Бурение газовых скважин

Сам по себе процесс бурения своими корнями уходит в глубокую древность. Это связано с тем, что еще первобытный человек примерно 25 тыс. лет назад, изготавливая примитивные орудия труда, использовал кремневый бур. Именно с помощью такого бура люди проделывали отверстия в камнях, куда вставляли деревянные рукояти, получая таким образом топоры. Что же касается применения процесса бурения к добыче разнообразных полезных ископаемых, то первые письменные воспоминания об этом можно найти в работах некоторых древних философов. Так, например, Конфуций еще в 600 году до н.э. описывал, как с помощью ударного бурения сооружались скважины для воды, глубина которых достигала почти одного километра. Таким образом, можно сказать, что процесс бурения скважин прошел эволюцию вместе с человечеством, и в настоящее время является неотъемлемой частью добычи различных полезных ископаемых, в частности нефти и газа. Конечно, сегодня существует множество разнообразных методов, которыми производится бурение, а также присутствует специальная мощная техника, позволяющая формировать скважины различных глубин от сотен метров до нескольких километров.

Для того, чтобы рассмотреть бурение газовых скважин, следует сначала разобраться с тем, что такое скважина, из чего она состоит, а также какие разновидности скважин существуют и для чего предназначаются.

Таким образом, скважина – это горная выработка, имеющая круглое сечение, длина которой в разы превышает ее диаметр. Сооружение скважин осуществляется техникой, без прямого доступа людей в саму скважину. Структура скважины включает в себя устье, забой, стенки, ствол. По своим разновидностям скважины классифицируются следующим образом:

• опорные скважины. Бурятся в тех районах, где еще не было произведено бурение. Назначение данного типа скважин – исследование состава и возраста пород;
• параметрические скважины. Как правило бурятся в частично изученных районах и служат для получения более детальной информации о геологическом строении, а также о перспективах нефтегазоносности;
• структурные скважины формируются с целью определения наиболее перспективных площадей и их подготовки к поиско-разведочному бурению;
• поисковые скважины служат для определения мест с новыми промышленными залежами нефти или газа;
• разведочные скважины. Данные скважины сооружаются на тех площадях, на которых уже установлена промышленная нефтегазоносность. Целью их формирования является установление размеров и строение залежи, получение нужных исходных данных, которые позволяют подсчитать объемы запасов нефти или газа;
• эксплуатационные скважины. Используются непосредственно для извлечения из недр земли полезных ископаемы;
• нагнетательные скважины. Служат для воздействия на эксплуатируемый пласт во время добычи нефти или газа различными агентами (вода, газ и др..);
• наблюдательные скважины позволяют контролировать разработку залежей.

Кроме перечисленных, также при поиске, разведке и разработке газовых месторождений могут буриться и другие скважины, такие как карировочные, сейсморазведочные, специальные и т.д.

Технология бурения газовых скважин

Строительство газовых скважин включает в себя такие этапы:

• подготовительные работы;
• монтаж вышки и необходимого оборудования;
• подготовка к бурению;
• сам процесс бурения;
• крепление скважины обсадными трубами и ее тампонаж;
• вскрытие пласта, а также его испытание на приток газа.

Наиболее часто при формировании скважин используется технология механического бурения. Данная технология предполагает строительство скважины путем вращательного, ударного или же комбинированного метода. Для осуществления подобной технологии необходимо бур присоединить к бурильной колонне квадратного сечения, после чего, используя талевую систему, опустить в скважину. Вращательные движения буру передаются с помощью ротора, который находится над устьем скважины. По мере проходки скважины происходит наращивание бурильной колонны. Процесс бурения также сопровождается промывкой скважины, осуществляемой с помощью специальных насосов, которые закачивают в скважину специальную промывочную жидкость (техническую воду, водную суспензию, глинистые растворы или растворы на углеводородной основе). Путем промывки со скважины удаляются частицы разрушенной породы, а также происходит охлаждение бура, значительно снижается трение буровой колонны о стенки скважины, что, в свою очередь, предотвращает возможность обвала стенок скважины.

Последним этапом строения скважины является ее цементирование, осуществляющееся двумя способами:

• прямым – происходит закачка раствора в буровую колонну и его продавливание в затрубное пространство;
• обратным – закачка раствора в затрубное пространство осуществляется с поверхности.

Оборудование газовой скважины

С помощью оборудования устья газовой скважины осуществляется соединение верхних концов обсадных колонн с фонтанными трубами, происходит герметизация межтрубного пространства и соединений между деталями оборудования. Кроме этого, оборудование газовой скважины позволяет осуществлять необходимые мероприятия, направленные на контроль и регулирование технологического режима эксплуатации скважины. К оборудованию относятся:

• колонная головка;
• трубная головка;
• фонтанная елка.

Функцию соединителя между концами кондуктора и эксплуатационной колонной выполняет колонная головка. Однако, это не единственная ее функция. С ее помощью также происходит герметизация межтрубного пространства, а также она является опорой трубной головки с фонтанной елкой. Последняя часть конструкции монтируется на трубную головку. Монтаж фонтанной елки осуществляется выше верхнего фланца трубной головки. Благодаря фонтанной елки осуществляется освоение газовых скважин, закрытие скважин, а также контролируется и регулируется технологический режим работы скважин.

Эксплуатация газовых скважин

Газовые и газоконденсатные скважины эксплуатируются в течение достаточно продолжительного промежутка времени в достаточно сложных условиях, которые способны резко изменяться. Таким образом, давление газа в скважине во время его добычи может достигать 100 МПа, при этом температура газа составляет порядка 523 ⁰К. А вот горное давление за колоннами на глубине 10 000 м существенно выше показателя в 250 МПа. То есть, следует отметить, что в процессе освоения, исследования газовых скважин, а также ремонта газовых скважин происходит резкое изменение температурного режима, давления, состава газа, который движется непосредственно по данной скважине. В связи с этим, скважина должна быть надежной и прочной, которая сможет прослужить достаточно долго. Поэтому, скважины являются дорогостоящими капитальными сооружениями. Долговечность работы, а также стоимость строительства скважины во многом определяется конструкцией скважины, которая, в свою очередь, зависит от множества других факторов, таких, как пластовое давление, геологические условия бурения, геолого-физические параметры пласта, физические свойства пластового флюида, разность давлений между пластами, технологические условия эксплуатации скважины, режим эксплуатации пласта и др. Перед строительством скважин в обязательном порядке производятся необходимые расчеты газовых скважин, позволяющие точно учесть все условия эксплуатации скважины, и на основе полученных данных, рассчитать точную стоимость формирования конструкции.