Обычные методы бурения СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
Технические проблемы при обычном глубинном бурении достаточно сложны. Проходка известной или неизвестной последовательности пластов пород колонной бурильных труб должна производиться с помощью хорошо отлаженной системы бурения, в которой нагрузки достигают нескольких сотен тысяч килограммов на крюке, а мощности насосов для спуско-подъемных операций - нескольких - тысяч лошадиных сил.
Обычное бурение предусматривает: создание уравновешивающего давления и вынос разбуренного грунта с помощью бурового раствора; передачу мощности и подачу жидкости с помощью колонн бурильных труб; поддержание скважины открытой при различных давлениях с помощью колонны обсадных труб и, наконец, каротаж и завершение скважин, включая их цементирование и перфорирование, при самых различных давлениях, температурах, химических и механических условиях.
Большинство из 30 тыс. скважин, которые ежегодно бурятся в США, имеют сходные характеристики. Это касается диаметра и глубины, времени бурения и стоимости. Поэтому основные узлы, используемые при бурении, могут быть стандартными. Почти все скважины при обычном бурении проходятся в осадочных породах. Однако из-за различных условий (давления, прочности породы, пористости и т. д.) требуется крепление скважин обсадными трубами с различной прочностью. Кроме того, диаметры колонн обсадных труб уменьшаются С глубиной, так что эти колонны должны состоять из точно подобранных по размеру обсадных труб. В результате скважины при бурении получаются конусообразными, и в случае сложной обсадки возможно значительное снижение их диаметра. Если же диаметр на устье скважины недостаточно велик, то это может ограничить ее конечную глубину.
Проектирование скважин становится важной частью всего процесса бурения. Оно прежде всего основано на ранее накопленном опыте. Использование известных расчетных данных и отработанных программ расчета на ЭВМ, как, например, программы расчета оптимального бурения "Амоко", позволяет получать весь набор параметров для бурения и значительно экономит время и средства. В ходе бурения следует проводить расчеты стоимости 1 ч работ и 1 погонного метра проходки ствола скважины и проверять выполнение плана работ и отклонения от графика путем сопоставления с предварительно полученными данными. Программы расчета на ЭВМ и опыт, на основании которого они составлены, должны определять скорости продвижения, колонны труб и давления, которые будут действовать на обсадку и стенки скважины.
Основным методом бурения является роторное бурение, для которого требуется дополнительный бурильный инструмент (головка) на конце вращающейся колонны бурильных труб. Эту головку необходимо периодически менять, для чего приходится извлекать и вновь оїіускать всю колонну бурильных труб. При больших глубинах на извлечение, замену буровой головки и на спуск бурильных труб тратится значительное время. Например, при глубине 3000 м этот процесс занимает 10 ч, а при глубине 9Ю0 м - 24 ч. По существу это время является непродуктивным.
Для снижения затрат (времени и средств), связанных с заменой Буровой головки, были разработаны методы, позволяющие сократить число этих операций или вообще избавиться от них. Были проведены исследования материалов и конструкций головки, а также методов смены головки через бурильную трубу. Другой вариант заключается во вращении буровой головки под давлением бурового раствора на конце неподвижной колонны бурильных труб. Однако эти предложения не нашли в США значительного применения, особенно по сравнению с надежным стандартным методом роторного бурения, при котором используются алмазные или изготовленные из твердых сплавов буровые головки.
В 1971 г. в мире было добыто такое количество газа и нефти, которое обеспечило выработку ~168-1Q15 Дж энергии, из них 56 -1015 Дж для экономики США. Нефть и газ обеспечили покрытие ы 3/4 общих потребностей США в энергии. Остальная часть была получена за счет угля, атомных и гидроэлектростанций.
Большая часть нефти и газа получена с глубин 3-6 км, однако ведутся эксперименты, поисковые работы и на глубинах более 6 км. Пробурено несколько скважин глубиной более 9 км. Причем эти опыты проводятся без каких-либо значительных изменений методов бурения. Следует тем не менее отметить, что самое глубокое бурение было выполнено в сравнительно благоприятных геологических условиях - в осадочных образованиях (долина Амадарко, шт. Оклахома).
С технической точки зрения, бурение в породах вулканического происхождения является более легким, чем в осадочных породах,
Поскольку требования к обсадке, буровому раствору (для противодействия пластовому давлению) менее жестки, хотя скорости бурения значительно ниже. Однако нефть и газ редко находят в вулканических породах, и бурение в этих формациях обычно производится при поисках месторождений минеральных ископаемых.
К моменту написания данной книги бурение геотермальных скважин на глубины более 3 км не проводилось. При пневматическом бурении имеет место сильный износ бурильного оборудования, а температура более 315°С представляет непреодолимые трудности при каротаже, цементировании и завершении скважин. Столь высокие температуры очень редко встречаются при бурении в осадочных породах, но при бурении геотермальных скважин они становятся обычными. Причем, геотермические градиенты в районах, где проводится бурение, весьма различны. Геотермальное бурение ограничено районами с высокими или очень высокими градиентами температуры, что находит отражение в числе скважин: до 1973 г. в мире было пробурено 3000 геотермальных скважин и несколько миллионов нефтяных и газовых скважин (по 100 000 скважин в год бурилось только в течение последних 20 лет).
