Технология бурения нефтяных и газовых скважин

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ» (МГРИ) _______________________________________________________________________________________________ Кафедра современных технологий бурения скважин имени профессора Воздвиженского Б.И. _______________________________________________________________________________________________ Технология бурения нефтяных и газовых скважин группы НД-19-1, НД-19-2 _______________________________________________________________________________________________ 16.10.2020 Доктор технических наук, профессор Павел Васильевич Овчинников СОСТАВ И ЗАДАЧИ КУРСА Семестр Осень 2020 Весна 2020 №№ пп Задачи 1 Лекции (теоретическая часть) 2 Практическая работа № 1 3 Практическая работа № 2 (продолжение р-ты №1) 4 Промежуточный тест (дистанционно) 5 Реферат (по теме специального вопроса ВКР) 1 Практические занятия и работы, семинары по разделам курсовой работы, выполнение курсовой работы 2 Лекции (теоретическая часть) Форма отчетности ЗАЧЕТ Защита курсовой работы ЭКЗАМЕН При наличии своих промысловых данных, возможно и предпочтительнее именно их использовать в качестве исходных данных при выполнении курсовой работы. 1 СОСТАВ КУРСА И ПОДГОТОВКА К ТЕСТУ/ЭКЗАМЕНУ (20 вопросов в каждом варианте) № Группы (тематика) вопросов Что и где почитать? 1 Термины, определения Лекции + конспект в разделе Лекции (тема 1) 2 Классификация скважин, конструкция скважин Лекции + конспект в разделе Лекции (тема 1) 3 Типы и конструкции долот, бурильных труб, элементов бурильной колонны, материалы для изготовления бурильных труб Лекции + конспект в разделе Лекции (тема 3) + учебное пособие в разделе КР (темы 3 и 6) 4 Условия работы бурильной колонны в скважине (назначение, назначение элементов бур. колонны, действующие нагрузки, облегчение в жидкости, общие принципы расчета) Учебное пособие в разделе КР (тема 6) 5 Классификация и характеристика способов бурения. Режимно-технологические параметры бурения (в том числе при различных способах). Взаимосвязь между параметрами Лекции + конспект в разделе Лекции (тема 5) + учебное пособие в разделе КР 6 Обязательные нормативные требования и требования безопасности ПБНГП (разделы ХI, ХV, ХVII) 7 Влияние бурового раствора на режимы бурения и качество вскрытия Конспект в разделе Лекции (тема 6: введение, 6.1-6.5) 8 Условия вскрытия пласта Конспект в разделе Лекции (тема 10) 9 Состав цикла строительства скважины Конспект в разделе Лекции (тема 12.1) При выполнении теста включаем логическое мышление! 2 Технология бурения Технология (от древне-греческого «техно» - искусство, мастерство, умение и «логос» - слово, мысль, смысл, понятие) - это комплекс инженерных и научных знаний, применяемый для решения практических задач, достижения желаемого результата. Бурение скважины - процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники — бурового оборудования и инструмента, процесс сооружения скважины. 3 Определение «скважина» Скважина пробуренная горная - с выработка поверхности земли круглого или с сечения, подземной выработки без доступа человека к забою под любым углом к горизонту, диаметр которой намного меньше её глубины. Скважина - капитальное сооружение, назначением которого является: - выявить продуктивную залежь; - обеспечить приток углеводородов (УВ) из пласта и доставку их на поверхность - получить всю необходимую геологическую информацию о пласте (разрезе). 4 Введение Строительство (бурение) скважины является одним из самых затратных этапов разработки месторождения и единственным источником результативной разведки и приращения запасов нефти и газа. В данном докладе будут представлены основные этапы строительства (бурения) скважин, применяемые технологии и инновационные направления в этой области. 5 Зарождение бурения • Первые сообщения о скважинах для добычи воды и соляных рассолов содержатся в работах философа Конфуция ( ≈ 600 лет до н.э); • Первая нефтяная скважина в мире пробурена на Апшеронском полуострове в России в 1847 году В.Н. Семеновым, а в США Эдвином Дрейком в Пенсильвании в 1857 году. Процесс бурения первых скважин в Китае Буровые установки в Баку 6 Скважины, шт. Добыча, тысяч баррелей в сутки Количество пробуренных скважин в мире Количество скважин на нефть в мире - более миллиона, в России - более 275 тысяч. 7 История развития бурения 2020 12 262 м 8 Классификация скважин по назначению* РАЗВЕДКА УВС Опорные скважины - проектируются и бурятся в малоисследованных регионах для изучения общего геологического строения и гидрогеологических условий залегания всей толщи пород и выявления закономерностей распространения комплексов отложений, благоприятных для нефтегазонакопления. Параметрические скважины проектируются, бурятся на выявленных структурах с целью регионального изучения недр, увязкой с другими методами региональных исследований; более детального изучения геологического строения разреза с полным отбором керна и максимальными данными по ГИС для выявления наиболее перспективных площадей с точки зрения проведения на них геолого-поисковых работ. Структурные скважины проектируются, бурятся и служат для тщательного изучения структур, выявленных при бурении опорных и параметрических скважин, и подготовки проекта поисково-разведочного бурения на эти структуры. Поисково-оценочные скважины проектируются и бурятся на подготовленных предыдущим бурением и геолого-физическими исследованиями перспективных структурах, площадях с целью опоискования и открытия новых месторождений или новых залежей на ранее открытых месторождениях. Разведочные скважины проектируются и бурятся на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью с целью геологического изучения и оконтуривания залежей УВС, получения исходной информации для подсчета запасов УВС и составления технического проекта на разработку месторождения. *Согласно «Правил разработки месторождений углеводородного сырья» (утв. Приказом МПР РФ от 14.06.2016 N356) 9 РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ Классификация скважин по назначению* Эксплуатационные скважины проектируются и бурятся при реализации проекта пробной эксплуатации и промышленной разработке месторождения: - добывающие (нефтяные и газовые) - для извлечения из залежи нефти, газа, - нагнетательные - для проведения воздействия на залежь с целью поддержания пластового давления путем закачки воды, газа (их смеси) или других рабочих конденсата; агентов вытеснения. Специальные скважины проектируются и бурятся для взрывных работ при сейсмических методах поисков и разведки месторождения, добычи технической воды (водозаборные скважины), сброса промысловых вод в непродуктивные поглощающие пласты (поглощающие скважины), разведки и добычи воды, подготовки структур для подземных газохранилищ и закачки в них газа, ликвидации открытых фонтанов нефти и газа и других целей. Контрольные наблюдательные скважины проектируются и бурятся для осуществления систематического контроля над изменением межфлюидальных (водонефтяного, газонефтяного, газоводяного) контактов и за изменением других параметров (в том числе, нефтегазоводонасыщенности пласта) в процессе разработки залежи. Контрольные пьезометрические скважины проектируются и бурятся для контроля за изменением пластового давления и температуры. *Согласно «Правил разработки месторождений углеводородного сырья» (утв. Приказом МПР РФ от 14.06.2016 N356) 10 Виды скважин Виды скважин по положению оси в пространстве : - вертикальные – зенитный угол до 5о; - наклонно направленные – зенитный угол от 6о до 60о; - полого направленные – зенитный угол от 60о до 80о; - горизонтальные – зенитный угол более 80о; - субгоризонтальные – зенитный угол более 80о (при этом горизонтальный участок проложен вне продуктивной зоны). Виды наклонно-направленных и горизонтальных скважин по профилю: Типы профилей: 1 – тангенциальный; 2 – S-образный; 3 – J-образный; 4 – горизонтальный (зенитный угол более 80о) 11 Виды горизонтальных скважин по радиусу искривления 12 Горизонтальные скважины Дебит горизонтальных скважин выше до пяти раз по сравнению с вертикальными, что позволяет увеличить уровень рентабельности с минимальным числом скважин и технологических затрат. Принципиальная схема заканчивания горизонтальных скважин 13 Заканчивание горизонтальных скважин Открытый ствол Фильтр-хвостовик Устройства контроля притока Зацементированная и перфорированная 14 шарошечный расширитель 711 мм Виды скважин по диаметру - скважины малого диметра – скважины с эксплуатационной колонной диаметром 114,3 мм и менее / скважины основной ствол под эксплуатационную колонну в которых бурится долотом диаметром 155,6 мм и менее (не включая ГС с хвостовиком 114,3 мм). - скважины нормального диаметра – скважины основной ствол которых эксплуатационную колонну бурится долотом диаметром 215,9 мм (и сопоставимыми). - скважины большого диаметра – скважины которые забуриваются диаметром, большим проходного диаметром ротора 0,76 м (свинчивание породоразрушающего инструмента с бурильными трубами осуществляется под столом ротора). под Расширители шарошечные ( до 42) 15 шарошечный расширитель 711 мм Виды скважин по глубине Скважины малой глубины - скважины глубиной до 1000 м; Сверхглубокие скважины - скважины глубиной свыше 4500 м. Сверхглубокие скважины в СССР и РФ Название и номер скважины Расположение Годы бурения Глубина проектная, м Глубина фактическая, м Кольская сверхглубокая, СГ-3 Мурманская область, 10 км к западу от г. Заполярный ( Балтийский щит). 1970-1990 15000 12262 Уральская сверхглубокая, СГ-4 Тимано-Печорская сверхглубокая, СГ-5 Тюменская сверхглубокая, СГ-6 Ен-Яхинская сверхглубокая скважина, СГ-7 Свердловская область, 5 км к западу от г. Верхняя Тура 1985-2004 15000 6015 Республики Коми, Вуктыльский район 1984-1993 7000 6904 1987-1996 8000 7502 2000-2006 6900 8250 № 501 Вершиновская Оренбургская область, п. Акбулак 2003-2004 7000 7005 Западная Сибирь, посёлок Коротчаево (70 км к востоку от г. Новый Уренгой) Западная Сибирь, 150 км к северу от г. Новый Уренгой Сверхглубокие скважины за рубежом • Берта Роджерс, США. Глубина 9583 м. • Бейден-Юнит, США. Глубина 9159 м. • КТБ-Оберпфальц, Бавария, Германия. Глубина 9101 м. • Юниверсити, США. Глубина 8686 м. • Цистердорф, Австрия. Глубина 8553 м. • Бигхорн Вайоминг, США. Глубина 7583 м. • Сильян Ринг, Швеция. Глубина 6800 м. 16 Скважины сложной конструкции Многозабойная скважина (МЗС) – скважина, состоящая из основного ствола и одного или нескольких ответвлений, пробуренных в пределах одного продуктивного пласта/объекта. Многозабойные скважины (МЗС) Ответвления МЗС является аналогами трещин многозонного гидроразрыва в ГС (МГРП), а многозабойное (в том числе радиальное) бурение – методом интенсификации добычи Многоствольная скважина (МСС) – скважина, имеющая один или несколько боковых стволов, которые могут вскрывать различные объекты или разные точки в сетке разбуривания. Многоствольные скважины (МСС) Каждый ствол МСС является самостоятельным, полноценно заменяющим одну скважину и вскрывает одну точку в сетке разработки (подсчетном объекте) МСС – это система разработки залежи Многозабойные и многоствольные скважины Главное преимущество многоствольных и многозабойных скважин состоит в создании максимальной площади контакта с продуктивным пластом, что ведет к росту производительности скважин или их приёмистости, а также к повышению показателей извлечения нефти из пласта. 18 Конструкция скважины Под конструкцией скважины понимается совокупность данных о количестве, диаметрах и глубинах спуска обсадных колонн, диаметрах ствола скважины под каждую колонну, интервалах цементирования обсадных колонн, а также о способах и интервалах сообщения ствола скважины с продуктивным пластом (конструкция забоя). Породоразрушающий инструмент – Буровые долота а Породоразрушающий инструмент (ПРИ) предназначен для разрушения горной породы на забое при бурении скважины. По принципу разрушения породы ПРИ подразделяется на 3 группы: 1) Дробяще-скалывающего действия – шарошечные долота 2) Режуще-скалывающего действия – лопастные долота и долота PDC; 3) Истирающе-режущего действия - алмазные долота и долота PDC. Шарошечные долота б в Схема разрушения горной породы на забое: а) дробление, б) резание, в) истирание (микрорезание) стальное фрезерованное Лопастное PDC (Polycrystalline Diamond Compacts) твердосплавное штыревое Алмазное Импрегнированное алмазное 20 КЛАССИФИКАЦИЯ ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ ПО IADC 21 24 и более КЛАССИФИКАЦИЯ РDC И АЛМАЗНЫХ ДОЛОТ ПО IADC 22 Заключение Процесс строительства (бурения) скважины является сложным, ответственным и одним из самых затратных этапом разработки месторождения. Только качественное планирование, соблюдение проектных требований и технологической дисциплины, повсеместное применение современных технологий позволит бурить быстрее качественнее и как следствие дешевле. 23 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ» (МГРИ) _______________________________________________________________________________________________ Кафедра современных технологий бурения скважин имени профессора Воздвиженского Б.И. _______________________________________________________________________________________________ Благодарю за внимание! _______________________________________________________________________________________________ Сергей Якунин Доктор технических наук, профессор Ведущий инженер по бурению скважин Павел Васильевич Овчинников