Skip links
Содержание

Буровое дело

Под термином буровое дело понимается совокупность комплексных технологических систем, составляющих процесс бурения скважины. Этимологически термин бурение связан с немецким словом Bohren – скважина, отверстие.

Понятие технологический процесс бурения скважины.

Понятие технологический процесс бурения скважины в смысловом значении употребляется двояко. С одной стороны, технологическим процессом бурения скважины (для краткости – бурением скважины) в широком смысле называют сооружение скважины, включающее в себя целый комплекс частных технологических процессов, в том числе углубку (углубление) скважины, т. е. перемещение забоя скважины в разбуриваемом массиве. С другой стороны, в узком смысле – собственно углубку как процесс перемещения забоя, то есть увеличение линейного размера  скважины.

В настоящей работе авторы сочли необходимым сохранить эту принятую в литературе неоднозначность понятия бурение скважины. Установить, в каком именно смысле употреблен этот термин в том или ином разделе можно по смыслу текста. Так, под механической скоростью бурения скважины следует понимать скорость углубки скважины, а под бурением скважин на нефть и газ – сооружение скважин на эти виды полезного ископаемого.

Понятие буровая скважина.

Буровая скважина – это инженерное сооружение, представляющее собой искусственную выработку (полость), создаваемую тем или иным буровым способом, конечный линейный размер которой (длина ствола скважины) существенно превосходит поперечный размер (условно называемый диаметром скважины).

Буровой способ сооружения выработок характеризуется отсутствием человека на дне (забое) выработки. Буровые способы изготовления выработок, обычно называемых отверстиями, линейные размеры которых соизмеримы с поперечными либо их отличие не столь существенно, и применяемые, как правило, при обработке металлов, сплавов, камней, древесных материалов, пластмасс, композитов, а также в медицине, дендрологии, в процессе проведения монтажных и ряда других работ, либо называются бурением, либо имеют собственные наименования, например: сверление, долбление, протягивание, пробивание, прожигание и т. д. Получаемые при этом буровые отверстия к буровым скважинам не относят даже в тех случаях, когда название используемого инструмента (машины) является однокоренным словом по отношению к слову бурение (стоматологические бормашины и боры, плотницкий бурав, дендрологический возрастной бурав). Кроме того, разработаны буровые способы проходки траншей и некоторых подземных горных выработок, также не являющихся буровыми скважинами.

Понятие длина ствола скважины.

Следует остановиться на термине длина ствола скважины. Авторы сочли необходимым использовать, и этот термин, несмотря на то, что расстояние между устьем скважины и забоем, измеряемое вдоль ее оси, в бурении часто принято называть глубиной скважины. Это объясняется тем, что под глубиной, как правило, понимают расстояние, измеряемое вдоль вертикали (например, глубина погружения забоя скважины под уровень жидкости, глубина залегания пласта полезного ископаемого и так далее), а под длиной – расстояние вдоль оси (например, длина колонны обсадных труб, длина бурильной колонны и т. д.). Лишь для нисходящей вертикальной прямолинейной скважины понятие глубина и понятие длина ствола совпадают. Разграничение этих понятий, на наш взгляд, во многих случаях необходимо и использовано в книге. Лишь для краткости изложения термин глубина скважины сохранен в описании технических характеристик буровых установок и некоторых других случаях, где означает конечную длину ствола прямолинейной скважины.

Цилиндрическая выработка.

В определении буровой скважины нами исключен термин цилиндрическая выработка, приводимый практически во всех учебниках, справочниках, стандартах и т. д. Это связано с неверным произвольным применением строгих математических понятий цилиндр, цилиндрическая поверхность ко всем буровым скважинам. Большинство буровых скважин (если не все) в той или иной степени искривлены, т. е. не являются прямолинейными. Называть боковую поверхность таких скважин цилиндрической ошибочно. Цилиндрическую поверхность образует прямая (образующая), перемещающаяся параллельно неподвижной прямой и пересекающая в любом своем положении некоторую линию (направляющую).  Идеализированная буровая скважина, как несуществующая модель реальной скважины – идеально прямолинейная, круглого поперечного сечения, – имеет форму кругового цилиндра либо нескольких круговых цилиндров, имеющих разные диаметры и совмещенных основаниями.

Следует отметить, что буровая скважина некруглого поперечного сечения (что может наблюдаться в скважинах, имеющих, например, желоба, каверны и так далее) имеет диаметр лишь условно – как некоторое среднее значение, часто переменное по длине ствола даже при использовании породоразрушающих инструментов с одним и тем же внешним размером.

Основные элементы и характеристики буровых скважин.

(приведены на рис. 1.1 и 1.2.)

Устье буровой скважины – место пересечения забуриваемой скважиной земной поверхности, дна акватории, поверхности горной выработки (при бурении в подземных условиях) и т. д. Другими словами, устье буровой скважины представляет собой место встречи скважины при ее забуривании с тем массивом, в котором сооружается буровая скважина.

Забой буровой скважины – дно буровой скважины, перемещающееся в разбуриваемом массиве при углубке скважины. Бурение может осуществляться как с полным разрушением пород по всему сечению скважины, так и с частичным разрушением, т. е. оставлением неразрушенного целика, называемого керном. В первом случае забой скважины называют сплошным, бурение — бескерновым, во втором – забой скважины называют кольцевым (название условное), бурение – колонковым бурением, или бурением с отбором керна.

Стенки буровой скважины – боковая поверхность буровой скважины. В неустойчивых массивах стенки скважины могут закрепляться обсадными трубами, собранными в колонны (обсадные колонны).

Ствол буровой скважины – пространство в разбуриваемом массиве, ограниченное забоем, устьем и стенками буровой скважины.

Ось буровой скважины – геометрическое место точек центра забоя, перемещающегося в процессе углубки скважины, или, другими словами, воображаемая линия, соединяющая центры поперечных сечений ствола буровой скважины.

Трассой буровой скважины называется положение оси скважины в пространстве разбуриваемого массива.

Траекторией буровой скважины называется линия, описываемая в разбуриваемом массиве центром забоя, перемещающегося в процессе углубки скважины. Понятия ось буровой скважины, трасса буровой скважины и траектория буровой скважины в смысловом значении во многом совпадают и часто могут употребляться как синонимы.

Длина ствола буровой скважины – расстояние между устьем и забоем, измеряемое вдоль оси скважины.

Глубина буровой скважины – проекция оси нисходящей скважины на вертикаль. Для нисходящей вертикальной прямолинейной скважины понятия глубина буровой скважины и длина ствола буровой скважины совпадают.

Диаметр ствола буровой скважины – величина, характеризующая поперечный размер ствола скважины.

Рис. 1.1. Основные элементы и характеристики буровых скважин:

1 – устье; 2 – ствол скважины; 3 – ось скважины; 4 – колонны обсадных труб (обсадные колонны); 5 – башмаки обсадных колонн; 6 – стенки скважины;
7 – сплошной забой; 8 – кольцевой забой; 9 – керн; Dc1, Dc2, Dc3 – диаметры ствола скважины (Dc1 – начальный диаметр ствола скважины, Dc3  — конечный); Dок1 и Dок2 внешние диаметры обсадных колонн; dок1, dок2 – внутренние диаметры обсадных колонн; Нок1, Нок2 – длины обсадных колонн; Нс – длина ствола скважины; dк – диаметр керна

Рис. 1.2. Линейные характеристики буровых скважин:

Нс – длина ствола скважины; hс – глубина скважины

Для скважин круглого поперечного сечения это диаметр круга. Скважины некруглого поперечного сечения имеют диаметр лишь условно –  как некоторое среднее значение.

Керн – колонка неразрушенного массива, образуемого при бурении кольцевым забоем (колонковое бурение, или бурение с отбором керна).

Под конструкцией буровой скважины  понимают ее характеристику, определяющую изменение линейных и поперечных размеров ствола скважины и обсадных колонн по длине ствола скважины. Геометрически конструкция буровой скважины представляет собой разрез вдоль ее оси, причем скважину в разрезе изображают прямолинейной и без соблюдения масштаба. На проектной конструкции скважины указывают проектные диаметры ствола скважины, принимая их равными диаметрам породоразрушающих инструментов, проектные диаметры и длины обсадных колонн, проектные интервалы цементирования обсадных колонн и некоторые другие проектные характеристики. На фактической конструкции буровой скважины указывают ее фактические характеристики.

По направлению прямолинейные буровые скважины можно разделить на нисходящие – вертикальные и наклонные, восстающие (восходящие) – наклонные и вертикальные, а также горизонтальные. В процессе бурения скважины могут отклоняться от первоначально заданного прямолинейного направления, как естественным образом, так и принудительно (рис. 1.3).

Направленным называется бурение с учетом естественного или с применением искусственного искривления.

Искривлением буровой скважины называется ее отклонение от первоначального прямолинейного направления. В большей или меньшей степени траектории всех скважин искривлены.

Рис. 1.3. Положение буровых скважин в пространстве
разбуриваемого массива

1, 2 – вертикальная и наклонная нисходящие скважины; 3, 4 – вертикальная и наклонная восстающие скважины; 5 – горизонтальная скважина; 6 – искривленные скважины; 7 – вертикальная нисходящая скважина – шахтный ствол

Скважины с несущественной степенью искривления считают (условно) прямолинейными. Искривление может быть плоским (когда пространственным искривлением из-за малости можно пренебречь) и определяться величиной кривизны скважины (интенсивностью искривления), так и пространственным и оцениваться величиной кручения.

Пространственно-искривленные траектории буровых скважин (а при необходимости и частные случаи – плоскоискривленные и прямолинейные траектории) изображаются в виде проекций на вертикальную и горизонтальную плоскости (рис. 1.4). Первую из них называют профилем скважины, а вторую – планом скважины.

Вертикалью называется линия, совпадающая с линией действия силы тяжести в данной точке. Направление действия силы тяжести определяется векторной суммой ньютоновской силы тяготения и силы тяготения, вызываемой вращением Земли, и указывается положением нити отвеса.

Рис. 1.4. Пространственное положение траектории буровой скважины

1 – горизонтальная плоскость; 2 – вертикальная плоскость; 3 – траектория искривленной буровой скважины; 4 – профиль искривленной скважины; 5 – план искривленной скважины.

Источник: Бурение скважин различного назначения.
Сердюк Н.И., Куликов В.В., Тунгусов А.А. и другие …

Этот веб-сайт использует файлы cookie для улучшения вашего опыта использования сети.