Technika a technológia vŕtania plynových vrtov umk. Technika a technológia vŕtania ropných a plynových vrtov. Geologické a fyzikálne charakteristiky poľa Tuimazinskoye

Zavgorodnyj Ivan Alexandrovič

Študent 2. ročníka, strojné oddelenie, špecializácia "Vŕtanie ropných a plynových vrtov" Astrakhan State Polytechnic College, Astrachaň

Email:

Marina Kuznecovová

učiteľ špeciálnych disciplín na Astrachánskej štátnej polytechnickej škole v Astrachane

Email:

Úvod. Od staroveku ľudstvo vyrábalo ropu, najskôr sa používali primitívne metódy: využívanie vrtov, zber ropy z hladiny nádrží, spracovanie vápenca alebo pieskovca nasiaknutého ropou. V roku 1859 sa v americkom štáte Pensylvánia objavuje mechanické vŕtanie vrtov na ropu, približne v rovnakom čase sa začalo vŕtanie vrtov v Rusku. V rokoch 1864 a 1866 boli na Kubani vyvŕtané prvé vrty s prietokom 190 ton / deň.

Na začiatku ropné vrty vŕtané ručnou tyčovo-rotačnou metódou, čoskoro sa prešlo na vŕtanie ručnou tyčovou príklepovou metódou. Metóda šokovej tyče sa rozšírila na ropných poliach Azerbajdžanu. Preniesť z manuálnym spôsobom mechanické vŕtanie studní viedlo k potrebe mechanizácie vrtných prác, veľký príspevok ktoré vyvinuli ruskí banskí inžinieri G.D. Romanovský a S.G. Voislav. V roku 1901 sa v Spojených štátoch po prvýkrát použilo rotačné vŕtanie s umývaním spodných otvorov s cirkulujúcim prietokom kvapaliny (pomocou vrtného kalu) a dvíhanie odrezkov cirkulujúcim prúdom vody vynašiel francúzsky inžinier Fauvelle už v r. 1848. Od tohto momentu sa začalo obdobie vývoja a zdokonaľovania metódy rotačného vŕtania. V roku 1902 bol v Rusku vyvŕtaný rotačnou metódou v oblasti Groznyj prvý vrt hlboký 345 m.

USA dnes zaujímajú popredné miesto v ropnom priemysle, ročne sa vyvŕtajú 2 milióny vrtov, z toho štvrtina je produktívna, zatiaľ čo Rusko je zatiaľ len druhé. V Rusku av zahraničí sa používajú: ručné vŕtanie (ťažba vody); mechanický; vŕtanie s riadeným vretenom (bezpečný systém vŕtania vyvinutý v Anglicku); výbušné technológie vŕtania; tepelný; fyzikálno-chemické, elektroiskrové a iné metódy. Okrem toho sa vyvíja mnoho nových technológií vŕtania studní, napríklad v USA vyvinul Colorado Mining Institute technológiu laserového vŕtania založenú na spaľovaní hornín.

Technológia vŕtania. Najbežnejšia je metóda mechanického vŕtania, vykonáva sa metódou príklepového, rotačného a príklepovo-rotačného vŕtania. Pri perkusnej metóde vŕtania dochádza k deštrukcii hornín v dôsledku úderov nástroja na rezanie hornín na dno studne. Deštrukcia hornín v dôsledku rotácie nástroja na rezanie hornín (dláta, vrtáku) pritlačeného na dno sa nazýva metóda rotačného vŕtania.

Pri vŕtaní ropných a plynových vrtov v Rusku sa používa výlučne rotačná metóda vŕtania. Pri použití metódy rotačného vŕtania sa vrt vŕta rotačným vrtákom, pričom vyvŕtané častice horniny počas procesu vŕtania sú vynášané na povrch nepretržite cirkulujúcim prúdom vrtnej kvapaliny alebo vzduchu alebo plynu vstrekovaného do vrtu. Podľa umiestnenia motora sa rotačné vŕtanie delí na rotačné vŕtanie a vŕtanie turbodrill. Pri rotačnom vŕtaní - rotátor (rotor) je umiestnený na povrchu, poháňa korunku v spodnej dierke pomocou reťazca vrtných rúrok, rýchlosť otáčania je 20-200 ot / min. Pri vŕtaní s vrtným motorom (turbovŕtačka, závitovka alebo elektrická vŕtačka) - krútiaci moment sa prenáša z vrtného motora inštalovaného nad vrtákom.

Proces vŕtania pozostáva z týchto hlavných operácií: spúšťanie vrtných rúr s hrotom do vrtu na dno a vyzdvihnutie vrtných rúr s použitým hrotom z vrtu a opracovanie hrotu na dne, to znamená zničenie vŕtania skala. Tieto operácie sa periodicky prerušujú, aby sa plášť vpustil do vrtu, aby sa zabránilo zrúteniu stien a aby sa oddelili ropné (plynové) a vodné horizonty. Súčasne sa v procese vŕtania studní vykonáva množstvo pomocných prác: jadrové jadro, príprava výplachovej kvapaliny (vrtné bahno), ťažba dreva, meranie zakrivenia, vývoj vrtu s cieľom vyvolať tok ropy (plynu) do studne a pod.

Na obrázku 1 je technologická schéma vrtnej súpravy.

Obrázok 1. Schéma vrtnej súpravy pre rotačné vŕtanie: 1 - drôtené vedenie; 2 - jazdný blok; 3 - veža; 4 - hák; 5 - vŕtacia hadica; 6 - vedúce potrubie; 7 - odkvapy; 8 - bahenné čerpadlo; 9 - motor čerpadla; 10 - potrubie čerpadla; 11 - prijímacia nádrž (kapacita); 12 - vŕtací spoj; 13 - vrtná rúrka; 14 - dolný hydromotor; 15 - dláto; 16 - rotor; 17 - navijak; 18 - motor navijaka a rotora; 19 - otočný

Vrtná súprava je komplex strojov a mechanizmov určených na vŕtanie a paženie studní. Proces vŕtania je sprevádzaný spúšťaním a zdvíhaním vrtnej kolóny, ako aj jej udržiavaním v závese. Na zníženie zaťaženia lana a zníženie výkonu motorov sa používa zdvíhacie zariadenie pozostávajúce z veže, ťahadla a pojazdového systému. Systém kladkostroja pozostáva z pevnej časti korunového bloku inštalovaného v hornej časti vrchlíka veže a pohyblivej časti pojazdového bloku, kladkostrojového lana, háku a spojok. Zdvíhací systém je navrhnutý tak, aby premieňal rotačný pohyb bubna navijaka na translačný pohyb háku. Vrtná veža je určená na zdvíhanie a spúšťanie vrtnej kolóny a pažnicových rúr do vrtu, ako aj na pridržiavanie vrtnej kolóny na závaží pri vŕtaní a na jej rovnomerné podávanie a umiestňovanie pojazdového systému, vrtných rúr a časti vrtu. vybavenie v ňom. Zdvíhacie operácie sa vykonávajú pomocou vŕtacieho navijaka. Ťažné zariadenie pozostáva zo základne, na ktorej sú upevnené a navzájom spojené hriadele navijaka ozubenými kolesami, všetky hriadele sú spojené s prevodovkou a prevodovka je zase spojená s motorom.

Vybavenie na povrchové vŕtanie zahŕňa prijímací mostík, určený na kladenie vrtných rúr a pozdĺž nej presúvanie zariadení, nástrojov, materiálov a náhradných dielov. Systém zariadení na čistenie vrtného kalu od odrezkov. A množstvo pomocných štruktúr.

Vŕtacia kolóna spája vrták (nástroj na rezanie skál) s povrchovým zariadením, t. j. vrtnou súpravou. Horná rúrka vo vrtnej kolóne je štvorcová, môže byť šesťhranná alebo drážkovaná. Olovená trubica prechádza otvorom rotorového stola. Rotor je umiestnený v strede ropnej plošiny. Horný koniec vodiacej rúrky je spojený s otočným čapom určeným na otáčanie vrtnej kolóny zavesenej na háku a prívod vrtnej kvapaliny cez ňu. Spodná časť obratlíka je spojená s kelly a môže sa otáčať s vŕtacou šnúrou. Horná časť obratlíka je vždy nehybná.

Uvažujme o technológii procesu vŕtania (obrázok 1). Na otvor pevnej časti obratlíka 19 je pripojená ohybná hadica 5, cez ktorú sa pomocou kalových čerpadiel 8 čerpá vrtná kvapalina do vrtu. Výplachová kvapalina prechádza po celej dĺžke vrtnej kolóny 13 a vstupuje do hydr. dolný motor 14, ktorý poháňa hriadeľ motora do rotácie a potom kvapalina vstupuje do korunky 15. Tekutina vychádzajúca z otvorov korunky omýva spodný otvor, zachytáva častice vyvŕtanej horniny a spolu s nimi cez prstencový priestor medzi stenami studne a vŕtacie rúry stúpa nahor a smeruje k saciemu otvoru čerpadla. Na povrchu sa vrtná kvapalina čistí z vyvŕtanej horniny pomocou špeciálneho zariadenia, po ktorej sa opäť privádza do studne.

Technologický proces vŕtanie do značnej miery závisí od vrtného kalu, ktorý sa v závislosti od geologických charakteristík poľa pripravuje na vodnej báze, na ropnej báze, s použitím plynného činidla alebo vzduchu.

Výkon. Z vyššie uvedeného je vidieť, že technológie správania sa procesov vŕtania sú rôzne, ale tú vhodnú pre dané podmienky (hĺbka vrtu, jeho hornina, tlaky a pod.) treba vyberať na základe geologických a klimatické podmienky. Pretože prevádzkové vlastnosti vrtu, konkrétne jeho prietok a produktivita, závisia od kvality vŕtania produktívneho horizontu v teréne.

Bibliografia:

1.Vadetsky Yu.V. Vŕtanie ropných a plynových vrtov: učebnica pre začiatok. Prednášal prof. vzdelanie. M .: Vydavateľské centrum "Akadémia", 2003. - 352 s. ISBN # 5-7695-1119-2.

2.Vadetsky Yu.V. Driller's Handbook: učebnica. manuál na začiatok. Prednášal prof. vzdelanie. M .: Vydavateľské centrum "Akadémia", 2008. - 416 s. ISBN # 978-5-7695-2836-1.

Vŕtanie, proces výstavby valcovej bane - studne, vrtu alebo šachty - ničením skál na dne. Vykonáva sa spravidla v zemskej kôre, menej často v umelých materiáloch (betón, asfalt atď.). V niektorých prípadoch proces zahŕňa opláštenie stien studní (zvyčajne hlbokých) cementovou kašou čerpanou do prstencovej medzery medzi rúrkami a stenami studní.

Oblasť vŕtania je mnohostranná: vyhľadávanie a prieskum nerastov; štúdium vlastností hornín; ťažba kvapalných, plynných a pevných (lúhovanie a tavenie) nerastov prostredníctvom ťažobných vrtov; trhacie práce; ťažba pevných nerastov; umelé spevnenie hornín (zmrazovanie, bitúmizácia, cementácia atď.); odvodnenie zaplavených ložísk nerastných surovín a mokradí; otváranie vkladov; kladenie podzemných inžinierskych sietí: výstavba pilótových základov atď.

Vrt prechádza cez skalný masív, aby sa dostal k požadovanému objektu - rudnému telesu, rope, plynu, vodonosnej vrstve atď. Studňa je teda umelý výkop v skalnom masíve. Zároveň existujú podobný účel, ale iná forma razenia - banské diela (bane, štôlne, otvorené jamy), od ktorých sa studňa výrazne líši v najmenšom objeme razenia v hĺbke prieniku. V tomto zmysle je najhospodárnejší a najrýchlejšie dosiahnuteľný predmet otvárania. V priereze má vrt tvar kruhu, keďže vŕtanie sa zvyčajne vykonáva otáčaním, pričom priemer kruhu je veľmi malý (75-300 mm) v porovnaní s dĺžkou vrtu s hĺbkou vŕtania stovky metrov a dokonca niekoľko kilometrov (9 km alebo viac). Pri vŕtaní prieskumných vrtov pre pevné nerasty je ich priemer zvyčajne 59 a 76 mm, pre ropu a plyn - 100-400 mm.

Vŕtanie sa vyvinulo a špecializuje na tri hlavné oblasti techniky: najhlbšie vrty (niekoľko km) sa vŕtajú na ropu a plyn, plytšie (stovky metrov) na vyhľadávanie a prieskum pevných nerastov, vrty a vrty s hĺbkou niekoľko metrov až desiatky metrov sa vŕtajú na umiestnenie výbušných náloží (hlavne v baníctve a stavebníctve).

Prieskumné aj ťažobné prvé vrty sú položené v predpokladaných najvyšších bodoch objavenej priaznivej stavby s cieľom s istotou odkryť ložisko nerastov. Na základe informácií získaných z prvých vrtov sa vyberie umiestnenie ďalších vrtov, ktoré stojí pred širšou úlohou - určiť veľkosť nádrže, efektívnu hrúbku produktívnych vrstiev, zmenu pozdĺž úderu ich pórovitosti. a priepustnosti, objasniť štrukturálnu mapu poľa (izohypsová mapa), získať údaje na určenie termodynamických parametrov produktívnych vrstiev a konštrukciu máp izobári a izoterm a v konečnom dôsledku - vypočítať alebo objasniť komerčné zásoby poľa a zdôvodniť alebo objasniť systém jeho rozvoja (vybudovať mapu rozvoja).

Zároveň je možné vŕtať studne v nádrži aj mimo nej.

Po výbere miesta vypracujú projekt pre túto studňu, ktorého hlavné časti sú:

Konštrukcia (pomer priemerov a dĺžok vrtu, jeho orientácia; intervaly chodu, priemery, hrúbky stien a triedy ocele pažnicových pásov; intervaly tmelenia; typ a konštrukcia filtra; iné potrebné prvky studne);

Technológia frézovania vrtov (typy a veľkosti nástrojov na rezanie hornín - vrtákov; režimy vŕtania - rýchlosť cirkulácie prostriedku čistiaceho dno a vrt od rezanej horniny, rýchlosť otáčania vrtákov, sila od vrtáku po spodný otvor, ktorý ničí; typu a fyzikálne vlastnosti prostriedok na čistenie studní; typ, pomer priemerov a dĺžok sekcií vrtnej kolóny; typ a veľkosť vrtného motora, ak sa používa);

Technológia otvárania produktívnych vrstiev (druh a fyzikálne vlastnosti výplachu pri vŕtaní vrtu vo filtračnej zóne; pomer tlakov vo vrte a nádrži; spôsob zabezpečenia vrtu vo filtračnej zóne a ďalšie technologické parametre a technické prostriedky);

Technológia paženia vrtu (spúšťanie a cementovanie povrchového plášťa, medziľahlých a výrobných pásov; prevedenie dna výrobnej kolóny a filtra; druh cementu, fyzikálne vlastnosti cementovej kaše v tekutom a stuhnutom stave, intenzita jej dopravy do medzikruží, spôsob cementovania strún a ich vybavenie ďalšími zariadeniami, dĺžka čakania na stuhnutie cementovej kaše, metóda skúšania kvality plášťa vrtu);

Technológia testovania vrtov ako predmet prevádzky (geometrické rozmery potrubnej kolóny; vybavenie ústia vrtu výrobnými ventilmi; režimy a trvanie výskumu produktivity vrtu);

Pozemné zdvíhacie a poháňacie zariadenia na vŕtanie vrtov (vrtná súprava; rotor na otáčanie vrtnej kolóny; zdvíhací systém a navijak na spúšťanie; motory na pohon navijaka a rotora; pomocné zariadenia a príslušenstvo);

Systém povrchovej cirkulácie na prípravu, reguláciu vlastností a čistenie preplachovacieho prostriedku (nádoba s miešadlami; blok na prípravu, váženie a reguláciu vlastností; čistiaci blok - vibračné sitá, hydrocyklóny, odstredivky);

Kalové čerpadlá (značka, priemery valcov, výkon, typ a výkon hnacích motorov).

Podľa zamýšľaného účelu sú vrty rozdelené do troch hlavných skupín: prieskumné, výrobné a technické.

1) Prieskumné vrty:

Mapovanie (štúdium podloží skrytých pod sedimentmi)<50м;

Prieskum (objavenie nových ložísk n / a);

Prieskum (na otvorených priestranstvách s cieľom načrtnúť ich a zhromaždiť potrebný materiál pre ďalší rozvoj);

Hydrogeologické

Seizmický prieskum (na položenie výbušniny)<50м;

Štrukturálne (na dôkladné štúdium štruktúr vyvŕtaných z vrtov a vypracovanie projektu prieskumných a prieskumných vrtov pre perspektívne štruktúry);

Parametrické (pre podrobnejšie štúdium geologického rezu);

Inžinierske a geologické;

Referencia (na štúdium geologickej časti veľkých regiónov).

2) Ťažobné vrty:

Ropa a plyn (preprava ropy a plynu z ložísk do

povrch);

Príjem vody;

Studne na podzemné splyňovanie uhlia;

Studne na ťažbu soľanky;

Geotechnologické vrty.

3) Technické studne:

Výbušné otvory;

Šachty jám a baní;

Podľa hĺbky a sklonu vŕtania:

• - vertikálne (os je blízko vertikálnej);
• - naklonená (os je naklonená od vertikály);
• - super hlboká (> 5000 m);
• - hlboké (1000-5000 m);
• - malý (

Celá štruktúra vedenia vrtov vrátane komplexu povrchového vŕtania, vŕtacích nástrojov a technologických metód práce.

Podľa povahy deštrukcie hornín sa používané metódy vŕtania delia na: mechanické - vŕtací nástroj priamo ovplyvňuje horninu, ničí ju, a nemechanické - ničenie nastáva bez priameho kontaktu s horninou zdroja nárazu na ňu ( tepelné, výbušné atď.). Mechanické metódy vŕtania sa ďalej delia na rotačné a príklepové (ako aj rotačno-príklepové a príklepovo-rotačné). Pri rotačnom vŕtaní dochádza k deštrukcii horniny v dôsledku rotácie nástroja pritlačeného na dno. V závislosti od pevnosti horniny počas rotačného vŕtania sa používa rezný typ vŕtacieho nástroja na deštrukciu horniny (vrták a vrták); diamantové vŕtacie nástroje; Broky, ktoré rozbíjajú skalu brokom (Shot Drilling). Metódy príklepového vŕtania sa delia na: príklepové vŕtanie alebo príklepovo-rotačné (vŕtanie s perforátormi vrátane ponorných, príklepovo-lanových, prísavných tyčí a pod., pri ktorých sa otáčanie nástroja vykonáva v momente medzi údermi nástroja do dno); rázovo-rotačné (ponorné pneumatické a hydraulické kladivá, ako aj vŕtanie s perforátormi s nezávislým otáčaním atď.), Pri ktorých sú údery aplikované na nepretržite sa otáčajúci nástroj; rotačný ráz, pri ktorom je vrtný nástroj na deštrukciu horniny pod vysokým axiálnym tlakom v neustálom kontakte s horninou a ničí ju rotačným pohybom po dne a periodicky na ňu aplikovanými údermi. Deštrukcia hornín dna sa vykonáva celoplošne (kontinuálne vŕtanie dna) alebo pozdĺž prstencového priestoru s ťažbou jadra (vrtanie jadra). Odstraňovanie produktov deštrukcie je periodické pomocou zlodeja a kontinuálne pomocou šnekov, krútených tyčí alebo dodávaním plynu, kvapaliny alebo roztoku do spodného otvoru (Hlinený roztok). Niekedy je vŕtanie rozdelené podľa typu vŕtacieho nástroja (šnek, tyč, diamant, valčekový kužeľ atď.); podľa typu vŕtacieho stroja (perforačná, pneumoperkusná, turbínová a pod.), podľa spôsobu vŕtania (šikmé, klastrové a pod.). Vŕtacie zariadenie pozostáva hlavne z vŕtacích strojov (vrtných súprav) a nástrojov na rezanie hornín. Z nemechanických metód sa rozšírilo tepelné vŕtanie na vŕtanie trhacích dier do hornín s obsahom kremeňa, pracuje sa na zavedení trhacích vrtov.

Vŕtanie ako výrobný proces pozostáva z niekoľkých po sebe idúcich operácií:

• 1. Preprava vrtnej súpravy na miesto vŕtania.
• 2. Inštalácia vrtnej súpravy.
• 3. Samotné vŕtanie (vŕtanie vrtu), ktoré zahŕňa:

a) čisté vŕtanie, t. j. priame zničenie horniny nástrojom na rezanie hornín na dne vrtu;

b) čistenie dna zničenej horniny a jej preprava z dna do ústia vrtu. Pri vŕtaní s preplachovaním alebo fúkaním, ako aj pri vŕtaní závitovkami je táto operácia kombinovaná s hlavnou - čisté vŕtanie;

c) spiatočné operácie sa vykonávajú s cieľom nahradiť opotrebované nástroje na rezanie hornín a zdvihnúť vzorky jadra (vzorky hornín).

4. Kotvenie stien vrtu v nestabilných horninách, t.j. schopné zrútenia (rozbité, voľne zviazané, uvoľnené, uvoľnené a pohyblivý piesok), čo možno vykonať dvoma spôsobmi:

a) upevnenie spustením pažníc do studne, čo si vyžaduje zastavenie vŕtania;

b) upevnenie výplachovými kvapalinami, zaistenie stien vrtu, vykonávané súčasne s vŕtaním.

• 5. Testovanie a výskum v studni (meranie zakrivenia, ťažba dreva atď.).
• 6. Upchávanie vrtov za účelom oddelenia a izolácie vodonosných vrstiev s rôznym chemickým zložením vody alebo za účelom izolácie vodonosnej vrstvy od ložiska ropy a plynu.
• 7. Osadenie filtra a vodného výťahu do hydrogeologického vrtu a vykonanie hydrogeologických štúdií (meranie hladiny vody v studni, odber vzoriek vody, určenie prietoku vrtu skúšobným čerpaním).
• 8. Prevencia a odstraňovanie nehôd v studni.
• 9. Odstránenie pažnicových rúr a opustenie studne po dokončení úlohy (zásyp).
• 10. Demontáž vrtnej súpravy a presun na nové miesto vŕtania

Uvedené vŕtacie operácie sú sekvenčné, t.j. môžu byť vykonávané postupne tým istým tímom.

Ak je potrebné vykonať niekoľko vrtov a ak sú k dispozícii rezervné vrtné súpravy na urýchlenie prieskumných prác, niektoré pracovné operácie môžu byť paralelné, to znamená, že ich vykonávajú dva alebo viac špecializovaných tímov. Takže napríklad vrtná čata vykonáva skutočné vŕtanie a plášť studne; montážne čaty sa zaoberajú iba prepravou, inštaláciou, demontážou vrtných súprav, likvidáciou studní; ťažobný tím sa zaoberá len ťažbou dreva atď.

Studňa je valcová baňa, ktorá pracuje bez ľudského prístupu a má priemer, ktorý je mnohonásobne menší ako jej dĺžka (obrázok 2.1).

Obrázok 2.1

Začiatok vrtu sa nazýva ústie vrtu 1, bočná valcová plocha - stena 2 alebo vrt, dno - dno 4. Vzdialenosť od ústia vrtu po dno vrtu pozdĺž osi vrtu určuje dĺžku vrtu. (obr. 1 c), a pozdĺž priemetu osi 4 na vertikálu - jej hĺbku (obr. 1 a, c).

Podľa priestorovej polohy vrtu sa rozlišujú zvislé (obr. 1 a, b) a šikmé (obr. 1 c) studne.

Vrty sa prehlbujú, ničia horninu po celej ploche čela (pevné dno) alebo pozdĺž jeho obvodovej časti (prstencové dno). V druhom prípade v strede vrtu zostáva skalný stĺp - jadro 5, ktoré sa pravidelne vyzdvihuje na povrch na priame štúdium. Priemer vrtu sa od ústia vrtu ku dnu spravidla stupňovito v určitých intervaloch zmenšuje. Počiatočný priemer ropných a plynových vrtov zvyčajne nepresahuje 900 mm a konečný priemer je zriedka menší ako 165 mm. Hĺbky ropných a plynových vrtov sa líšia v rozmedzí niekoľkých tisíc metrov.

Ropné a plynové vrty sa vŕtajú na súši a na mori pomocou vrtných súprav. V druhom prípade sú vrtné súpravy namontované na regáloch, plávajúcich vrtných plošinách alebo lodiach.

V ropnom a plynárenskom priemysle sa vrty vŕtajú na tieto účely:

Prevádzkové - na výrobu ropy, plynu a plynového kondenzátu.

Injektáž - na vstrekovanie vody (menej často vzduchu, plynu) do produktívnych horizontov s cieľom udržať tlak v nádrži a predĺžiť prietokovú periódu rozvoja poľa, zvýšiť prietok ťažobných vrtov vybavených čerpadlami a vzduchovými zdvihákmi.

Prieskum – identifikovať produktívne horizonty, vytýčiť, testovať a posúdiť ich priemyselnú hodnotu.

Špeciálne - referenčné, parametrické, vyhodnocovacie, kontrolné pre štúdium geologickej stavby málo známej oblasti, zisťovanie zmien zásobníkových vlastností produktívnych súvrství, sledovanie tlaku súvrstvia a čela styku ropa-voda, stupeň rozvoja jednotlivých úsekov. vzniku, tepelný vplyv na vznik, zabezpečenie spaľovania in situ, splyňovanie olejov, vypúšťanie odpadových vôd do hlboko uložených absorbčných vrstiev a pod.

Štrukturálna prospekcia - objasniť pozíciu perspektívnych ropných a plynárenských štruktúr podľa horných značkovacích (definujúcich) horizontov opakujúcich ich obrysy, podľa údajov vŕtania malých, lacnejších vrtov malého priemeru.

Ropné a plynové vrty sú drahé kapitálové štruktúry, ktoré slúžia už mnoho desaťročí. To sa dosiahne spojením nádrže s povrchom zeme v utesnenom, pevnom a odolnom kanáli. Vrtaný vrt však zatiaľ nepredstavuje takýto kanál, vzhľadom na nestabilitu hornín, prítomnosť vrstiev nasýtených rôznymi tekutinami (voda, ropa, plyn a ich zmesi), ktoré sú pod rôznym tlakom. Preto je potrebné pri výstavbe studne ukotviť jej vrt a oddeliť (izolovať) útvary obsahujúce rôzne tekutiny.

Vrt je opláštený vedením špeciálnych rúr nazývaných pažnicové rúry. Niekoľko pažnicových rúr zapojených do série tvorí pažnicový reťazec.Oceľové pažnicové rúrky sa používajú na paženie studní.

Vrstvy nasýtené rôznymi tekutinami sú oddelené nepriepustnými horninami - "pokrývkami". Pri vŕtaní studne dochádza k narušeniu týchto nepriepustných oddeľovacích krytov a spusteniu možnosti medzivrstvových priečnych tokov, samovoľnému vytekaniu formačných tekutín na povrch, podmáčaniu produkčných formácií, znečisteniu zdrojov vody a ovzdušia, korózii pažnicových pásov do vrtu. je vytvorený.

V procese vŕtania studne v nestabilných horninách sú možné intenzívne dutiny, suť, zosuvy pôdy atď. V niektorých prípadoch je ďalšie prehĺbenie vrtu nemožné bez predchádzajúceho upevnenia jeho stien.

Aby sa takéto javy vylúčili, je prstencový kanál (prstencový priestor) medzi stenou vrtu a do neho zaústeným puzdrom vyplnený upchávkovým (izolačným) materiálom. Sú to formulácie, ktoré obsahujú adstringentné, inertné a aktívne plnivá a chemické činidlá. Pripravujú sa vo forme roztokov (zvyčajne vody) a čerpajú sa do studne pomocou čerpadiel. Zo spojív sú najpoužívanejšie portlandské cementy z ropných vrtov. Preto sa proces oddeľovania vrstiev nazýva cementovanie.

V dôsledku vŕtania vrtu, jeho následného upevnenia a oddelenia vrstiev sa tak vytvorí stabilná podzemná štruktúra určitého dizajnu.

ÓÄÊ 622,24: 622,143 (075,8) ÁÁÊ 33,131

Ð å ö å í ç å í ò û:

Katedra ropného a plynárenského poľa Štátnej technologickej univerzity v Kubane; Dr. Tech. vedy prof. A.T. Košelev; d-y tehn. nauk pof. G.T. Vartumyan

Bulatov A.I., Proselkov Yu.M., Shamanov S.A.

B 90 Technika a technológia vŕtania ropných a plynových vrtov: Učebnica. pre univerzity. - M .: LLC "Nedra-Business Center", 2003. - 1007 s.: chorý.

ISBN 5-8365-0130-0

Zdôrazňuje sa problematika modernej technológie vŕtania ropných a plynových vrtov vrátane smerových a horizontálnych. Opísané sú vrtáky a vŕtacie hlavy, vrtné rúry, turbovrtáky, skrutkové vŕtačky a elektrické vŕtačky, ich prevádzkové podmienky a režimy vŕtania. Uvádza sa charakteristika a zloženie moderných kompletných vrtných súprav, funkčný účel a dizajn komponentových zariadení. Osobitná pozornosť sa venuje špeciálnemu zariadeniu na vŕtanie na mori. Sú uvedené základné informácie potrebné pre inžinierske výpočty. Zvažujú sa niektoré techniky technologických a technických výpočtov.

Pre študentov ropných a plynárenských univerzít a fakúlt.

PREDSLOV

„Technika a technológia vŕtania ropných a plynových vrtov“ je jednou zo špeciálnych disciplín, ktoré definujú profil inžiniera pre stroje a zariadenia pre ropné a plynové polia. Účelom výučby disciplíny je poskytnúť študentom poznatky o technológii vŕtania ropných a plynových vrtov a oboznámiť ich s technikou, ktorá zabezpečuje vykonávanie všetkých technologických procesov a operácií v podmienkach vŕtania. Tieto znalosti sú potrebné pre strojného inžiniera pri navrhovaní, inštalácii a prevádzke vrtných súprav, samostatných zariadení pre ne, prístrojov, zostáv a prípravkov, pri vykonávaní opravárenských prác.

Rozvoj ropného a plynárenského priemyslu predpokladá široké využitie vrtných operácií na účely prieskumu, prieskumu a rozvoja ropných a plynových polí. Vŕtanie ropných a plynových vrtov, ako odvetvie ropného a plynárenského priemyslu, sa musí neustále zlepšovať, najmä v súvislosti s nárastom objemu prác pri hĺbkových a superhĺbkových vrtoch, a to aj vo vodných oblastiach, ako aj s rastúca potreba vŕtania smerových a horizontálnych studní.

Program odboru „Technika a technológia vŕtania ropných a plynových vrtov“ zabezpečuje štúdium všetkých zložiek cyklu výstavby vrtov, počnúc pojmom vrt, ich klasifikáciou, návrhmi, použitými technickými prostriedkami a technologickými operáciami pri rozbíjaní hornín. a hĺbenie šachty a končiace procesmi otvárania a testovania produkčných horizontov, obaľovania vrtov a oddeľovania vrstiev výplňovými materiálmi, vývoj a testovanie vrtov. Okrem toho sa náležitá pozornosť venuje vrtným súpravám a ich vybaveniu. Osobitná pozornosť je venovaná špeciálnym vrtným súpravám určeným na vŕtanie studní vo vodných plochách.

Neexistujú žiadne učebnice, ktoré by plne spĺňali požiadavky programu disciplíny. K jednotlivým sekciám programu existuje náučná literatúra, no, žiaľ, mnohé jej materiály sú zastarané, keďže neboli aktualizované minimálne posledných 15 rokov.

Predkladaná kniha má vyplniť naznačené medzery v náučnej literatúre a predstaviť vzdelávací materiál o vŕtaní ropných a plynových vrtov v jeho modernom zmysle. Skladá sa z dvoch častí: prvá časť je venovaná technológii vŕtania ropných a plynových vrtov, druhá - zariadeniam na výstavbu týchto vrtov, vrtným nástrojom a podzemným zariadeniam. Samostatná kapitola je venovaná špeciálnym zariadeniam pre pobrežné vrty, ktoré sa úspešne rozvíjajú ako jedno z odvetví ropného a plynárenského priemyslu a v ktorých je možná špecializácia prípravy strojného inžiniera. Takáto lokalita

Štúdium školiaceho materiálu je logické, pretože technológia určuje požiadavky na vrtné zariadenia a nástroje na stavbu studní.

Strojný inžinier musí byť schopný vykonať výpočty požadované pri navrhovaní a prevádzke vŕtacieho zariadenia. Preto je učebnica dostatočne nasýtená najjednoduchšími výpočtovými metódami a referenčným materiálom.

Na konci knihy je uvedený zoznam hlavnej literatúry, ktorú autori použili. Táto literatúra sa odporúča aj na hlbšie štúdium technológie a techník vŕtania ropných a plynových vrtov.

Učebnica pokrýva všetky procesy a operácie vykonávané pri vŕtaní studní, a to aj v zložitých geologických podmienkach; obsahuje referenčné informácie potrebné pre technologické výpočty; opisuje vrtné súpravy, ich základné vrtné zariadenia, nástroje na rezanie hornín, vrtné rúry a plášťové rúry; sú uvedené technické charakteristiky zariadení a nástrojov potrebných na ich výber pre konkrétne podmienky výstavby studne. V tomto ohľade je učebnica univerzálna, a preto sa dá úspešne použiť vo vzdelávacom procese pri výcviku odborníkov iných špecialít v oblasti ropy a zemného plynu, ktorých učebné osnovy zabezpečujú štúdium disciplíny „Vŕtanie ropných a plynových vrtov“ .

Na úspešné štúdium materiálu odboru potrebujú študenti znalosti z matematiky, fyziky, chémie, hydromechaniky, termodynamiky, teoretickej a aplikovanej mechaniky, odolnosti materiálov a náuky o materiáloch, ako aj základy vedy o rope a plyne.

1 TECHNOLÓGIA VŔTANÍ ROPY A PLYNU

ČASŤ STUDNÍ

1 ZÁKLADY OBLASTI ROPY A PLYNU KAPITOLA GEOLÓGIE

Geologické informácie sú základom pre riešenie prakticky všetkých otázok projektovania výstavby studní a riadenia procesov vŕtania. Charakteristiky hornín a formačných kvapalín preniknutých vrtom do značnej miery určujú výber bitov, vrtného bahna, metódy otvárania produktívnych horizontov, opláštenie stien vrtu a oddeľovanie vrstiev. Pre vrtné práce na mori sú veľmi dôležité informácie o hydrometeorologických podmienkach, ako aj o charakteristikách morských hĺbok, morských vĺn, prílivu a odlivu, morských prúdov, vetra a ľadu.

1.1. ZLOŽENIE ZEMSKÉHO HREBENU

Geológia je veda o zložení, štruktúre a histórii Zeme. Predpokladá sa, že Zem pozostáva z niekoľkých rozlíšiteľných

šachty schránok: litosféra hrubá 50–70 km; plášť do hĺbky 2900 km; jadrá v hĺbkovom intervale 2900-6380 km. Nad litosférou je vodný obal - hydrosféra a nad - plynový obal - atmosféra. Litosféra je zložená z hornín, ktorých základom sú rôzne minerály – prírodné látky, približne homogénne v chemickom zložení a fyzikálnych vlastnostiach, vznikajúce v dôsledku fyzikálno-chemických procesov.

Klasifikácia hornín podľa pôvodu:

A. Magmatické (magmatické) - kryštalické horniny vznikajúce v dôsledku tuhnutia roztavenej hmoty (magmy).

B. Sedimentárne - horniny zložené z najmenších kúskov rôznych minerálov, často spolu stmelených, obsahujúce zvyšky živočíšnych a rastlinných organizmov. Spôsobom akumulácie v

zemská kôra rozlišuje mechanické sedimenty, horniny chemického a zmiešaného pôvodu.

Mechanické sedimenty sú výsledkom denudačných procesov deštrukcie a transportu magmatických hornín (balvany, okruhliaky, štrk) poháňané slnečným vetrom. Chemické horniny (a niektoré klasifikované ako sedimentárne horniny) vznikli chemickými reakciami a akumuláciou komplexných solí (kamenná soľ, anhydrid, sadra) na zemskom povrchu. Medzi zmiešané horniny patrí klastický materiál, organické a chemické látky (vápenec, krieda, íly, piesky, pieskovce).

C. Metamorfované horniny sú pretavené sedimentárne a vyvreté horniny v dôsledku ich ponorenia do roztavenej časti Zeme (kremence, mramory, bridlice, ruly).

1.2. GEOCHRONOLÓGIA HORNÍN

Na určenie historických a geologických zákonitostí akumulácie hornín a formovania Zeme ako planéty sa používa stratigrafická stupnica, na základe ktorej bola zostavená geochronologická tabuľka, ktorá odráža polohu v určitom slede podmienených období vznik zemskej kôry (tabuľka 1.1).

Ň a b b l a z a 1.1

Geochronologická tabuľka

1.3. SEDIMENTÁRNE HORNINY A FORMY ICH PODLOŽENIA

Hlavným znakom sedimentárnych hornín je ich vrstvenie, t.j. akumulácia vo forme viac-menej homogénnych vrstiev (vrstiev). Povrch ohraničujúci vrstvu zhora sa nazýva strecha a povrch ohraničujúci vrstvu zdola sa nazýva dno.

Vrch podkladovej vrstvy je súčasne spodkom nadložnej vrstvy a spodok nadložnej vrstvy je vrchom podkladovej vrstvy. Prvotne vzniknuté vrstvy ležali takmer vodorovne, no následnou deformáciou zemskej kôry sa forma podložia často menila na výrazne sklonenú až vertikálnu.

Nádrž je charakterizovaná hrúbkou a uhlom dopadu v danom bode v určitom smere (obr. 1.1). Rozlišujte medzi pravdivými (najkratšími

Ryža. 1.1. Šikmé vrstvy v tvare záhybov:

ÀÁ - horizontálna sila; АД - vertikálny výkon; АÑ - skutočná sila

Ryža. 1.2. Monoklína

Podľa spôsobu nárazu na horniny sa rozlišuje mechanické a nemechanické vŕtanie. Pri mechanickom vŕtaní vŕtací nástroj priamo pôsobí na horninu a ničí ju a pri nemechanickom vŕtaní dochádza k deštrukcii bez priameho kontaktu s horninou zdroja nárazu na ňu. Nemechanické metódy (hydraulické, tepelné, elektrofyzikálne) sú vo vývoji av súčasnosti sa nepoužívajú na vŕtanie ropných a plynových vrtov.

Mechanické metódy vŕtania sú rozdelené na príklepové a rotačné.

Pri nárazovom vŕtaní sa deštrukcia hornín vykonáva dlátom zaveseným na lane. Súčasťou vŕtacieho nástroja je aj príklepová tyč a lanový zámok. Je zavesený na lane, ktoré je prehodené cez blok namontovaný na stožiari (bežne nie je znázornený).

V súčasnosti sa u nás pri vŕtaní ropných a plynových vrtov príklepové vŕtanie nepoužíva.

Ropné a plynové vrty sú konštruované rotačným vŕtaním. Pri tejto metóde sa horniny nedrvia nárazmi, ale ničia sa rotujúcim vrtákom, ktorý je vystavený axiálnemu zaťaženiu. Krútiaci moment sa prenáša na korunku alebo z povrchu z rotátora (rotora) cez kolónu vŕtacej rúrky (rotačné vŕtanie) alebo z vrtného motora (turbodrill, elektrická vŕtačka, skrutkový motor) inštalovaného priamo nad korunkou.

Turbodrill je hydraulická turbína poháňaná do rotácie pomocou vrtnej kvapaliny vstrekovanej do studne. Elektrická vŕtačka je elektrický motor, chránený pred vniknutím kvapaliny, ktorý je napájaný káblom z povrchu. Skrutkový motor je typ hĺbkového hydraulického stroja, v ktorom sa skrutkový mechanizmus používa na premenu energie prúdu preplachovacej kvapaliny na mechanickú energiu rotačného pohybu.

Podľa povahy deštrukcie hornín v spodnom otvore sa rozlišuje nepretržité a jadrové vŕtanie. Pri nepretržitom vŕtaní sa deštrukcia hornín vykonáva po celej ploche dna. Jadrové vŕtanie zabezpečuje deštrukciu hornín iba pozdĺž prstenca, aby sa extrahovalo jadro - valcová vzorka hornín po celej dĺžke vrtu alebo po jej časti. Pomocou odberu vzoriek z jadra sa študujú vlastnosti, zloženie a štruktúra hornín, ako aj zloženie a vlastnosti tekutiny saturujúcej horninu.

Studňa je baňa s kruhovým prierezom, vŕtaná z povrchu zeme alebo z podzemia bez ľudského prístupu k dnu pod akýmkoľvek uhlom k horizontu, ktorej priemer je oveľa menší ako jej hĺbka. Studne sa vŕtajú pomocou špeciálneho vrtného zariadenia

Rozlišujte medzi vertikálnymi, horizontálnymi, odchýlenými studňami. Začiatok studne sa nazýva jej ústie, dno sa nazýva dno a vnútorný povrch sa nazýva steny. Priemery studní sa pohybujú od 25 mm do 3 m. Studne môžu mať bočné dráhy (BS), vrátane horizontálnych studní (BS).

Vrty sa rozlišujú podľa účelu: mapovacie, referenčné, konštrukčné, prieskumné, prieskumné, prevádzkové, geotechnologické a inžinierske (banské, vetracie, odvodňovacie, hrádzové, výbušné atď.).

Plynový vrt - vrt, ktorý je vŕtaný do plynonosného horizontu a slúži na extrakciu plynu a plynového kondenzátu.

Ropný vrt - vrt, ktorý je vŕtaný po ropno-ložný horizont alebo najčastejšie ropno-plynový a slúži len na ťažbu ropy. Studňu nemožno použiť na výrobu plynu - je to kvôli dizajnu samotnej studne, a čo je najdôležitejšie, špecifiká prípravy ropy na prepravu, plyn sa pred prepravou čistí a suší v súlade s SNiP, TU a inými regulačnými dokumentmi.