2.2. Элементы скважин

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка (вертикальная или наклонная) глубиной от нескольких мет­ров до нескольких километров и диаметром свыше 75 мм, сооружаемая в толще горных пород (рис. 2.1).

Элементы скважины:

устье — выход на поверхность или дно моря;

забой — дно;

ствол или стенка — боковая повер­хность.

Расстояние от устья до забоя по оси ствола — длина скважины, а по проекции оси на вертикаль — ее глубина.

Скважины бурят, как правило, с уменьшением диаметра от интервала к интервалу. Начальный диаметр обычно не превышает 900 мм, а конечный редко бывает менее 75 мм.

Углубление скважин осуществляется путем разрушения породы по всей площади забоя (сплошное бурение) или по его периферийной части (колонковое бурение). В последнем случае в центре скважины остается керн (цилиндрический столбик породы), который периодически поднимают на по­верхность для изучения пройденного разреза пород. Сква­жины бурят на суше и на море при помощи специальных буровых установок. Непрерывный рост добычи нефти и газа возможен лишь при условии бурения тысяч скважин, обес­печивающих разведку и ввод в эксплуатацию десятков но­вых нефтяных и газовых месторождений. Однако бурение применяется не только в нефтяной и газовой промышленно­сти. Развитие других отраслей промышленности и сельско­хозяйственного производства немыслимо в настоящее время без буровых работ.

Угольная и горнорудная промышленность. В этих отраслях промышленности бурение скважин ведется в следующих целях:

1) поиск и разведка твердых полезных ископаемых;

2) вентиляция горных выработок;

3) откачка воды из горных выработок;

4) спуск в горные выработки крепежного материала;

5) замораживание грунта при проходке шахт;

6) подземная газификация углей;

7) тушение подземных пожаров;

8) взрывные работы при карьерной и подземной разработ­ке полезных ископаемых.

Рис. 2.1. Скважины:

а, б — вертикальные (б — колонковое бурение); в — наклонная (а, в — сплошное бурение); 1 — устье; 2 — стенка (ствол); 3 — ось; 4 — забой; 5 — керн; Н, L — глубина и длина скважины соответственно

Химическая промышленность. В коллекторах земной коры иногда в растворенном состоянии содержатся значительные количества солей брома, йода и других химических веществ. В целях добычи растворов, содержащих эти вещества, прихо­дится бурить скважины.

Медицина. В этой отрасли скважины бурятся для добычи минеральных вод.

Промышленное и гражданское строительство. Без буро­вых работ немыслимо изыскание трасс шоссейных и желез­ных дорог, исследование грунтов на месте предполагаемого возведения плотин, мостов, заводов, домов. Кроме того, сква­жины бурят в целях промышленного водоснабжения различ­ных объектов.

2.3. Общая схема бурения

Для бурения нефтяных и газовых скважин в России при­меняют только вращательный метод. При этом методе сква­жина как бы высверливается вращающимся долотом. Разбуренные частицы породы выносятся на поверхность циркули­рующей струей промывочной жидкости либо с нагнетаемым в скважину воздухом или газом. В зависимости от местона­хождения двигателя вращательное бурение разделяют на ро­торное и турбинное. При роторном бурении двигатель нахо­дится на поверхности и приводит во вращение долото на забое при помощи колонны бурильных труб. При турбинном бурении двигатель (турбобур или электробур) перенесен к забою скважины и установлен над долотом.

Процесс бурения включает в себя следующие операции: 1) спускоподъемные работы — спуск бурильных труб с до­лотом в скважину до забоя и подъем их с отработанным долотом; 2) работа долота на забое — разрушение породы долотом.

Эти операции периодически прерываются для спуска в скважину обсадных труб, которые используются для предох­ранения стенок скважины от обвалов и разобщения нефтя­ных (газовых) и водяных горизонтов [9, 30].

Одновременно в процессе бурения выполняется ряд вспо­могательных работ: отбор керна, приготовление промывоч­ной жидкости, каротаж, замер кривизны ствола скважины, освоение ее с целью вызова притока нефти или газа.

Полный цикл строительства скважины включает следую­щие основные элементы:

1) монтаж буровой вышки, бурового (силового) оборудова­ния и строительства привышечных сооружений;

2) подготовительные работы к бурению скважин;

3) процесс бурения;

4) вскрытие и разобщение пластов (спуск обсадных труб и их цементирование);

5) испытание скважины на приток нефти или газа (освое­ние);

6) демонтаж оборудования.