Забойный двигатель – это машина погружного типа, которая использует подведенную к ней энергию для того, чтобы преобразовать ее в механическую работу породоразрушающего инструмента.

 

Забойные двигатели принято классифицировать по нескольким критериям.

 

- гидравлические;

-  электрические;

-  пневматические.

 

Если рассматривать глубокое бурение нефтяных и газовых скважин, то здесь наиболее распространены забойные двигатели гидравлического типа. При бурении скважин на твердые полезные ископаемые и при бурении неглубоко залегающих интервалов преимущественно используются пневматические забойные двигатели. Электрические двигатели имеют ограниченное применение, в первую очередь, из-за сложности подачи электрической энергии от поверхности к двигателю.

 

По принципу действия забойные двигатели делятся на:

-  ударные;

-   вращательные;

- ударно-вращательные.

 

При бурении глубоких скважин на нефть и газ преимущественно используются двигатели вращательного типа, а при бурении крепких и твердых пород скального типа (особенно в верхних интервалах) могут успешно использоваться двигатели ударного типа.

 

В общем виде любой забойный двигатель состоит из нескольких узлов:

-  силовая или рабочая секция – модуль, который переводит энергию подводимого питания во вращательное, ударное или ударно-вращательное движение;

-  шпиндельная секция – модуль, в котором находится опорный узел двигателя и который отвечает за передачу вращения долота и восприятие реактивных нагрузок от него;

-   технологическая оснастка – отдельные модули, конструктивные элементы, которые обеспечивают сочленение силовой и шпиндельной секции, а также позволяют защищать двигатель от преждевременного износа, нештатной работы и поломок.

Прихват - это осложнение (авария), которая сопровождается потерей подвижности инструмента. Прихваченным в скважине может оказаться: бурильная колонна, обсадная колонна, пластоиспытатель, насосно-компрессорные трубы, геофизический прибор или кабель.

Понятие «прихват», как осложнение, регламентируется управляющими документами подрядчика. Обычно прихват считают осложнением, если инструмент был освобожден силами бурового подрядчика в регламентированные сроки.

Понятие «прихват», как авария подразумевает под собой ситуацию, когда инструмент не был извлечен из скважины, произошел его обрыв, произведен его отвинчивание или отстрел с оставлением части в скважине, либо время на ликвидацию превысило регламентированные сроки, а к ликвидации привлекались специальные силы (бригады по сложным работам).

Прихваты классифицируются по нескольким критериям:

Неустойчивость стенок скважины – это группа осложнений, которая обобщает любые явления, связанные с изменение профиля стенки скважины, которые отличают ее поверхность от цилиндрической.

 

К видам неустойчивости стенок скважины стоит отнести: осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растворение, растепление, желобообразование. Это осложнения, связанные со стенками скважины – первого рода – то есть они проявляются при создании определенной совокупности внешних условий (геологические условия, свойства бурового раствора, режим промывки, профиль скважины, количество спускоподъемных операций). Сочетание внешних условий обуславливает какое именно из указанных осложнений возникнет.

 

В некоторых случаях, к этим категориям добавляют группу осложнений, связанных с неустойчивостью стенок скважины, второго рода – кавернообразование, сальникообразование и заклинку инструмента горными породами. Их особеннось заключается в том, что они провоцируются за счет осложнений первого рода. Например, кавернообразование происходит, как следствие обвалов стенок скважины, растворения или растепления. Заклинка горными породами возможна, как результат обвала крепких горных пород или попадания инструмента в желобную выработку. Сальникообразование – может стать результатом любого осложнения, которое обеспечит избыточное количество глинистой горной породы в стволе скважины (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, набухание, ползучесть, растепление).

 

В общем виде можно их классифицировать по следующим признакам:

 

-                По характеру изменения сечения ствола скважины: выделяют осложнения связанные с увеличением сечения ствола скважины (осыпи, обвалы, растворение, растепление, желобообразование) и с уменьшением сечения ствола скважины (набухание, сужение, ползучесть).

 

-                По природе возникновения – химические и физические. К химическим относятся те, которые провоцируются за счет химического взаимодействия бурового раствора со стенками скважины (растворение, осыпи, обвалы, набухание). К физическим, те которые обеспечиваются за счет физических явлений – фильтрационные (сужение ствола), гравитационные (сужение ствола, осыпи, обвалы, ползучесть), тепловые (растепление), механические (желобообразование). Безусловно, не обязательно, чтобы осложнение имело единую приподу – оно может провоцироваться группой внешних физико-химических факторов.

 

-                По влиянию на количество шлама в кольцевом пространстве – увеличивающие количество шлама (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растепление), не изменяющие количество шлама (растворение, желобообразование).

 

-                По влиянию на свойства бурового раствора – активно влияющие (растворение),  пассивно влияющие (желобообразование), избирательно влияющие (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растепление). Последняя группа может активно влиять, а может не влиять на свойства бурового раствора, что обуславливается преимущественно генезисом попадающих в буровой раствор пород и их химическим взаимодейсвиями.

 

-                По зависимости от профиля скважины – принципиально зависящие от профиля скважины (желобообразование), принципиально не зависящие от профиля скважины (осыпи, обвалы, сужение ствола скважины, ползучесть стенок скважины, набухание стенок скважины, растворение, растепление).

Керноотборный инструмент – это группа скважинного оборудования, которая используется для отбора керна.

 

Керн – это образец горной породы, который извлекается из скважины в процессе бурения и служит для проведения исследований, оценки фильтрационно-емкостных свойств горной породы, изучения ее состава, структуры и текстуры.

 

Параметры керна определяются параметрами используемого для его отбора скважинного оборудования, которое в свою очередь может быть классифицировано на следующие категории:

 

-            Бурильная головка – это тип керноотборного инструмента, который непосредственно выбуривает образец горной породы. Бурильная головка также является породоразрушающим инструментом, который формирует столбик горной породы, обуривая ее по кольцевому забою. Бурильные головки классифицируются по типу инструмента – шарошечный, лопастной, алмазный.

 

- Керноотборный снаряд – это та часть бурильного инструмента, внутрь которой размещается образец керна после его отбора и перед транспортировкой. Керноотборные снаряды включают в себя грунтоноску и кернорватель.

 

Грунтоноска используется для расположения, хранения и перемещения керна. Грунтоноски или керноотборники бывают съемные и несъемные по способу транспортировки керна на поверхность. Также они отличаются по способу защиты керна от внешних воздействий – выделяют снаряды для отбора изолированного (защищенного от скважинных условий) и неизолированного керна.

Породоразрушающий инструмент – это категория бурового оборудования, которая используется для разрушения не только горной породы, но также цемента и технологической оснастки в скважине.

 

Существует достаточно широкое многообразие породоразрушающих инструментов, которые отличаются областью применения, конструкцией и принципом работы.

 

В общем виде можно выделить следующий категории породоразрушающего инструмента: буровые долота, бурильные головки, калибраторы, расширители, фрезеры.

 

Важно отметить, что бурильные головки также относятся к категории керноотборного инструмента, фрезеры – к категории аварийного инструмента, а калибраторы – опорно-центрирующего инструмента.

 

Буровые долота используются непосредственно для разрушения горной породы, а также для нормализации забоя после цементировочных работ, то есть для разбуривания технологической оснастки.

 

Бурильные головки используются также для разрушения горной породы на забое, но с тем отличием, что они имеют в центральной части отверстие, куда происходит отбор столбика керна.

 

Расширители – необходимы для увеличения диаметра скважины поступательно за долотом меньшего диаметра или локально в определенном интервале.

 

Калибраторы используются для выравнивания стенок скважины, поддержания номинального диаметра скважины, а также для удаления со стенок скважины неустойчивых элементов, формирующих зону предразрушения.

 

Фрезеры необходимы для разрушения на забое твердых элементов (преимущественно металлических и твердосплавных), оставленных на забое при инцидентах и авариях. Также они могут использоваться для нормализации забоя и разбуривания ненормативных цементных стаканов.

Скважина – это цилиндрическая горная выработка, длина которой многократно превышает ее диаметр, сооруженная без доступа человека на забой. Относительно данного определения стоит сделать несколько уточнений.

 

Например, понятие «цилиндрическая» обусловлено наиболее распространенным способом сооружения скважины – механический вращательный. Если бы при сооружении скважины использовались другие технологии, которые позволяли бы создавать ее с сечением отличным от окружности, то данное утверждение было бы не совсем корректным.

 

Понятие «без доступа человека на забой» подразумевает именно процесс строительства скважины. Это не исключает того, что после строительства скважины человек может спуститься на забой для решения каких-либо задач.

 

Скважина состоит из ряда элементов:

-            Устье;

-            Забой;

-            Ствол скважины;

-            Обсадная колонна;

-            Цементный камень;

-            Колонна НКТ;

-            Зона перфорации;

-            Фонтанная арматура.

 

Устье скважины – это верхняя точка скважины, откуда начинается бурение, где изначально размещается буровое оборудование, а затем устанавливается фонтанная арматура. Через устье скважины осуществляется доступ к подземной части скважины. Устье характеризуется следующими параметрами: координаты (широта и долгота), а также абсолютное положение относительно уровня мирового океана.

 

Забой скважины – это нижняя точка скважины на данный момент или на момент окончания бурения. Забой может характеризоваться по-разному. Существуют понятия: текущего и проектного забоя, искусственного и естественного забоя, эксплуатационного забоя. Забой характеризуется значениями координат (широта и долгота), а также глубиной измеренной (по стволу) и  абсолютной (по вертикали) с учетом альтитуды.

 

Текущий забой – это точка в скважине, на которой в данный момент ведутся работы. Не обязательно, чтобы он соответствовал глубине скважины на данный момент. К примеру, если глубина скважины 3220 м, а на глубине 2890 м ведутся работы по установке цементного моста, то текущий забой в момент проведения работ – 2890 м. Понятие текущего забоя часто упоминается в отчетах и сводках по бурению за определенный период.

 

Проектный забой – это конечная точка скважины, достижение которой определяет окончание бурения. Обычно проектный забой коррелирует с определенной точкой в продуктивном пласте.

 

Естественный забой – это забой, который представлен реальными горными породами. При проведении обыкновенного бурения работы обычно ведутся всегда на естественном забое.

 

Искусственный забой – это забой, который представлен внедренным элементом в стволе скважины – например, цементным мостом или опорой клина-отклонителя. Обычно искусственный забой используется для обхождения мест аварий в стволе скважины или для изменения траектории скважины в целях наклонно-направленного бурения.

 

Эксплуатационный забой – это забой, через который ведется эксплуатация скважины. Эксплуатационный забой бывает открытый, закрытый и смешанный.

 

Открытый забой – обычно представлен необсажнным стволом и применяется при условии, если пласт-коллектор сложен прочными горными породами.

 

Закрытый забой – представляет собой полностью обсаженную часть ствола, которая была затем проперфорирована любым из известных методов для обеспечения сообщения с продуктивным пластом. Обычно такой тип забоя применяется при пластах-коллекторах, сложенных неустойчивыми породами.

 

 

Другими словами, поглощение может произойти в отношении любого флюида, закачиваемого в скважину или выходящего из пласта.

 

В скважине может поглощаться закачиваемый буровой раствор, тампонажный раствор, буферная жидкость, жидкость глушения при КРС, жидкости ванн для ликвидации прихватов, в некоторых случаях даже продавочная жидкость. 

 

Также может поглощаться и флюид, выходящий из пласта (нефть, газ, вода). Например, поглощение при ГНВП – когда флюид выходит из напорного (активного) пласта и поглощается вышележащим «слабым» пластом при миграции флюида (для газа) или при нарушении равновесия давлений при проведении процедур глушения.

 

Для того, чтобы возникло явление поглощения в первую очередь нужно, чтобы в горной породе были каналы для ухода флюида. Эти каналы могут быть естественно-образованными (естественная пористость или трещиноватость) или новообразованными в результате создания в скважине избыточного давления, превышающего прочность горных пород открытой части ствола скважины (давления гидравлическго разрыва пород).

 

Вторым условием возникновения поглощения в скважине является создание такого забойного давления (под забоем подразумеваем образно точку или интервал возникновения поглощения), которое превышало бы либо давление поглощения, либо давления гидравлического разрыва.

 

При превышении давления поглощения – нарушается равновесие в системе «скважина-пласт» и при наличии определенной проницаемости у естественно-образованных каналов в горной порода начинается уход флюида по ним.

 

При превышении давления гидравлического разрыва – в первую очередь происходит разрыв сплошности горной породы (при превышении ее прочностных характеристик) и инициируется уход флюида в оклоствольное пространство. Проницаемость новообразованной трещины в данном случае играет не самую значительную роль, поскольку создаваемое давление значительно превышает возможные гидравлические потери движению жидкости.

Как известно для того, чтобы создать скважину необходимо разрушать горную породу. При строительстве нефтяных и газовых скважин преимущественно используется механический вращательный способ разрушения горной породы, который, однако нельзя назвать единственным. Важно понимать, что при этом имеют место гидравлическое и химическое воздействие, а также термические процессы в точке контакта породоразрушающего инструмента и горной породы.

 

Если же рассматривать в общем разрушение горных пород, то существует множество классификаций, которые стараются дать общее представление о разнообразии существующих способов и механизмов.

 

Попытаемся их категорировать по виду физического воздействия:

 

-            Механическое – это способ разрушения, когда создается определённое статодинамическое воздействие (вдавливание, удар, вращение, вибрация, комбинация) породоразрушающего инструмента на горную породу.

-            Гидравлическое – это способ разрушения породы струей жидкости методом размыва.

-            Химическое – это способ разрушения, при котором происходит растворение горной породы от воздействия потока жидкости (в исключительном случае – газа).

-            Термическое – это способ разрушения горной породы, при котором происходит ее сжигание или растрескивание под действием высокой температуры. По сути вариациями термического способа разрушения являются способы основанные на применении плазмы, термоядерной реакции или лазера.

-            Электроимпульсное – это способ разрушения породы посредством энергии пробоя, проходящей через горную породу электрической дуги.

-            Взрывное – это способ разрушения горной породы, который обеспечивает разрушение массива за счет энергии, возникшей при детонации взрывчатого вещества.

-            Имплозивное – это способ разрушения, основанный на явлении кавитации (создании импульсов давления при схлопывании пузырьков газа или специальных капсул). 

-            Комбинированное (гидроабразивное, шароструйное, механо-гидравлическое, термодинамическое и т.п.).

 

Все давления, которые создаются в скважине и околоствольном пространстве можно разделить на две группы:

-            Естественные (геологические) – это группа давлений, которые определяются особенностями залегания и генезиса горных пород;

-            Антропогенные – создаваемые человеком.

 

Антропогенная группа давлений определяется совокупностью естественных условий, с которыми человек сталкивается при строительстве скважин.

 

Группу естественных (геологических) давлений составляют – горное давление, пластовое (поровое) давление, давление поглощения (гидравлического разрыва) пород.

 

Горное давление определяется массой вышележащих пород. 

Пластовое (поровое) давление определяется давлением, которое создается жидкостью или газом, располагающимися в пустотном пространстве массива. 

Давление поглощения коррелирует с пластовым давлением, поскольку с физической точки зрения оно является его антагонистом. Точно также, как и давление гидравлического разрыва коррелирует с горным давлением, которое в некоторой степени определяется прочностными характеристиками породы.