Скважина буровая это


Буровая скважина

БУРОВАЯ СКВАЖИНА (а. well, drilling hole; н. Воhrloch; ф. trou de forage; и. agujero, pozo de sondeo) — горная выработка преимущественно круглого сечения (диаметр 59-1000 мм), образуемая в результате бурения.

Буровые скважины разделяют на мелкие — глубиной до 2000 м (из них подавляющее большинство — до нескольких сотен метров), средние — до 4500 метров, глубокие — до 6000 метров, сверхглубокие — свыше 6000 метров. В буровых скважинах выделяют устье, ствол и дно (забой). По положению оси ствола и конфигурации буровые скважины разделяют на вертикальные, горизонтальные, наклонные; неразветвлённые, разветвлённые; одиночные и кустовые. По назначению различают исследовательские, предназначенные для исследования земной коры, эксплуатационные (разработочные, см. рис.) — для разработки месторождений полезных ископаемых, строительные — для строительства различных сооружений (мостов, причалов, свайных фундаментов и оснований, подземных хранилищ для жидкостей и газов, водоводов), горнотехнические буровые скважины — для строительства и эксплуатации горных сооружений. Исследовательские буровые скважины делятся на картировочные, структурно-поисковые, опорно-геологические, опорно-технологические, инженерно-геологические, параметрические, поисковые и разведочные. Эксплуатационные буровые скважины по виду разрабатываемой залежи подразделяют на скважины нефтяной, газовой и водной залежи (см. Нефтяная скважина, Газовая скважина, Гидрогеологическая скважина), по выполняемой функции — на добывающие, нагнетательные, оценочные, контрольные (пьезометрические, наблюдательные), по эксплуатационному состоянию — на действующие, ремонтируемые, бездействующие, законсервированные и ликвидированные.

Горнотехнические буровые скважины делятся на взрывные (на них приходятся наибольшие объёмы бурения — около 50 млн. м в год), замораживающие, тампонажные, вентиляционные, водоотливные и др. В зависимости от глубины и назначения буровых скважин, условий бурения стенки скважин закрепляют или оставляют незакреплёнными. Крепление ствола не производят для горнотехнических (например, взрывных) и других скважин небольшой глубины (до 50 м), пройденных в устойчивых скальных массивах. Буровые скважины, предназначенные для эксплуатации и исследований, в процессе сооружения крепят. Они имеют наиболее сложную конструкцию, которая определяется размерами частей ствола, обсадных колонн и цементного кольца в пространстве за обсадными колоннами; видом и количеством обсадных колонн; оборудованием обсадных колонн, устья и забоя буровых скважин.

Обсадные колонны (направляющая, кондукторная, промежуточная и эксплуатационная) предназначены для крепления стенки частей ствола буровых скважин и изоляции зон различных осложнений, а также продуктивной толщи от остальной части геологического разреза. Обычно они свинчиваются (свариваются) из стальных труб, в мелких скважинах применяют обсадные трубы из пластмассы и асбоцемента. Направляющая колонна (направление) — первая обсадная колонна (длиной до 30 м), которую опускают в верхнюю (направляющую) часть ствола, чтобы изолировать верхний наносный слой почвы и отвести восходящий поток бурового агента из ствола скважины в очистную систему, цементируется по всей длине. Кондукторная колонна (кондуктор) — вторая обсадная колонна, спускаемая в ствол буровой скважины, предназначена для перекрытия верхних неустойчивых отложений, водоносных и поглощающих пластов, зон многолетнемёрзлых пород и т.п. На неё устанавливают противовыбросовое оборудование; кольцевое пространство за колонной обычно цементируют по всей длине. Промежуточную обсадную колонну спускают в случае необходимости после кондукторной для крепления неустойчивых пород, разобщения зон осложнений и водоносных горизонтов. Глубину спуска промежуточных и кондукторных колонн рассчитывают с учётом предотвращения гидроразрыва пластов, устойчивости стенки ствола буровых скважин, разделения зон применения различных буровых агентов.

Количество промежуточных колонн зависит от глубины буровых скважин и сложности геологического разреза. Последняя обсадная колонна предназначена для эксплуатации и изолирует продуктивные пласты. Для извлечения флюидов из продуктивных пластов в эксплуатационную колонну спускают насосно-компрессорные колонны в различных комбинациях в зависимости от количества разрабатываемых пластов и применяемого способа добычи. В промежуточную и эксплуатационную часть ствола буровых скважин вместо обсадной колонны полной длины могут быть спущены на бурильных трубах обсадные колонны-хвостовики, верх которых крепится с помощью специальных подвесок. Колонну-хвостовик после окончания строительства скважины иногда наращивают до устья буровой скважины колонной-надставкой. Для облегчения спуска, цементирования обсадных колонн и повышения качества этих работ обсадные колонны оборудуются направляющими башмаками, различными клапанами, соединительными и разъединительными устройствами, турбулизаторами цементного раствора, пакерами, центраторами и скребками. При многоступенчатом цементировании в состав обсадной колонны вводят цементировочные муфты. По числу обсадных колонн, спускаемых в ствол буровых скважин после кондукторной, различают одно-, двух-, трёх- и многоколонные конструкции скважин; по виду оборудования призабойной зоны — буровые скважины с обсаженной и необсаженной призабойной зоной. Конструкция буровых скважин с обсаженной призабойной зоной может быть получена либо при спуске в неё сплошной эксплуатационной колонны с последующим её цементированием и перфорированием колонны, цементного камня и продуктивного пласта, либо спуском в неё эксплуатационой колонны с хвостовой секцией, имеющей круглые или щелевидные отверстия, размещаемые против продуктивного пласта.

Конструкция газовых скважин отличается большей герметичностью обсадных колонн, которая достигается применением обсадных труб со специальными соединениями и смазками для них, подъёмом цементного раствора за всеми колоннами до устья буровых скважин и т.д. Устья разработочных нефтяных и газовых скважин оборудуют специальной арматурой. Конструкция буровой скважины, предназначенной для поиска и разведки месторождений твёрдых полезных ископаемых, значительно проще. Направляющая часть таких буровых скважин имеет длину несколько метров и закрепляется направляющей трубой, кондукторная часть имеет длину 30-150 м. Далее ствол бурят с полным отбором керна, а крепление неустойчивых пород осуществляют быстросхватывающимися смесями.

www.mining-enc.ru

Бурение скважин - виды скважин, общие понятия о бурении



Довольно обширный термин «бурение скважин» подразумевает не только бурение для добычи из недр ресурсов, главным образом углеводородных, но и работы по бурению скважин для добычи воды, горизонтально направленное бурение, бурение под сваи, бурение под геотермальное отопление.

Оглавление:

Что значит термин «бурение скважин»

Бурение — процесс разрушения различных пород с последующим удалением продуктов разрушения.

Бурение скважин — это бурение направленной цилиндрической горной выработки с закреплением стенок (ствола) скважины для предотвращения обрушения горной породы.

Устье скважины – начало скважины на поверхности земли.

Забой скважины – дно скважины.

Ствол скважины – стенки скважины.

Бурение скважин на воду - бурение скважины до водоносного горизонта (песка, известняка) и строительство скважины с учетом оборудования водоприемной зоны для возможности отбора воды из недр земли.

Основные способы бурения скважин

Вращательный с прямой промывкой

Самый распространенный способ. Используется при бурении скважин в породах различной твердости и на разную глубину.

Схема бурения скважины с прямой промывкой
  1. Зумпф (отстойник для бурового раствора)
  2. Забор отстоявшегося бурового раствора из зумпфа
  3. Напорно-всасывающая магистраль
  4. Буровой насос
  5. Нагнетательная магистраль
  6. Вертлюг
  7. Бурильные трубы (буровые штанги)
  8. Обсадная труба
  9. Долото

Вращательный с обратной промывкой

В основном используется для бурения промышленных скважин большого диаметра.

Схема бурения скважины с обратной промывкой
  1. Долото
  2. Смеситель
  3. Трубы для подачи воздуха
  4. Бурильные трубы (буровые штанги)
  5. Компрессор
  6. Ротор
  7. Вертлюг
  8. Рукав
  9. Зумпф (отстойник для бурового раствора)
  10. Буровой шлам
  11. Разделитель
  12. Желоб

Вращательный с продувкой воздухом

Применяется при бурении в устойчивых породах. При использовании пневмоударника достигается высокая скорость создания скважины. Актуально при выполнении работ на территориях сложенных скальными или твердыми породами, а также при работе с трещиноватыми породами.

Ударно-канатный

Применяется при бурении скважин в сложных гидрогеологических условиях на глубину до 100-150 метров. Этот способ отличается низкой скоростью бурения, сложностью бурения в неустойчивых породах (плывуны, водоносные пески).

К основным преимуществам этого способа можно отнести:

  • получение достоверного геологического разреза;
  • прифильтровая зона и фильтр не забивается глиняным раствором (как при бурении с промывкой) или разрушенной породой – достоверная характеристика водоносного пласта.

Вращательный шнековый

Используется при бурении в мягких и рыхлых породах до глубины 30-40 м. Шнековое бурение – основной способ бурения для создания неглубоких скважин на песок (фильтровых скважин, см. ниже), для бурения ям и отверстий (ямобур).

Ямобуры - в основном это навесное гидравлическое оборудование на базе экскаватора, крана манипулятора и прочей строительной техники. Используется для ускорения рабочего процесса, замещая ручной физический труд - рытье ям, посадку саженцев, установку столбов, сваи, опор и прочих конструкций, фиксирующихся в земле.

Как проводится бурение скважин?

Вертикальная выработка создается вращающейся «бурильной колонной». Так называют конструкцию из последовательно соединенных труб, в нижней части которой закреплено долото, турбо- или электробур — инструменты для разрушения горных пород.

Для удаления шлама, разбуренного грунта, в образующийся ствол закачивается глинистый раствор. При таком способе бурение ведется с промывкой.

При бурении шнековым способом разбуренная порода поднимается на поверхность по спирали (как у сверла).

Во время бурения скважин с продувкой, разбуренный грунт выдувается мощным потоком воздуха.

Для укрепления стенок выработки используются обсадные трубы.

Это самое общее представление о бурении скважин вращательным способом. С его помощью строится наибольшее число этих сооружений, предназначенных для промышленного, исследовательского или частного использования.

Основные типы скважин

Применительно к бурению не промышленного назначения, а для частного использования, инженерные сооружения можно разделить на несколько типов скважин.

Фильтровые скважины

Служат для добычи воды из неглубоко (10-60 м.) расположенных залежей песка.

Типовая конструкция скважины на песок

Фильтровая скважина (скважина на песок) – скважина построенная на неустойчивые водовмещающие породы, представленные разнозернистыми песками, иногда с включениями гравия, валунов, песчаников. Неотъемлемая часть скважины на песок - фильтровая водоприемная часть, проще говоря, фильтр. Чаще всего его изготавливают из перфорированной трубы с намотанной на нее нержавеющей или полимерной сетки.

Артезианские скважины (скважины на известняк)

Используют для извлечения пластовой жидкости из карбонатных отложений, известняка, которые, в частности, в Московской области находятся и на отметках, превышающих 200 м.

Пример классической конструкции скважины на известняк Пример сложной конструкции скважины, построенной на безнапорный известняк с перекрытием малообводненного известняка на отметке 30-40 м. Такая конструкция характерна для скважин расположенных в Каширском и Зарайском районе Московской области.

Скважины под геотермальное отопление

Фонд «частных» скважин сегодня не ограничивается только добывающим сооружением. При обустройстве системы обогрева популярно-обоснованным становится использование тепловых насосов. Данная технология позволяет использовать тепло земли для обогрева недвижимости, удаленной от центральных коммуникаций. Для нужд этих агрегатов бурятся вертикальные или наклонные выработки, которые заполняют рабочей средой и тем самым создают тепловой контур.

  1. Горизонтальный коллектор (расположен ниже глубины промерзания)
  2. Вертикальный зонд (установлен в скважину)
  3. Тепловой насос (передача тепла земли теплоносителю, циркулирующему в доме).

Горизонтально направленные скважины

Бурение таких скважин используют для прокладки коммуникаций без разработки траншей. Современные технологии позволяют контролировать траекторию бурения, задавать необходимое направление движения бура. Горизонтальное направленное бурение востребовано при проведении коммуникаций в густонаселенных районах, под путепроводами, мостами, дорогами, нефтепроводами и прочими капитальными сооружениями.

Направленное бурение идеально подходит для подключения к инженерным сетям в условиях плотной застройки.

Cкважины для исследования геологического строения и добычи полезных ископаемых

  • опорные, структурно-поисковые — для получения глобальной информации о геологическом строении региона;
  • разведочные, оценочные — бурение проводится с целью выявить расположение насыщенных залежей и определить их продуктивность;
  • добывающие и нагнетательные — извлекать запасы и проводить операции для увеличения объемов добычи — закачка воды, пара, газа.

Чем бурят скважины в Московской области?

Глубина залежей, свойства пород, которые предстоит пройти, определяют, какую технику использовать для бурения скважин. Для частного сектора наибольшее распространение получила установка на колесном шасси УРБ 2-А2, которая применяется при работах во всем «диапазоне отметок», даже если от поверхности залежь удалена больше чем на 200 м.

Буровые установки на колесных шасси (КАМАЗ, Урал) задействуют и при бурении на меньших глубинах, когда разрез представлен крепкими породами.

На глубинах до 100 м применяются малогабаритные и самоходные установки, который могут размещаться на автоприцепе — Бурагрегат Стронг, Партнер серии TS,ТМ, на гусеничной базе — Партнер серия SBU, Lutz Kurth, Бурагрегат СБУ.

При бурении скважин промышленного назначения в основном используются установки УРБ-3А3, 1БА-15В.

Компания «Водная Помощь» располагает широким парком буровой техники и способна решать задачи по автономному водоснабжению в сложных гидрогеологических условиях, на участках с ограниченным заездом, по всей территории Московской области и соседних областях. Оказывает весь комплекс работ по монтажу и обслуживанию сетей инженерно-технического обеспечения.

Голосов: 6

Комментарии

www.water-help.ru

Понятие о буровой скважине, классификация и назначение скважин

Поиск Лекций

Содержание

Введение. 2

1. Понятие о буровой скважине, классификация и назначение скважин. 3

2. Способы бурения скважин. 8

3. Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин. 11

Заключение………………………………………………………………………….31

Список литературы…………………………………………………………………33

Введение

А кто-нибудь задавался вопросом, кто такой инженер с теоретической точки зрения? Ответ на этот вопрос должен знать любой студент, собирающийся стать инженером, не зависимо от выбранной специальности, механик ли или буровик. Инженер (фр. ingénieur, от лат. ingenium - способность, изобретательность) - специалист с высшим техническим образованием, создатель информации об архитектуре материального средства достижения цели или способа изготовления этого средства (продукта) и осуществляющего руководство и контроль за изготовлением продукта. Деятельность инженера может включать: 1. постановку цели (задания), 2. разработку информации о продукте, 3. разработку информации о способах производства продукта (технологии), 4. руководство и контроль запроцессом производства продукта.

Однако кроме теоретического трактования слова «инженер», существует и творческое. Его автор увидел на табличке, висящей на стене одного технического ВУЗА России: «Инженер?!... этот открыто светящийся интеллект, этот свободный и необидный юмор, эта лёгкость и широта мысли, непринуждённость переключения из одной инженерной области в другую и вообще от техники - к обществу, к искусству. Затем - эту воспитанность, тонкость вкусов; хорошую речь, плавно согласованную и без сорных словечек; у одного - немножко музицирование; у другого - немножко живопись; и всегда у всех - духовная печать на лице…». Несомненно, инженер творческая профессия, обязанная внятно вкладывать свою мысль в головы сотрудников. Автор склонен считать, что оба описанных определения слова «инженер» верны, а читатели могут склониться к тому или иному мнению.

Понятие о буровой скважине, классификация и назначение скважин

Бурение - это процесс сооружения скважины путем разрушения горных пород. Скважиной называют горную выработку круглого сечения, сооружаемую без доступа в нее людей, у которой длина во много раз больше диаметра.

Верхняя часть скважины называется устьем, дно - забоем, боковая поверхность - стенкой, а пространство, ограниченное стенкой - стволом скважины. Длина скважины - это расстояние от устья до забоя по оси ствола, а глубина - проекция длины на вертикальную ось. Длина и глубина численно равны только для вертикальных скважин. Однако они не совпадают у наклонных и искривленных скважин.

Элементы конструкции скважин приведены на рис. 1. Начальный участок I скважин называют направлением. Поскольку устье скважины лежит в зоне легкоразмываемых пород его необходимо укреплять. В связи с этим направление выполняют следующим образом. Сначала бурят шурф - колодец до глубины залегания устойчивых горных пород (4...8 м). Затем в него устанавливают трубу необходимой длины и диаметра, а пространство между стенками шурфа и трубой заполняют бутовым камнем и заливают цементным раствором 2.

Рис. 1. Конструкция скважины:

- обсадные трубы; 2 - цементный камень; 3 - пласт; 4 - перфорация в обсадной трубе ицементном камне; I - направление; II - кондуктор; III - промежуточная колонна; IV - эксплуатационная колонна.

Нижерасположенные участки скважины - цилиндрические. Сразу за направлением бурится участок на глубину от 50 до 400 м диаметром до 900 мм. Этот участок скважины закрепляют обсадной трубой 1 (состоящей из свинченных стальных труб), которую называют кондуктором II.

Затрубное пространство кондуктора цементируют. С помощью кондуктора изолируют неустойчивые, мягкие и трещиноватые породы, осложняющие процесс бурения.

После установки кондуктора не всегда удается пробурить скважину до проектной глубины из-за прохождения новых осложняющих горизонтов или из-за необходимости перекрытия продуктивных пластов, которые не планируется эксплуатировать данной скважиной. В таких случаях устанавливают и цементируют еще одну колонну III, называемую промежуточной. Если продуктивный пласт, для разработки которого предназначена скважина, залегает очень глубоко, то количество промежуточных колонн может быть больше одной.

Последний участок IV скважины закрепляют эксплуатационной колонной. Она предназначена для подъема нефти и газа от забоя к устью скважины или для нагнетания воды (газа) в продуктивный пласт с целью поддержания давления в нем. Во избежание перетоков нефти и газа в вышележащие горизонты, а воды в продуктивные пласты пространство между стенкой эксплуатационной колонны и стенкой скважины заполняют цементным раствором.

Для извлечения из пластов нефти и газа применяют различные методы вскрытия и оборудования забоя скважины. В большинстве случаев в нижней части эксплуатационной колонны, находящейся в продуктивном пласте, простреливают (перфорируют) ряд отверстий 4 в стенке обсадных труб и цементной оболочке.

В устойчивых породах призабойную зону скважины оборудуют различными фильтрами и не цементируют или обсадную колонну опускают только до кровли продуктивного пласта, а его разбуривание и эксплуатацию производят без крепления ствола скважины.

Устье скважины в зависимости от ее назначения оборудуют арматурой (колонная головка, задвижки, крестовина и др.).

Классификация скважин:

Скважины можно классифицировать по назначению, профилю ствола и фильтра, степени совершенства и конструкции фильтра, количеству обсадных колонн, расположению на поверхности земли и т.д.

По назначению различают скважины:опорные, параметрические, структурно-поисковые, разведочные, нефтяные, газовые, геотермальные, артезианские, нагнетательные, наблюдательные, специальные.

По профилю ствола и фильтра скважины бывают: вертикальные, наклонные, направленно-ориентированные, горизонтальные.

По степени совершенства выделяют скважины: сверхсовершенные, совершенные, несовершенные по степени вскрытия продуктивных пластов, несовершенные по характеру вскрытия продуктивных пластов.

По конструкции фильтра скважины классифицируютна: незакрепленные, закрепленные эксплуатационной колонной, закрепленные вставным щелевым или сетчатым фильтром, закрепленные гравийно-песчаным фильтром. По количеству находящихся в скважине колонн выделяют скважины: одноколонные (только эксплуатационная колонна), многоколонные (двух-, трех-, п-колонные). По расположению на поверхности земли скважины различают: расположенные на суше, шельфовые, морские.

Назначение скважин:

При поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений бурят опорные, параметрические, структурные, поисково-разведочные, эксплуатационные, нагнетательные, наблюдательные и другие скважины. Опорные скважины закладываются в районах, не исследованных бурением, и служат для изучения состава и возраста слагающих их пород.

Параметрические скважины закладываются в относительно изученных районах с целью уточнения их геологического строения и перспектив нефте-газоносности. Структурные скважины бурятся для выявления перспективных площадей и их подготовки к поисково-разведочному бурению.

Поисковые скважины бурят с целью открытия новых промышленных залежей нефти и газа. Разведочные скважины бурятся на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью для изучения размеров и строения залежи, получения необходимых исходных данных для подсчета запасов нефти и газа, а также проектирования ее разработки.

Эксплуатационные скважины закладываются в соответствии со схемой разработки залежи и служат для получения нефти и газа из земных недр

Нагнетательные скважины используют при воздействии на эксплуатируемый пласт различных агентов (закачки воды, газа и т.д.).

Наблюдательные скважины бурят для контроля за разработкой залежей (изменением давления, положения водонефтяного и газонефтяного контактов и т.д.). Кроме того при поиске, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений бурят картировочные, сейсморазведочные, специальные и другие скважины.

Способы бурения скважин

По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее. Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются. Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.

Рис. 2. Классификация способов бурения скважин на нефть и газ

При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом 1, подвешенным на канате (рис. 3). Буровой инструмент включает также ударную штангу 2 и канатный замок 3. Он подвешивается на канате 4, который перекинут через блок 5, установленный на какой-либо мачте (условно не показана). Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок 6.

Рис. 3. Схема ударного бурения:

- долото; 2 - ударная штанга; 3 - канатный замок; 4 - канат; 5 - блок; 6 - буровой станок.

По мере углубления скважины канат удлиняют. Цилиндричность скважины обеспечивается поворотом долота во время работы.

Для очистки забоя от разрушенной породы буровой инструмент периодически извлекают из скважины, а в нее опускают желонку, похожую на длинное ведро с клапаном в дне. При погружении желонки в смесь из жидкости (пластовой или наливаемой сверху) и разбуренных частиц породы клапан открывается и желонка заполняется этой смесью. При подъеме желонки клапан закрывается и смесь извлекается наверх.

По завершении очистки забоя в скважину вновь опускается буровой инструмент и бурение продолжается.

Во избежание обрушения стенок скважины в нее спускают обсадную трубу, длину которой наращивают по мере углубления забоя.

В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин ударное бурение в нашей стране не применяют.

Нефтяные и газовые скважины сооружаются методом вращательного бурения. При данном способе породы дробятся не ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом. Турбобур - это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости. Электробур представляет собой электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности. Винтовой двигатель - это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.

По характеру разрушения горных пород на забое различают сплошное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонковоебурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечения керна - цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.

Рекомендуемые страницы:

poisk-ru.ru

Назначение буровых скважин и их классификация

Бурением называется способ проходки особых горных выработок – скважин, и шахтных (рудничных) стволов. Характерным для этого способа является проходка выработок без нахождения в них человека.

Буровая скважина – цилиндрическая горная выработка, проводимая при помощи технических средств в горных породах без доступа в нее человека, характеризующаяся большой величиной соотношения ее длины к диаметру. Начало скважины называется устьем, дно – забоем, внутренняя боковая поверхность – стенками, пространство, ограниченное стенками, устьем и забоем – стволом скважины. Диаметр скважины может составлять от 25 мм до 1 м и более в зависимости от назначения: специальные скважины, например шахтные стволы, могут достигать в диаметре 5–8 м. Глубина скважин – от не-скольких метров до 12 000 м и более.

Скважины могут буриться (проходиться) под любым углом к горизонту, т. е. вертикально, горизонтально, наклонно (вниз или вверх), по сложному пути (траектории), одним, двумя и более стволами (многозабойное бурение).

Скважина создается путем разрушения горных пород на забое и извлечения продуктов разрушения на поверхность. При обычном бурении разрушается вся масса породы (по всей площади забоя), при бурении с отбором керна (колонковое бурение) разрушается только кольцевое пространство у стенок скважины, а внутренний столбик породы (керн) извлекается в неразрушенном состоянии для изучения.

Полный цикл строительства скважины состоит из следующих основных элементов:

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

2) подготовительные работы к бурению скважин;

3) процесс бурения (углубления);

4) вскрытие полезного ископаемого, а при бурении на воду, нефть и газ – вскрытие и разобщение пластов (крепление и цементирование);

5) опробование полезного ископаемого, испытание скважины на приток нефти, газа или воды (освоение);

6) ликвидационные работы, или подготовительные работы к передаче в эксплуатацию, или консервация скважины – в зависимости от результатов испыта-ния;

7) демонтаж оборудования и вышки.

Процесс бурения состоит из следующих операций: а) спуско-подъемные работы (опускание бурильных труб с долотом в скважину до забоя и подъем бурильных труб с отработанным долотом из скважины) и б) работа долота на забое (разрушение породы долотом и удаление продуктов разрушения с забоя). Эти операции могут периодически прерываться для спуска обсадных труб в скважину (крепления ствола скважины), чтобы предохранить стенки скважины от обвалов и разобщить нефтеносные, газоносные и водоносные горизонты.

Одновременно в процессе бурения скважин выполняется ряд вспомогательных работ:

•  отбор керна и шлама,

•  приготовление промывочной жидкости (раствора),

•  геофизические исследования скважин (ГИС) (каротаж),

•  замер кривизны ствола скважины (инклинометрия),

•  исследование скважины с целью обнаружения полезного ископаемого, вызова притока воды, нефти или газа в скважину (опробование, освоение) и т. п.

В случае аварии или осложнения (поломка бурильных труб, прихват инструмента и т. д.) возникает необходимость в дополнительных (аварийных) работах.

В народном хозяйстве бурение скважин применяется для решения комплекса задач, связанных с изучением и использованием геологической среды как в инженерных, так и в научно-исследовательских целях, начиная от отбора проб грунта перед строительством любого современного здания или сооружения и кончая бурением глубоких скважин с поверхности морей и океанов или скважин для получения образцов лунных пород. Скважины бурятся с различными целями: для разведки и добычи полезных ископаемых, водоснабжения, в бальнеологических целях, для удаления жидких отходов в глубокозалегающие пласты горных пород, в промышленном и гражданском строительстве, в космических исследованиях, гляциологии и др.

Наибольший объем буровых работ приходится на горную промышленность, где бурение применяется как при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых (МПИ), так и при эксплуатации месторождений. Узнать о том, как быстро сделать визу в Испанию, вы узнаете на сайте visaexpress.ru

Бурение обходится дешевле и осуществляется быстрее, чем сооружение других видов подземных горных выработок, являющихся наиболее трудоемкими и затратными средствами разведки. Геофизические измерения в скважинах явля-ются эффективным методом изучения недр. В практике геологоразведочных работ эти средства комбинируются так, что горными выработками, проходка которых выполняется людьми, проверяются данные бурения, бурением проверяются результаты полевых геофизических исследований, осуществляемых с поверхности (которые с каждым годом играют все большую роль), а геофизические исследования в скважинах (каротаж), в свою очередь, восполняют и корректируют неполные или ошибочные данные разведочного бурения.

Геологоразведочные скважины как дистанционный метод изучения хотя и дают менее точные сведения о строении недр и полезном ископаемом по сравнению с другими видами горных выработок, в которых человек может находиться на забое, непосредственно в массиве горных пород, тем не менее широко применяются, т. к. бурение:

•   обеспечивает оперативность работ;

•   позволяет исследовать недра на глубинах, недоступных другим видам геологических исследований, с получением фактического материала – керна, шлама горных пород, образцов подземных флюидов, данных ГИС, выполненных непосредственно в недрах в интервале разреза от поверхности до забоя скважины, а также данных исследования недр между стволами удаленных друг от друга скважин (гидропрослушивание);

•   способствует меньшему расходу материальных средств на 1 м проходки и бóльшей безопасности работ по сравнению с проведением горных выработок с участием в подземных работах людей.

Последнее обстоятельство имеет особо важное значение в связи с тем, что приходится разведывать глубоко залегающие месторождения.

Удельный вес бурения в разведочных работах возрастает, техника бурения прогрессирует и усложняется. Для многих полезных ископаемых бурение – главное или даже единственное средство разведки, а для ряда ископаемых (вода, нефть, газ, каменная и калийная соль, фосфориты и др.) – средство извлечения полезного ископаемого на поверхность с минимальными затратами.

Геологоразведочные скважины бурят с целью получения образцов горных пород по всей глубине скважины или большей ее части, изучения геологического разреза и изучения состава и свойств пород. Проведение в скважине различных геофизических исследований с изучением физических и других свойств пород расширяет и уточняет представление о породах в околоствольном пространстве.

Без бурения не обходится разведка практически ни одного вида полезных ископаемых – как твердых, так жидких и газообразных. На различных стадиях геологоразведочных работ бурят буры различного назначения: картировочные, опорные, структурные, поисковые, разведочные и др.

Бурение при инженерно-геологических изысканиях широко применяется с целью исследования грунтов для строительства мостов, дорог, плотин, зданий, а также проверки надежности фундаментов и оснований существующих сооружений; в строительстве – при сооружении свайных оснований, противофильтрационных экранов, дренажей, прокладки трубопроводов, кабельных линий и т. д.

Как уже отмечалось выше, бурение охватывает ряд областей человеческой деятельности. Техническая сложность и большие объемы выполняемых работ выдвигают разведочное бурение на одно из первых мест по востребованности при проведении ГРР, а следовательно, и по потребности в квалифицированных инженерных кадрах. В то же время горный инженер, имеющий знания методов, техники и технологии проведения буровых работ, или опыт работы в разведочном бурении, сможет более эффективно реализовывать себя как специалист при решении ряда проблем при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.

КЛАССИФИКАЦИЯ  БУРОВЫХ  СКВАЖИН ПО  ЦЕЛЕВОМУ  НАЗНАЧЕНИЮ

По назначению буровые скважины делятся на две основные группы:

Группа А. Скважины, бурящиеся с целью изучения недр, поисков, разведки и добычи полезных ископаемых;

Группа Б. Скважины, бурящиеся с инженерно-геологическими, инженерными и горно-техническими целями.

1.2.1. Группа  А:  скважины,  бурящиеся

с  целью  изучения  недр,  поисков,  разведки

и  добычи  полезных  ископаемых

К скважинам, бурящимся с целью изучения недр, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых (МПИ), относятся:

А.а. Картировочные скважины – скважины, которые бурятся при проведении геологической съемки в районах, где основные породы, по которым ведется картирование, скрыты слоем наносов более поздних (осадочных) пород. Целью бурения является отбор образцов пород картируемых горизонтов (осадочных, метаморфических, магматических).

А.б. Зондировочные скважины – скважины, которые проходятся в верхних интервалах осадочных пород для решения геологических задач: локального геологического картирования, поисков (в основном геохимических) МПИ. Основной вид скважин при поисках и разведке донных отложений водоемов (сапропелей, лечебных грязей) и торфов. Разновидностью зондировочных являются сейсмовзрывные скважины. Как правило, бурятся без крепления ствола.

А.в. Опорные скважины – скважины, которые бурятся для изучения геологического строения и гидрогеологических условий крупных геоло-гических регионов на значительную глубину (5000 м и более) с целью определения перспективных направлений геологоразведочных работ.

А.г. Параметрические скважины – скважины, которые бурятся для выявления перспективных районов поисков МПИ и сбора информации о геолого-геофизических характеристиках горных пород (разреза горных пород) с целью уточнения результатов региональных геофизических (сейсмических) исследований.

А.д. Структурные скважины – скважины, которые бурятся для выявления и подготовки к поисковому и разведочному бурению перспективных площадей. Как правило, бурятся до маркирующих горизонтов, по которым строят структурные геологические карты.

А.е. Поисковые скважины – скважины, которые бурятся для открытия новых МПИ.

А.ж. Разведочные скважины – скважины, которые бурятся на площадях, где поисковыми работами установлено наличие МПИ. Целью бурения являются определение контуров месторождения, запасов полезного ископаемого, сбора исходных данных для проектирования и разработки МПИ.

К скважинам, бурящимся с целью добычи полезных ископаемых, а также ис-следований и контроля процесса добычи, относятся:

А.з. Оценочные скважины – скважины, которые бурятся по разведанной залежи МПИ с целью установления параметров разработки и обоснования рациональной разработки МПИ.

А.и. Эксплуатационные скважины – скважины, предназначенные для извлечения (подъема на поверхность) из недр газообразного, жидкого, растворенного, размытого или расплавленного полезного ископаемого (природный газ, нефть, вода, природные рассолы; рассолы, получаемые при подземном растворении солей, выщелачивании рудных компонентов; пульпы, получаемые при подземной гидродобыче размывом полезных ископаемых, например, фосфоритов, бокситов, получаемый при подземной выплавке серы расплав и т. д.).

А.к. Нагнетательные скважины – скважины, бурящиеся для воздействия на полезное ископаемое в залежи путем нагнетания жидких или газообразных агентов (вода, пар, газ и др.) с целью извлечения полезного ископаемого или его компонентов на поверхность.

А.л. Наблюдательные скважины – бурятся для систематического контроля состояния недр (гидрогеологической ситуации, сейсмической активности в зонах вулканизма или интенсивного техногенного воздействия, давления газа во взрывоопасных угольных пластах и др.) преимущественно в зоне разведки и разработки МПИ.

А.м. Специальные скважины – бурятся с исследовательскими целями и опытно-методическими задачами, в полном объеме не регламентируемыми существующими нормативными документами (сверхглубокое бурение, взрывные скважины для глубинного сейсмического зондирования, бурение скважин большого диаметра, в том числе шурфов и шахтных стволов при разведке и разведочно-эксплуатационных работах на МПИ и т. д.).

Приведенный перечень скважин группы А является общим для работ, проводимых с целью изучения недр, поисков, разведки и добычи полезных ископаемых. В практике ГРР и разработки МПИ в силу специфики горно-геологических и горнотехнических условий выполнения данных видов работ на различные полезные ископаемые существует разделение группы А на следующие подгруппы:

А.1. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи твердых рудных и нерудных полезных ископаемых, в том числе:

А.1.1. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи твердых полезных ископаемых, разрабатываемых открытыми и подземными горными работами со строительством горнодобывающих предприятий и выполнением в том числе комплекса буровых работ из состава группы Б и А.2.1.

А.1.2. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи твердых полезных ископаемых, разрабатываемых подземной гидродобычей: растворением минеральных солей (галита, сильвинита и др.), выщелачиванием компонентов рудных минералов (меди, никеля, урана и др.), размывом рыхлых залежей (фосфоритов, бокситов, песчано-гравийных смесей и др.) через скважины.

А.1.3. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи твердых полезных ископаемых, разрабатываемые подземной выплавкой (сера), газификацией (опытно-промысловые работы на угольных месторождениях).

А.1.4. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи твердых полезных ископаемых, разрабатываемых поверхностными горными работами (гидродобыча сапропеля, торфоразработки и т. п.).

А.2. Скважины для поисков, разведки и добычи подземных вод, в том числе:

А.2.1. Скважины для целей водоснабжения.

А.2.2. Скважины на минеральные воды.

А.2.3. Скважины на промышленные подземные воды и рассолы.

А.2.4. Скважины на термальные воды.

А.3. Скважины, бурящиеся с целью поисков, разведки и добычи нефти и газа.

1.2.2. Группа  Б:  скважины,  бурящиеся

с  инженерно-геологическими,  инженерными

и  горнотехническими  целями

К скважинам, буримым с инженерно-геологическими, инженерными и горнотехническими целями, относятся:

Б.1. Инженерно-геологические скважины – скважины, бурящиеся в процессе инженерно-геологических изысканий (рекогносцировки, съемки, разведки) с конечной задачей получения инженерно-геологических характеристик грунтов, данных о гидрогеологических условиях, физико-геологических процессах и экологической ситуации в сфере взаимодействия проектируемых зданий и сооружений с геологической средой. Инженерно-геологические изыскания могут выполняться также в зоне воздействия геологической среды (карст, оползни, суффозионные процессы, подтопление и т. д.) на эксплуатируемые здания и со-оружения.

Инженерно-геологические скважины подразделяются на:

Б.1.а. Зондировочные – предназначенные для предварительного изучения геологического разреза (установления границ между нескальными и скальными грунтами, границ распространения насыпных, заторфованных, промерзающих грунтов, уровня грунтовых вод и т. д.);

Б.1.б. Разведочные – предназначенные для детального изучения  геологического разреза и определения физико-механических свойств грунтов. Физико-механические свойства грунтов могут определяться также путем бурения разведочных зондировочных скважин (Б.1.б.1);

Б.1.в. Гидрогеологические – предназначенные для изучения геологического и гидрогеологического разрезов, определения фильтрационных свойств грунтов, состава грунтовых вод и их режима;

Б.1.г. Геоэкологические – для изучения геоэкологической ситуации на ее соответствие требованиям нормативных экологических документов, регламентирующих проектирование и эксплуатацию объектов гражданского и промышленного строительства;

Б.1.д. Специальные – предназначенные для выполнения опытных работ, связанных со спуском в них человека, отбором монолитов грунта большого размера, проведения специальных исследований.

Б.2. Инженерные скважины – скважины, бурящиеся в верхних интервалах пород (грунтах) с техническими целями строительства сооружений и коммуникаций (буронабивные свайные основания, горизонтальные скважины для бестраншейной прокладки трубопроводов и электролинии, мелкие взрывные скважины (шпуры) для строительства дорог и траншей, технические колодцы, локальные иглофильтровые и вакуумные дренажи и противофильтрационные экраны и т. п.).

Б.3. Горнотехнические скважины – скважины, бурящиеся в целях: Б.3.1 – строительства и эксплуатации горнодобывающих предприятий (шахт, карьеров и т.д.); Б.3.2 – строительства и эксплуатации промыслов (нефтяных, газовых и т. д.), Б.3.3 – строительства заглубленных подземных сооружений (туннелей, метрополитена, сооружений министерства обороны и гражданской обороны, плотин и водохранилищ в горных районах, нефтегазохранилищ, подземных хранилищ токсичных и радиоактивных отходов и др.).

По назначению горнотехнические скважины, бурящиеся при строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий (группа Б.3.1), могут быть:

Б.3.1.а. Горнопроходческие – для бурения (проходки) шахтных стволов, вертикальных, горизонтальных и наклонных горнопроходческих выработок комплексного назначения;

Б.3.1.б. Вспомогательные – к ним относятся скважины:

•   тампонажные (Б.3.1.б.1) – для изоляции водопритоков, установки противо-фильтрационных завес, усиления крепи выработок (путем закачки цемента и других твердеющих материалов);

•   замораживающие (Б.3.1.б.2) – выполняющие те же функции, что и тампонаж-ные скважины при промораживании обводненных пород;

•   дренажные (Б.3.1.б.3) – для откачки воды из проницаемых водоносных горизонтов на поверхность с целью понижения уровня воды (водопонижающие скважины) и, тем самым, ограничения притока воды и осушения МПИ в период строительства и эксплуатации; дренажные скважины, проходимые для дренажа горных пород в зоне добычи полезного ископаемого из горных выработок (восстающие дренажные скважины под забивные фильтры) и с поверхности (сквозные фильтры);

•  водо- породо- и лесоспускные (Б.3.1.б.4) – соответственно для спуска воды, породы, крепежных и других материалов на нижние горизонты;

•  водоотливные и водопоглощающие (Б.3.1.б.5) – соответственно, для откачки воды из горных выработок на поверхность, либо ее сброса в нижние поглощающие горизонты;

•  наблюдательные (режимные, пьезометрические, в том числе подземные) (Б.3.1.б.6) – для контроля уровня, химического состава, температуры подземных вод, давления газа в угольном пласте или породе;

•   вентиляционные (Б.3.1.б.7) – для обеспечения жизнедеятельности (дыхания) людей;

•   воздухопроводные и электрокабельные (Б.3.1.б.8) – для обеспечения функционирования механизмов и агрегатов (пневмо- и электропривод) освещения и др.;

•   нагнетательные (Б.3.1.б.9) – для увлажнения пластов, тушения подземных пожаров, закачки в подземные формации воды и промышленных стоков под давлением;

•   дегазационные (Б.3.1.б.10) – для дренажа подземных формаций, опасных по выбросам газа и породы;

•   заиловочные (Б.3.1.б.11) – для заполнения выработанных объемов пород балластным материалом.

Отдельные вспомогательные скважины могут выполнять различные из вышеперечисленных функций одновременно либо последовательно. Название скважины дается по основной из выполняемых функций. При усложнении горно-геологических условий возможно сооружение вспомогательных скважин комплексного целевого назначения либо скважин для выполнения функций, не охватываемых данным перечнем (например, при шахтной добыче вязких нефтей).

Б.3.1.в. Взрывные скважины – для размещения в них зарядов взрывчатых веществ с целью разрушения взрывом горных пород при проходке горных выработок, при строительстве сооружений и коммуникаций, при дроблении полезного ископаемого для его выемки из массива горных пород. Взрывные скважины диаметром менее 75 мм и глубиной менее 5 м называют шпурами. Шпуры в отдельных горно-геологических условиях могут использовать и для нагнетания воды в пласт.

Горнотехнические скважины, которые бурятся для выполнения вспомогательных функций при эксплуатации промыслов нефти и газа (группа Б.3.2), могут быть:

Б.3.2.а. Нагнетательные – для сброса в подземные формации промстоков и балластных технических вод (нагнетательные скважины, предназначенные для захоронения промстоков в глубокозалегающие проницаемые формации горных пород при относительно низких устьевых давлениях нагнетания, называют «поглощающими»);

Б.3.2.б. Специальные – дренажные, тампонажные, взрывные – для ликвидации поверхностных водогазонефтепроявлений («грифонов»), а также открытых фонтанов нефти и газа;

Б.3.2.в. Эксплуатационные – для закачки и отбора газа из подземных газохранилищ, размещенных в изолированных проницаемых горных формациях, для растворения (выщелачивания) подземных полостей и последующего складирования (закачки и отбора) в них нефтепродуктов, либо длительного складирования (захоронения) жидких токсичных отходов.

Горнотехнические скважины, которые бурятся при строительстве и эксплуатации заглубленных подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых (группа Б.3.3), также могут быть горнопроходческими, вспомогательными, взрывными. При этом в объемах бурения вспомогательных скважин преобладают дренажные и наблюдательные скважины, а отсутствуют дегазационные, заиловочные, породо- и лесоспускные и др., чье целевое назначение более тесно связано с функционированием горно-добывающего предприятия;

Б.4. Наблюдательные режимные скважины – для длительного (сезонного, многолетнего) систематического контроля уровней и химического состава грунтовых вод, гидрогеологической, экологической ситуации и состояния геологической среды в зоне техногенного воздействия (горно-обогатительные комбинаты, промышленные зоны, производства химических и токсичных продуктов). Сети режимных скважин широко используются на участках водозаборов, при мелиоративных работах, в зонах изменения состояния геологической среды (проседания пород, подтопления и т. д.).

1.2.3. Распределение  буровых  скважин

в  подгруппах

Скважины группы А А.а – А.г (картировочные, зондировочные, опорные, структурные) бурятся с преимущественной целью комплексного изучения недр и, затем, дифференцированной постановки поисковых и разведочных работ (подгруппы А.1 – А.3) на каждый из типов полезного ископаемого.

Состав поисково-разведочных работ в каждой подгруппе и целевое назначение скважин определяется объемом имеющейся по результатам предшествующего комплексного изучения недр геологической информации и технико-экономической целесообразностью.

Наиболее технически сложными и комплексными являются буровые работы, проводимые на нефть и газ (подгруппа А.3).

Буровые работы по пункту А.1.1 схемы, как правило, пред-шествуют, а работы по пункту Б.1, Б.3 и в ряде случаев А.2.1, Б.2 входят в комплекс мероприятий по строительству и эксплуатации горнодобывающего предприятия.

Скважины подраздела А.1.1 (пункты д, е, ж) проходятся до глубин, с которых потенциально возможна шахтная разработка полезного ископаемого. Интервалы горных пород могут быть опробованы (сверху вниз) шурфами, буровыми шахтными стволами с сопутствующими горными выработками, и на больших глубинах – по керну скважин.

Оценочно-опробовательские скважины, шурфы, буровые шахтные стволы (А.1.1, пункт ж) предназначены для отбора валовых проб, пробной эксплуатации, а в некоторых случаях для последующей промышленной эксплуатации полезного ископаемого.

В процессе строительства и эксплуатации горнодобывающего предприятия буровые шахтные стволы могут служить как для транспортировки грузов и персонала, прокладки коммуникаций, в т. ч. систем вентиляции, энергообеспечения, водоотлива и т. д., так и для подъема на поверхность добываемого полезного ископаемого. Однако в этом случае буровые горные выработки являются вспомогательным техническим элементом в системе капитальных и нека-питальных горных выработок, которыми осуществляется разработка полезного ископаемого.

Наблюдательные гидрогеологические скважины (А.1.1.л) служат для контроля гидрогеологической обстановки в зоне разведочных и оценочно-опробовательских работ. Данные гидрогеологических наблюдений используются при проектировании и последующей разработки МПИ.

Гидродобыча полезного ископаемого осуществляется в практике горных работ с глубин от нескольких десятков метров (гидроразмыв) до глубин 1200–1500 м (подземное растворение минеральных солей). Глубина разведочного и эксплуатационного бурения ограничивается соответственно этими интервалами глубин.

Специальные водозаборные скважины (А.1.2.м) являются вспомогательны-ми эксплуатационными гидрогеологическими скважинами, обеспечивающими технической водой процесс гидродобычи. Гидродобыча осуществляется через эксплуатационные скважины: нагнетательные и рассоло-(пульпо-)подъемные. Нагнетание воды и отбор рассола (пульпы) может осуществляться по много-трубной подвеске как одной эксплуатационной скважины, так и раздельно на-гнетанием воды через нагнетательные и отбором продукции через рассоло-(пульпо-)подъемные скважины.

При подземной выплавке серы (А.1.3.) эксплуатационные скважины выполняют функции подачи в залежь пара и отбора расплава серы (эрлифтом) одновременно. Специальные разгрузочные скважины (А.1.3.м) служат для удаления из залежи конденсата воды.

При разведке сапропелей, лечебных грязей, торфов зондировочное бурение является достаточным для реализации поисково-разведочных работ в полном объеме. При поверхностном (на глубинах 0–5 м) залегании общераспространенных полезных ископаемых (песок, глина, песчано-галечниковые смеси и т. д.) также возможно ограничиться зондировочным бурением. На глубинах более 5 м разведка общераспространенных полезных ископаемых осуществля-ется согласно А.1.1 либо согласно Б.1 в процессе инженерно-геологических изысканий.

Стадийность бурения гидрогеологических скважин (подгруппа А.2) в наибольшей степени определяется объемом имеющейся по результатам предшествующего комплексного изучения недр геологической информации и технико-экономической целесообразностью. Большое распространение в этой под-группе получили скважины комплексного назначения, например разведочно-эксплуатационные, а также перевод выполнивших поисково-разведочные функции скважин в наблюдательные (режимные). Наибольшие объемы бурения в подгруппе А.2 приходятся на эксплуатационные скважины для водо-снабжения.

www.bygeo.ru


Смотрите также