1598005528-5a29f77d2a9bb899a883b13e75ca9e01 (811229), страница 20
Текст из файла (страница 20)
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 буренин следует проводить расчеты стоимости 1 ч работ и 1 погонного метра проходки ствола скважины и проверять выполнение пла- на 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 опускать 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 9100 м — 24 ч. По существу это время является непродуктивным. Для снижении 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 ао 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 10лв Дж энергии, из них 56 10ш Дж для экономики США. Нефть и газ обеспечили покрытие л/л 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, 92 Глава 2 Сухие геотермельнме местороиденил 93 поскольку требования к обсадке, буровому раствору (для противодействия пластовому давлению) менее жестки, хотя скорости бурения значительно ниже. Однако нефть и газ редко находят в вулканичео.
ких 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 темпе. ратуры 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 га.- зовых скважин (по 100 000 скважин в год бурилось только в течение последних Ю лет).
НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Обычные методы бурения предназначены в основном для прохождения осадочных пород при поисках нефти и газа. Сравнительно не. давно был разработан метод бурения на несколько большие глубины без значительных изменений технологии бурения. Однако оптимальный интервал при роторном бурении приходится на глубины 6-7,5 км преимущественно в осадочных породах. Из-за экспоненциального роста стоимости бурения с ростом глубины для глубинных геотермальных систем могут потребоваться другие более экономичные способы прохождения породы. Поэтому требуются дальнейший анализ сложной системы "человек — машина — массив литосферы" и проведение дальнейших исследований в области новой техники и механических процессов.
Что касается бурения геотермальных скважин, то.наиболее дешевым способом освоения геотермальной энергии является сооружение неглубоких скважин в районах с высоким термическим градиентом, которь1е встречаются относительно редко, Для извлечения геотермальной энергии требуется сооружение скважин большего диаметра, чем при добыче нефти и газа. Минимальный внутренний диаметр скважины, обеспечивающей необходимый расход пара для паро- вой турбины, составляет 0,3-0,6 м. Кроме того, для размещения на глубине теплообменников также могут потребоваться большие диаметры скважин.
Глубокое роторное бурение СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ Имеется лишь несколько скважин, пробуренных'на глубину более 7,5 км; Из-за технологических и геологических трудностей, стоимость бурения возрастает экспоненциально с ростом глубины. Поэтому воп- рос о целесообразности использования роторного бурения для созда- ния глубоких геотермальных скважин не имеет однозначного ответа Все проблемы и ограничения, касающиеся глубокбго бурения, рас- сматриваются в разделе Технологические трудности и ограничения. Здесь описываются общее состояние вопроса и основные технические проблемы и ограничения, присущие современным методам сооруже- ния скважин, их испытания, завершения и каротажа, а также подроб- но рассматривается оборудование, используемое при глубоком буре- нии на нефтяных и газовых месторождениях.
Приводятся также дан- ные о многих скважинах в различных геологических условиях: в шта- тах Калифорния и Оклахома, на юге штатов Луизиана и Техас, в шта- тах Запцпная Виогиния и Вайоминг. Условия на глубине при глубоком бурении часто мало известны. Сейсмические записи о породах на глубинах более 7,5 км более сла.- бые и менее четкие, чем на меньших глубинах. Сверхглубокое бурение в настоящее время проводится в основном в осадочных образованиях, основные структурные характеристики которых заранее могут быть предсказаны и определены, При бурении глубоких скважин для нефти или газа скважина по всей глубине должна иметь достаточно большой диаметр, позволяю- щий установить колонну обсадных труб. Обычно для таких скважин требуется несколько последовательно расположенных колонн обсад- ных труб, которые в некоторых случаях могут настолько уменьшить диаметр скважины, что ее использование станет нецелесообразным.
Зти и другие ограничения и трудности могут быть проиллюстрирова- ны на следующих примерах. Скважина 31-10Х ллубаной 6600 м, Теннено (шн. Калифорния). Фирма Грейт бэзинс петролеум", выполняющая работы по заказу ряда других фирм, пробурила эту самую глубокую скважину в шт. Ка- лифорния. В 1973 г. проводилось бурение еще двух глубоких сква- жин, глубина которых также должна была превысить 6,6 км. Все три 94 Глава 2 скважины расположены в области Бейкерсфилд (в южной части долины реки Сан-Хуакин). Недра здесь слагают осадочные образования, которые испытывают высокие давления и содержат непрочные породы, требующие установки колонн обсадных труб. Осадочные породы состоят обычно из слоев песчаника, аргиллита, известняка и их сочетаний. Поры, образовавшиеся в этих породах, могут занимать 10-30 обьемн.уы Жидкость в поРах находитсЯ под давлением, а так как поры соединены друг с другом, то жидкость под действием давления может перемещаться.
При обычных условиях жидкость в порах находится под давлением, равным давлению столба пресной или соленой воды на такой же глубине. Например, на глубине 3 км нормальные давления пресной и соленой воды составляют соответственно 29,9 и 32,1 МПа. Известно, однако, что некоторые формации имеют аномальные градиенты давле. ния по глубине, составляющие 27 кПа/м, что соответствует давле. нию 166 МПа на глубине 6,1 км, На нефтяных месторождениях давления обычно выражаются эквивалентным напором столба бурового раствора с определенной плотностью, выраженной в кг/л.
Так, на глубине 9,15 км, где жидкость в порах находится под давлением 172 МПа, потребуется столб бурового раствора плотностью 1,92 кг,Ул высотой 9,15 км, чтобы компенсировать это давление. Скважины в породах, испытывающих столь мощные давления, следует закреплять обсадными трубами и цементировать„прежде чем продолжать бурение. Другим фактором, заставляющим закреплять скважины обсадными трубами, является образова1ие в породах трещин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
