғысымен жуу сұйықтығының қысымымен айдамаланады. Бұрғыланған жыныстың шламымен қаныққан ерітінді ұңғыманың оқпанымен жоғары көтеріледі, онда 8 науалар жүйесі бойынша тұндырғышқа 9 түседі, мұнда шлам түбіне түсіріледі, ал мөлдірленген су қабылдау багына 10 түседі.

Сур. 1.2 Ұңғымаларды тікелей жуу схемасы:

1 — Бұрғылау сорғысы; 2 — айдау шлангі; 3 — вертлюг — сальник; 4 — Бұрғылау құбырларының бағанасы; 5 — құбырлы фрезерлі өткізгіш; 6 — колонкалық құбыр; 7 — коронка; 8 — науалар жүйесі; 9-тұндырғыш; 10-қабылдау багы

Жуу және айналдыру арқылы снаряд кенжарға абайлап жеткізеді және бұрғылауды бастайды. Ұңғыманы түпкілікті жыныстарға дейін бұрғылайды және оларға 0,5-1,5 м-ге соғылады,содан кейін ұңғыманың сағасын шайылудан және ұңғымадан төгілетін сұйықтықтың науа жүйесіне бағыттаудан сақтауға арналған бағыттаушы құбырларды терең бұрғылау кезінде жоғарғы тұрақсыз және сулы жыныстардың барлық қалыңдығын кондуктор деп аталатын шегендеу құбырларының келесі бағанасымен жабады. Кондуктордың артындағы құбырлы кеңістік барлық тереңдікте немесе төменгі бөлігінде цементтелуі, ал бағыттаушы құбыр мен кондуктор арасындағы сақиналы Саңылау герметизациялануы тиіс.

Жыныстардың физикалық-механикалық қасиеттеріне, диаметріне және бұрғылау қабығының түріне байланысты шпинделя мен бұрғылау снарядына қандай да бір айналу жиілігін хабарлайды және беру реттегішінің көмегімен тәжге қажетті осьтік жүктеме жасайды. Құралдың айналу жиілігі тәждің түріне, оның диаметріне және ұңғыманың тереңдігіне байланысты таңдалады. Беру реттегіші бұрғылау құбырлары бағанасының салмағына қарамастан, кенжардың тұқымына коронка кескіштерінің қажетті қысымын жасауға мүмкіндік береді. Тұқымға Айнала және енгізіле отырып, коронка Керн қалыптастыра отырып, сақиналы забойды шығарады. Ұңғыманың тереңдеуіне қарай керн бағаналық құбырды толтырады

Егер бұрғылау тұрақты жыныстар бойынша жүргізілсе, онда ұңғыманы жуу үшін техникалық су қолданылады. Ұңғыманы тұрақты емес жыныстарда қазу кезінде шаюды сазды ерітіндімен жүргізеді. Салыстырмалы сусыз ұңғымаларда бұрғылау кезінде кенжарды сығылған ауамен үрлеу қолданылуы мүмкін.

Колонкалық құбыр Кернмен толтырылғаннан кейін, құралды бетіне көтеруге кіріседі. Күшті және абразивті жыныстарда бұрғылау кезінде кейде коронка кескіштерінің нығаюы салдарынан немесе колонкалық снарядта керннің өздігінен сыналуына байланысты бұрғылау жылдамдығының айтарлықтай төмендеуінен бұрғылауды тоқтатуға және құралды көтеруге кірісуге тура келеді. Көтеру алдында керн колонкалы снарядтың төменгі бөлігіне сенімді жабылуы және сорван болуы тиіс. Керн құйылғаннан кейін сорғы ажыратылады және бұрғылау снаряды шығырдың көмегімен бұрғылау құбырларының бағанасын жеке білтелерге бұрап, жер бетіне көтереді. Шамдардың ұзындығы бұрғылау мұнарасының биіктігімен анықталады. Шам екі немесе үш, ал кейде төрт бұрғылау құбырынан тұрады. Шам ұзындығы мұнара биіктігінен 3-5 м аз. Шам шам шам шам шамға орнатылады. Көтерілетін бағананың салмағын салмақ индикаторы арқылы анықтауға болады.

Колонкалы снарядты жер бетіне шығарғаннан кейін коронканы бұрап алады, керн колонкалы құбырдан алынады, құралды қайтадан жинайды, ұңғымаға түсіреді және бұрғылауды жалғастырады. Әрбір көтерілу кезінде тәж қарайды және тозған жағдайда жаңасымен ауыстырылады. Керн жуылады, сазды қабықтан тазартылады, өлшейді және Керн көтерілген ұңғыманың интервалын және Керн шығысының пайызын белгілей отырып, Керн жәшіктеріне дәйекті түрде салады.

Егер ұңғыма арнайы жуу ерітінділерін қолданғанда да білінетін немесе қайнайтын тұрақсыз жыныстарды қиып өтетін болса, оған тұрақсыз жыныстарды жаба отырып, шегендеу құбырларының бағанасын түсіреді,содан кейін ұңғыманы бұрғылауды аз диаметрлі тәжмен жалғастырады. 50-100 м кейін ұңғыманың еңіс бұрышы (зениттік) мен бағытын (азимут) өлшейді. Ұңғыма пайдалы қазбаны кесіп өткеннен кейін және жатқан бүйірдің бос жыныстарына кіргеннен кейін бұрғылау тоқтатылады, құралды көтереді және бөлшектейді.

Ұңғымада геофизикалық зерттеулер (каротаж) жүргізеді, оқпан қисығын, температураны өлшейді, ұңғыманың тереңдігін тексереді, содан кейін ұңғыманы жоюға кіріседі. Ол үшін, бұрын шегендеу құбырларын (егер олар цементтелмесе) шығарып алады, содан кейін ұңғыма бойынша жер асты суларының ағуы болмайтындай қысыммен тампонаждық ерітіндімен толтырады. Осыдан кейін бұрғылау қондырғысы бөлшектеліп, жаңа нүктеге тасымалданады. Жойылған ұңғыма орнында репер орнатылады.

Қатты жыныстарда бұрғылау Алмаз тәжімен жүргізіледі. Күшті нәзік жыныстарда гидроқұрылғышты немесе пневмоқұрылғышты механизмі бар соққы-айналмалы бұрғылау сәтті қолданылуы мүмкін. Қаттылығы орташа жыныстарда және жұмсақ айналмалы бұрғылау қатты балқитын кескіштермен арқауланған тәждермен жүргізіледі. Егер ұңғымалар зерттелген жыныстарды қиып өтетін болса, онда пайдалы қазба жоқ учаскелерде бұрғылау өнімділігін рейске үңгілеуді едәуір ұлғайту және Түсіру-көтеру операцияларына уақытты қысқарту есебінен, сондай-ақ бұрғылау режимдерін арттыру есебінен арттыруға мүмкіндік беретін берілмейтін бұрғылауға көшу орынды.

Колонкалық ұңғымалардың тереңдігі әртүрлі — бірнеше метрден бірнеше мың метрге дейін. Колонкалы ұңғымалардың диаметрлері оларды ұңғылау мақсатына және жынысты бұзатын құрал-сайманның түріне байланысты. Қатты балқымалы бұрғылау кезінде диаметрі 92, 76, 59 мм тәждер жиі қолданылады, инженерлік-геологиялық және гидрогеологиялық жұмыстар кезінде кейде колонкалық тәсілмен диаметрі 500-1500 мм шурфо-ұңғымалар өтеді.

1. 3 колонкалық Бұрғылау құралы

Ұңғымаларды бұрғылауға арналған құрал Бұрғылау құралы деп аталады және технологиялық, қосалқы, авариялық және арнайы болып бөлінеді.

Технологиялық құрал тікелей бұрғылауға арналған. Белгілі бір ретпен біріктірілген құрал-саймандар жиынтығы бұрғылау снаряды деп аталады. Қосалқы құрал-бұл бұрғылау кезінде технологиялық құралдарға қызмет көрсетуге арналған Бұрғылау құралы. Апаттық құрал бұрғылаудың қалыпты процесіне кедергі келтіретін әртүрлі асқынуларды жоюға, ал арнайы құрал — ұңғымаларда арнайы операцияларға қызмет көрсетуге арналған.

Технологиялық Бұрғылау құралы (бұрғылау снаряды) колонкалық жиынтықтан (бұрғылау тәжі, кернорғаушы құрылғыдан, колонкалық құбырдан, құбыр өткелінен, шлам құбырынан) және бұрғылау бағанасынан (бұрғылау құбырлары мен олардың қосылыстарынан) тұрады. Ұңғымалардың әрбір диаметрі үшін белгілі бір бұрғылау снаряды жасалады. Осыған байланысты стандарттарда құралдың әрбір түрі бойынша дәнекер элементтері мен диаметрлері (үлгі мөлшері) бойынша өзара сәйкестендірілген өлшемдердің белгілі бір саны көзделген.

Ұңғыманы бұрғылауға кіріспес бұрын оның жобалық құрылымын ұңғыманың құрылымын таңдау үшін бастапқы деректермен құру қажет:

а) ұңғымамен қиылысатын жыныстардың физикалық-механикалық қасиеттері, олардың мықтылығы, тұрақтылығы, суға қанықтығы және т. б. ;

б) ұңғыманың тереңдігі, ұңғыманың еңісі;

в) пайдалы қазбаның түріне байланысты ұңғыманың соңғы диаметрі;

г) бұрғылау тәсілі.

Ұңғыманы жобалау ұңғыманың тереңдігін, бұрғылаудың соңғы диаметрін, бұрғылаудың бастапқы бұрыштарын, ұңғыманың техникалық құрылымын таңдаудан және негіздеуден басталады. Карталау ұңғымасының тереңдігі геологиялық карталау тереңдігімен белгіленген геологиялық тапсырмамен анықталады. Барлау және іздеу ұңғымаларының тереңдігі жалпы жағдайда ұңғыманың пайдалы қазбаның денесінің қиылысу және төселетін жыныстарға 2-20 М тереңдеу қажеттілігінен белгіленеді. Бұрғылаудың бастапқы бұрыштары пайдалы қазба денесінің немесе тау жыныстарының қабаттарының құлау бұрышына және азимутқа, ұңғыманың тереңдігіне байланысты. Ұңғыманың тау жыныстарының қабаттарын 700-900-ге жақын бұрыштармен кесіп өткен жөн. Егер қабаттардың құлау бұрыштары 300-ден аспаса, онда ұңғымалар тігінен жобаланады. Құлаудың үлкен бұрыштарында көлбеу немесе қисайған Ұңғымаларды бұрғылау қажет.

Бұрғылаудың соңғы диаметрі, ең алдымен, ашу талап етілетін пайдалы қазба түрімен, дәлірек айтқанда, олардың сынамаларының көлеміне қойылатын талаптармен анықталады. Қатты пайдалы қазбалардың көпшілігі талдаудың ерекше түрлерін талап етпейді. Қатты балқытпа бұрғылау үшін ұңғыманың соңғы диаметрі 59, 76 мм алу керек. Мысалы, шөгінді жыныстардың қалыңдықтарында жатқан көмір кен орындарын, минералдық тұздарды және басқа да қатты пайдалы қазбаларды барлау кезінде бұрғылау қатты балқитын тәждермен жүргізіледі, бұл ретте көмір қабаты бойынша үңгілеу кезінде ұңғыманың соңғы диаметрі 76 мм-ден кем болмауы тиіс, ал минералды тұздар қиылысқан кезде-92 мм-ден кем болмауы тиіс. Гидрогеологиялық ізденістер кезінде ұңғымалардың диаметрлері аспаптар мен су көтеру жабдықтарының қолданыстағы конструкцияларының өлшемдерімен анықталады және 100-219 мм және одан жоғары шектерде ауытқиды. Суды пайдалану ұңғымаларының диаметрі ұңғыманың қажетті өнімділігімен және әдетте 168-300 мм-ден кем емес анықталады.

Бұл ұңғымалардың негізгі салмағы борпылдақ, жұмсақ және орташа бекіністі өтетін жыныстарда бұрғыланады. Жиі бұрғылау құрамында қиыршық тас, малтатас және біліктер бар құм-сазды топырақтарда жүргізіледі. Бұл тұқымдар құлауға бейім. Жүзгіш түрі бар тұқымдар бар. Сондықтан тереңдету процесінде ұңғыманы шегендеу құбырларымен бекіту қажет.

Ұңғыманың соңғы диаметрін таңдағаннан кейін, шегендеу құбырларымен бекітуді талап ететін аралықтар белгіленеді, шегендеу құбырларының бағаналарын орнату тереңдігін анықтайды. Бұрғылық айналдыра салынатын құбырлар көздеу қажет үшін:

1) жуу сұйықтығын жібітуден және науаға бұрудан сақтау мақсатында ұңғыма сағасын бекіту (бағыттаушы құбыр);

2) үстінен жатқан тұрақсыз және суланған жыныстарды бекіту және ұңғыма оқпанының тиісті бағытталуы үшін (кондуктор));

3) балшық ерітіндісімен нашар бекітілетін және тез қармайтын қоспалармен бекітілуі мүмкін емес бұзылған және ұсақталған жыныстар, галечниктер, әлсіз конгломераттар мен брекчиялар аймақтарын жабу;

4) су тұтқыш горизонттарды оқшаулау үшін тампонаж жасау, төтелдер беретін тұрақсыз жыныстар жатқан пайдалы қазбаның қиылысуының алдында ұңғыманың қабырғаларын бекіту.

Жаңа аудандарда бұрғылау жұмыстарын жобалау кезінде шегендеу құбырларының резервтік бағанасын және коронкалардың тиісті резервтік диаметрін қарастыру қажет.

Ұңғыманың құрылымын төменнен жоғары қарай таңдайды. Ұңғыманың құрылымын таңдағаннан кейін бұрғылау қондырғысын таңдайды, содан кейін қажетті бұрғылау жабдықтары мен құралдарының ерекшелігін жасайды, жекелеген аралықтарда әрбір жыныстың түрі үшін бұрғылау режимдерін анықтайды және ұңғыманың құрылысына геологиялық-техникалық наряд әзірлейді (кесте. 2.1.). Ол негізгі құжат — бұрғылау бригадасына басшылық ететін болады. Онда кесте түрінде геологиялық тілік бойынша ақпарат, ұңғыманың құрылымы және бұрғылау режимінің ұсынылатын параметрлері бар.

ұңғыма колонкалық бұрғылау жуу

3. КОЛОНКАЛЫ БҰРҒЫЛАУДЫҢ БҰРҒЫЛАУ ҚОНДЫРҒЫЛАРЫ

Бұрғылау қондырғысы бұрғылау және энергетикалық жабдықтар кешені, сондай-ақ Ұңғымаларды бұрғылау үшін қызмет ететін құрылыстар (Мұнара немесе діңгек, бұрғылау ғимараты) деп аталады. Колонкалы бұрғылау бұрғылау бұрғылау ғимаратында орналасқан бұрғылау агрегатынан және бұрғылау мұнарасынан немесе діңгектен тұратын қондырғылармен жүргізіледі. Бұрғылау агрегатына бұрғылау станогы, ұңғыманы жууға арналған бұрғылау сорғысы, оларға күш жетектері, бұрғылау процесін бақылау және реттеу аппаратурасы кіреді.

Колонкалы бұрғылауға арналған қондырғылар тасымалдылығы бойынша стационарлық, жылжымалы, өздігінен жүретін, тасымалданатын болып бөлінеді.

3-кесте. 1

Бұрғылау агрегаты мен мұнарасы бір немесе бірнеше блоктар түрінде құрастырылатын қондырғылар стационарлық деп аталады. Бұл қондырғылар өз көлік базасы жоқ. Бұрғылау аяқталғаннан кейін қондырғы қайта құрастырылатын жаңа бұрғылау орнына тасымалданатын құрамдас блоктарға бөлшектеледі. Тұрақты бұрғылау қондырғылары ұңғыманы бұрғылауға көп уақыт жұмсағанда пайдаланылады.

Жылжымалы бұрғылау қондырғылары шаналарда, доңғалақ немесе шынжыр табанды арбаларда орнатылған бір немесе бірнеше рамаларда орнатылады. Мұндай қондырғылар ұңғымалар арасында аз қашықтықта қолданылады және автомобильдермен немесе тракторлармен сүйреп апарады.

Өздігінен жүретін қондырғылар автомашиналар, тракторлар базасында құрастырылады.

Бұрғылау станоктары бағаналы жинағы бар бұрғылау құбырларының бағаналарын айналдыру үшін, ұңғыманың тереңдеуіне қарай бұрғылау снарядын бере отырып, жынысты бұзатын аспаптарға осьтік жүктемені реттеу үшін, сондай-ақ ұңғыманы бұрғылау, оны шегендеу құбырларымен бекіту және арнайы жұмыстар кезінде түсіру-көтеру операцияларын жүзеге асыру үшін қызмет етеді.

Колонкалы бұрғылауға арналған станоктың негізгі тораптары:

а) бұрғылау снарядының айналғышы;

б) айналу және көтеру жиілігін реттеуге арналған көп сатылы беріліс қорабы;

в) Түсіру-көтеру операцияларын жүзеге асыруға арналған шығыр;

г) қозғалтқышты қосу және ажырату үшін басты фрикцион;

д) бұрғылау снарядын беру механизмі және жынысты бұзатын аспаптарға жүктемені реттегіш,

е) бақылау-өлшеу аппаратурасы бар басқару пульті.

Станок пен қондырғының конструктивтік сұлбасы тұтастай айналмалы типпен және беру механизмімен айтарлықтай анықталады. Айналғыштар өз конструкциясы бойынша шпиндельді, роторлы және жылжымалы болып бөлінеді. Бұрғылау станогының айналғышы бұрғылау кезінде технологиялық операцияларды орындайтын негізгі жұмыс механизмі болып табылады.

Ұңғыманың кенжарына осьтік жүктеме бұрғылау станогын беру механизмін реттейді. Беріліс механизмінің конструкциясына байланысты бұрғылау станоктары болады: гидравликалық берілісі бар; бұрандалы дифференциалды берілісі бар; иінтіректі берілісі бар; біріктірілген иінтіректі-дифференциалды берілісі бар; барабаннан шығыр (роторлы станоктар) берілісі бар. Көбінесе гидравликалық беру жүйесі бар шпиндельді станоктарды қолданады, бұрғылау колоннасын айналдыру және беру бұл жағдайда шпиндельдің көмегімен жүзеге асырылады.

Гидравликалық берілетін шпиндельді немесе жылжымалы айналғышпен жабдықталған қондырғылар келесі артықшылықтарға ие:

1) тік, көлбеу және көтерілуші Ұңғымаларды бұрғылай алады;

2) забойға осьтік күш салуды реттеу мүмкіндігін қамтамасыз етеді (еріксіз күш салу немесе забойды босату);

3) Бұрғылау снарядын қажетті жылдамдықпен бірқалыпты беруді жүргізуге мүмкіндік береді;

4) ұңғымадағы снаряд салмағын анықтауға мүмкіндік береді;

5) гидравликалық беру құбырларды шығару және аварияларды жою кезінде гидравликалық домкрат ретінде пайдаланылуы мүмкін.

Бұл артықшылықтардың барлығы қатты пайдалы қазбаларды барлау кезінде қолданылатын колонкалық бұрғылау қондырғыларында гидравликалық берілетін шпиндельді және жылжымалы айналғыш таралуын анықтады. Роторлы қондырғыларда ротор (айналғыш) шпиндельге қарағанда көлденең жазықтықта ғана айналады және тік оське қатысты қозғалмайды, сондықтан қосымша осьтік жүктемені (бұрғылау снарядына түсіру) қамтамасыз ете алмайды.