Поиск нефти и газа с помощью глубокого бурения

Бурение скважин применяют с целью оконтуривания залежей, а также определения глубины залегания и мощности нефтегазоносных пластов.

Наиболее распространенный способ исследования скважин - электрокаротаж. В этом случае в скважину после извлечения бурильных труб опускается на тросе прибор, позволяющий определять электрические свойства пород, пройденных скважиной. Результаты измерений представляются в виде электрокаротажных диаграмм. Расшифровывая их, определяют глубины залегания проницаемых пластов с высоким электросопротивлением, что свидетельствует о наличии в них нефти.

 

Вопрос 15. Запасы нефти и газа.По результатам бурения разведочных скважин проводится оценка возможностей промышленной добычи углеводородного сырья, определение размера залежи, коллекторские свойства пласта, возможность отдачи нефти и газа. Коэфф. нефтеотдачи и газоотдачи. Анализ всех этих факторов позволяет рассчитать запасы месторождений. Объём нефти и газа, хрянящийся в подземных вместилищах(пластах-коллекторах) называются запасами месторождения.Запасы у/в сырья подсчитываются по каждой залежи и по месторождению в целом при условиях, приведённым к стандартным. В нефти и конденсатах в тысячах тонн, в газе в миллионах м³.По степени изученности запасы Н и Г, имеющие промышленное значение подразделяются на разведанные-категории А, В, С₁ и предварительно оценённые С₂.Катег А- детальноизученные и точноподсчитанные на площади запасы, подтвержденные промышленными притоками Н и Г. Для данной категории должны быть хорошо известны параметры пласта(толщина, площадь, пористость, проницаемость и физ-хим свойства жидкостей и газов).

Катег В- это запасы, посчитанные по площади, промышленная нфтегазоносность доказана при бурении с благоприятными геолого-промысловыми показателями.(приближенно изучены параметры пласта и свойства Н иГ) Катег С₁-запасы, НГносность которых установлена на основании промышленных притоков Н и Г из отдельных скважин при благоприятных геолого-промысловых данных) Катег С₂- исп. для определения перспективности месторождения, для планирования геолого-разведочных работ или исследований скважины. По народно-хозяйственному значению выделяют следующие группы: Балансовые- это общее кол-во полезных ископаемых в залежи. Забалансовые - запасы. выработка которых на данном этапе нерентабельна( из-за малого количества, сложных условий эксплуатации, плохих качествах Н и Г, низких добывных возможностей скважины. Извлекаемые- это та часть балансовых запасов, кот. может быть отобрана из недр методами, соответствующими совр. уровню техники и технологии. Остаточные запасы-это запасы, оставшиеся в недрах после завершения разработки месторождения. Трудноизвлекаемые запасы(ТИЗ)- это запасы месторождений, отличающиеся неблагоприятными для извлечения геологическими условиями залегания нефти или газа и их физ. свойствами.

 

16. Условия залегания нефти, газа и воды в продуктивных пластах.Жидкости и газы находятся в пласте под давлением, называемым пластовым. Давление, существовавшее в пласте до начала разработки, называют начальным пластовым.Его величину ориентировочно принимают равной гидростатическому давлению, создаваемому столбом воды высотой, равной глубине залегания пласта. На самом деле из-за притока жидкости в пласт и отбора её, давления вышележащих пород, действия тектонических сил пластовое давление меньше гидростатического. Однако встречаются и обратные ситуации. пласты, в которых давление превышает гидростатическое, называют пластами с аномально высоким давлением. В зависимости от давления и температуры, а также её состава смесь углеводородов в пластовых условиях может находиться в различных состояниях: жидком, газообразном или двухфазном(газожидкостная смесь). как правило. в жидком состоянии смесь находится, когда в ней преобладают тяжёлые углеводороды. пластовое давление велико, а пластовая температура относительно мала. такие месторождения называются нефтяными.Условием газообразного состояния смеси углеводородов является преобладание в её составе метана. В чисто газовых месторождениях его более 90% (остальное – другие углеводородные газы, а также двуокись углерода, сероводород, азот и др.)При высоком давлении в пласте( вблизи критической точки на фазовой диаграмме) плотность газовой фазы приближается к плотности легких углеводородных жидкостей. В этих условиях в сжатом газе растворяются значительные количества углеводородной жидкости. такие месторождения назыв. газоконденстантыми.Значительно чаще в природе встречаются условия, при которых смесь у/в находится в пласте в двухфазном состоянии. Например, в газонефтяных месторождениях одновременно присутствуют большая газовая шапка и нефтяная оторочка.Нижние части продуктивных пластов подпираются пластовыми водами, называемыми подощвенными, объём которой в десятки и сотни раз больше нефтегазоконденсатной залежи. Кроме того, пластовые воды простираются на большие площади за пределы залежи. такие воды называются краевыми.Наконец, вода в виде тонких слоёв на стенках тончайших пор и субкапиллярных трещин удерживается за счёт адсорбционных сил и в нефтегазоконденсатной части пласта. Она осталась там со времени формирования залежей и её называют связанной или остаточной.

Вопрос 17. Источники пластовой энергии. Силы, действующие в продуктивном пласте.Всякая нефтяная и газовая залежь обладает потенциальной энергией, которая в процессе разработки залежи переходит в кинетическую и расходуется на вытеснение нефти и газа из пласта. Запас потенциальной энергии создается:1)напором краевых (контурных) вод 2)напором газовой шапки 3)энергией растворённого газа, выделяющегося из нефти при снижении давления 4)энергией, которой обладают сжатые нефть, вода и вмещающая их порода5)силой тяжести, действующей на жидкость.Краевые воды, действуя на поверхность водонефтяного контакта, создают давление в нефти и газе, заполняющие поры продуктивного пласта. Аналогичное действие оказывает газ, находящийся в газовой шапке, но действует он через поверхность газонефтяного контакта. Растворённый газ, выделившийся из нефти после снижения давления, способствует его сохранению в дальнейшем на некотором уровне. Всякое уменьшение количества нефти в пласте приводит к тому, что этот объём занимают пузырьки газа, и поэтому нефть находится под действием практически неизменного давления. Его снижение начнётся, когда выделение газа из растворенного состояния не будет успевать за отбором нефти. Действие упругих сил нефти, воды и вмещающей их породы проявляется в следующем. По мере отбора нефти и газа, происходит некоторое снижение пластового давления, в результате чего пластовые флюиды и порода разжимаются, замедляя темп его падения. Сила тяжести обеспечивает сток нефти из повышенных частей пласта в пониженные, где расположены забои скважин.

Вопрос 18. Естественные режимы работы нефтяных и газовых залежей.В зависимости от источника пластовой энергии, обуславливающего перемещение нефти по пласту к скважинам, различают пять основных режимов работы залежей: жестководонапорный, упруговодонапорный, газонапорный, растворенного газа и гравитационный.При жестководонапорном режиме источником энергии является напор краевых вод. Её запасы постоянно пополняются за счёт атмосферных осадков и источников поверхностных водоёмов. Отличительной особенностью жестководонапорного режима является то, что поступающая в пласт вода полностью замещает отбираемую нефть. Контур нефтеносности при этом непрерывно перемещается и сокращается.Эксплуатация нефтяных скважин прекращается, когда краевые воды достигают забоя тех из них, которые находятся в наиболее высоких частях пласта, и вместо нефти начинает добываться вода.При жестководонапорном режиме работы нефтяной залежи обеспечивается самый высокий коэффициент нефтеотдачи пластов, равный 0,5…0,8.При жестководонапорном режиме давление в пласте настолько велико, что скважины фонтанируют. Но отбор нефти и газа не следует производить слишком быстро, поскольку иначе темп притока воды будет отставать от темпа отбора нефти и давление в пласте будет падать, фонтанирование прекратится. При упруговодонапорном режимеосновным источником пластовой энергии служат упругие силы воды, нефти и самих пород, сжатых в недрах под действием горного давления. при данном режиме по мере извлечения нефти давление в пласте постепенно снижается. соответственно уменьшается и дебит скважин. Отличительной особенностью упруговодонапорного режима является то, что водоносная часть пласта значительно больше нефтеносной. Хотя расширение породы и жидкости при уменьшении давления в пласте, отнесённое к единице объёма, незначительно, при огромных объёмах залежи и питающей её водонапорной системы таким образом можно извлечь до 15% нефти от промышленных запасов.Коэффициент нефтеотдачи при упруговодонапорном режиме также может достигать 0,8.При газонапорном режиме источником энергии дял вытеснения нефти является давление газа, сжатого в газово шапке. чем её размер больше, тем дольше снижается давление в ней. в месторождениях, работающих в газонапорном режиме, процесс вытеснения нефти расширяющимся газом обычно сопровождается гравитационными эффектами. Газ, выделяющийся из нефти, мигрирует вверх, пополняя газовую шапку и оттесняя нефть в пониженную часть залежи. по мере понижения уровня газонефтяного контакта происходит прорыв газа к нефтяным скважинам, находящимся ближе к контуру газоносности и их эксплуатация прекращается, т.к. в противном случае расходование энергии расширения газа газовой шапки будет нерациональным. Коэффициент нефтеотдачи пласта 0,4…0,6.При режиме растворенного газа основным источником пластовой энергии является давление газа. растворенного в нефти. По мере понижения пластового давления газ из растворённого состояния переходит в свободное. Расширяясь пузырьки газща выталкивают нефть к забоям скважин.Коэффициент нефтеотдачи при режиме растворенного газа самый низкий и составляет 0,15…0,3ю

Гравитационный режимимеет место в тех случаях, когда давление в нефтяном пласте снизилось до атмосферного, а имеющаяся в нём нефть не содержит растворённого газа. При этом режиме нефть стекает в скважину под действием силы тяжетси, а оттуда она откачивается механизированным способом. Если в залежи нефти одновременно действуют различные движущие силы, то такой режим её работы называется смешанным.При разработке газовых месторождений гравитационный режим и режим растворенного газа отсутствует.

 

ВОПРОС 19. Понятие о скважине. Конструкция 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: 1 - 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.). При поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений бурят опорные, параметрические, структурные, поисковые 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 нефтегазоносности. 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.

Вопрос 20. Виды скважин по назначению.При поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений бурят опорные, параметрические, структурные, поисковые разведочные, эксплуатационные, нагнетательные, наблюдательные и другие скважины. Опорные скважины закладываются в районах, не исследованных бурением, и служат для изучения состава и возраста слагающих пород.

Параметрические скважины закладываются в относительно изученных районах с целью уточнения их геологического строения и перспектив нефтегазоносности.

Структурныескважины 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 подсчёта запасов нефти и газа, а также проектирования её разработки.

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

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

Наблюдательныескважины бурят для контроля за разработкой залежи(изменения давления, положения водонефтяного и газонефтяного контактов и т.д.)

 

21. Классификация способов бурения. По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на неё.

Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический) находятся в разработке и для бурения нефт. и газ. и месторождений не применяются.

Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.

При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом, подвешенным на канате. Буровой инструмент включает также ударную штангу и канатный замок. Возвратно поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок. В настоящее время ударное бурение скважин а нашей стране не применяется.

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, установленного непосредственно над долотом.

 

22. Буровые установки.-это комплекс наземного оборудования, необходимый для выполнения операций по проводке скважины. В состав буровой установки входят:

-буровая вышка

-оборудование для механизации спуско- подъёмных операций

-наземное оборудование

-силовой привод

-циркуляционная система бурового раствора

-привышечные сооружения

Буровая вышка– сооружение над скважиной для спуска и подъёма бурового инструмента, забойных двигателей, бурильных и обсадных труб, размещения бурильных свечей после подъёма их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и атмосферных осадков. Различают два типа вышек: башенные и мачтовые. Изготавливаются из труб или прокатной стали.

Оборудование для механизации спуско-подъемных операций включает талевую систему и лебёдку. Талевая система является полиспастом (системой блоков), который в буровой установке предназначен в основном, для уменьшения натяжения талевого каната, а также для снижения скорости движения бурильного инструмента, обсадных и бурильных труб.

Буровая лебёдка предназначен для:

1)Спуска и подъёма бурильных и обсадных труб

2)держания на весу бурильного инструмента

3Подтаскивания различных грузов, подъема оборудования и вышек в процессе монтажа установок и т.п.

Наземное оборудованиевключает вертлюг, буровые насосы, напорный рукав и ротор. Вертлюг – механизм, соединяющий не вращающиеся талевую систему и буровой крюк с вращающимися бурильными трубами, а также обеспечивающий ввод в них промывочной жидкости под давлением. Буровые насосы служат для нагнетания бурового раствора в скважину. Напорный рукав (буровой шланг) предназначен для подачи промывочной жидкости под давлением от неподвижного стояка к перемещающемуся вертлюгу. Ротор передаёт вращательное движение бурильному инструменту, поддерживает на весу колонну бурильных или обсадных труб и воспринимает реактивный крутящий момент колонны, создаваемый забойным двигателем.

 

 

Силовой привод обеспечивает функционирование всей буровой установки- он снабжает энергией лебёдку, буровые насосы и ротор.

Циркуляционная система бурового раствораслужит для сбора и очистки отработанного бурового раствора, приготовления новых порций и закачки очищенного раствора в скважину.

 

23. Буров́ое обор́удование — комплекс машиностроительной продукции, которая используется при бурении скважин. Обычно термин относят к бурению нефтегазовых скважин.

Комплекс включает в себя сооружения, машины, и прочее вспомогательное оборудование, монтируемое на точке бурения и обеспечивающее с самостоятельное выполнение технологических операций. Наиболее крупные участники российского рынка бурового оборудования входят в Союз производителей нефтегазового оборудования.

КлассификацияОборудование подразделяется на следующие категории.

Буровые установки 1)Агрегаты и установки для геолого-разведочного бурения. 2)Агрегаты для ремонта и бурения скважин. 3)Металлоконструкции буровых установок.

Основное технологическое оборудование 1)Средства механизации 2)Силовые агрегаты 3)Циркуляционные системы и оборудование 4)Вспомогательное механическое оборудование 5)Системы автоматизации, контроля и управления 6)Электрооборудование 7)Пневмооборудование 8)Системы жизнеобеспечения и безопасности 9)Противовыбросовое оборудование 10)Цементировочное оборудование

Морские платформы и оборудование . Дополнительное оборудование

1)Ведущие, обсадные и бурильные трубы 2)Переводники и элементы КНБК 3)Забойные двигатели 4)Буровые долота 5)Аварийный инструмент 6)Прочий буровой инструмент