Наибольшее  применение получили фильтры, образованные   в перекрывшей нефтяной пласт и зацементированной эксплуатационной колонне. Они упрощают технологию вскрытия, позволяют надежно изолировать отдельные пропластки и воздействовать на них, но эти фильтры имеют и ряд недостатков. 

2.1. Породоразрушающий инструмент

Толща земной поверхности  сложена породами разной твердости. В верхней части - песок, глина, глубже - песчаники известняки, затем - граниты, кварциты. 

     Это следует учитывать при выборе конструкции породоразрушающего инструмента - долота, являющегося первичным звеном в большой технологической цепи процесса бурения. 

     От  долота-зубила, которые применялись  при ударном бурении, нефтяники  ушли, хотя и эти долота, и метод  ударного бурения продолжают применяться  для вскрытия неглубоких, преимущественно водяных скважин. Правда, в новом, механизированном варианте. 

     РХ ("рыбий хвост"), или двухлопастные  долота, применяют для проходки мягких пород - вязких глин, рыхлых песчаников, мягких известняков,  мергелей; трехлопастные  долота - для мягких, но не вязких пород; шарошечные долота - для пород с различными механическими свойствами. 

     Поскольку шарошечные, долота получили преимущественное применение, рассмотрим конструкцию шарошечного долота.   
 
 

     Оно состоит из корпуса, к которому привариваются  три лапы, являющиеся опорными конструкциями для шарошек.

Последние по форме  напоминают конические шестерни с несколькими  рядами зубьев. Шарошки-шестерни укреплены  на оси лапы и вращаются в роликовых  и шариковых подшипниках. В корпусе  выполнены отверстия для подачи промывочной жидкости. 

При вращении долота шарошки перекрываются по породке, откалывая от нее кусочек за кусочком. Интенсивность разрушения будет зависеть от скорости вращения долота, от усилия, с которым долото будет давить на породу, и от скорости очистки от выбуренной породы. 

Долговечность работы долота влияет напрямую на время  сооружения скважины. Поэтому ведутся  работы по повышению износостойкости  режущей части долот - путем наплавки твердых и сверхтвердых материалов - карбида вольфрама,  алмаза. Алмазные долота позволяют увеличить проходку в твердых породах до 250...300 м и, таким образом,  одним долотом заменить 15...20 обычных шарошечных.   

2.2. Устройство буровой  установки  

Ранее мы отметили, что бурение скважины есть процесс  разрушения породы в заданном пространственном интервале,  имеющем целью образования в земной поверхности скважины. 

Однако этот результат может быть достигнут  посредством вовлечения в процесс  специального оборудования,  функционально  объединенного одной задачей  и технологически составляющего единый комплекс - буровая установка. 

Современную буровую  установку составляет следующее  оборудование. 

Вышка является грузоподъемным сооружением, для чего снабжается специальной полиспастной (талевой) системой. В нее входят: кронблок, талевый блок, крюк и металлический канат. Кронблок и талевый блок - система не перемещающихся и перемещающихся шкивов, через которые переброшен канат.  Один конец каната закреплен неподвижно (мертвый конец),  второй - укрепляется на барабане лебедки. 

Работа талевой  системы основана на известном правиле  механики'. при подъеме груза с  помощью блока выигрыш в силе равен проигрышу в расстоянии. Нас в данном случае интересует выигрыш в силе, поскольку непосредственный подъем груза значительной массы требует больших затрат мощности. К талевому блоку крепится крюк, на который подвешивается груз, спускаемый в скважину или поднимаемый из нее. В большинстве случаев - это колонна бурильных труб, к самому низу которой крепится долото. 

Лебедка - механизм, предназначенный для намотки свободного (ходового) конца талевого каната, и осуществления за счет этого спускоподъемных операций. Главным узлом лебедки является барабан, вращательное движение которому сообщает специальный привод. Скорость вращения барабана регулируется пневматическим или ручным тормозом.

      Ротор - механизм, осуществляющий вращение труб при бурении скважин, а также  их свинчивание и развинчивание.  Состоит из корпуса, в котором  на подшипниках установлен вращающийся стол. Стол имеет отверстие квадратной формы, в которое вставляется первая труба бурильной колонны и имеющая квадратное сечение. Такая конструкция трубы и стола обеспечивает их надежный контакт. Вращение стола осуществляется через коническую пару шестерен, одна из которых связана с карданным валом привода, вторая - со столом, 

Насос - гидравлическая машина, осуществляющая подачу жидкости (ее называют промывочной) в скважину в процессе бурения. При этом достигаются  следующие цели: напор струи жидкости воздействует на породу в области  долота, что способствует ее разрушению; выбуренная порода захватывается струей жидкости и выносится на поверхность. В качестве промывочной жидкости используется  вода с различными присадками и глинистый раствор. 

Насос состоит  из двух узлов - гидравлического и  механического. Гидравлический узел включает в себя два (или три) цилиндра, в которых совершают возвратно-поступательное движение поршни. Клапаны, установленные в цилиндрах, обеспечивают поочередный впуск и выброс жидкости, а воздушный колпак сглаживает пульсирующий характер подачи жидкости. 

Перемещение поршней  обеспечивает механический узел,  представляющий собой редуктор с кривошипно-шатунным механизмом. Последний преобразовывает  вращательное движение в возвратно-поступательное движение поршней.  Механический узел включает в себя шкив, кривошип (коленвал), шатун, крейцкопф. Крейцкопф обеспечивает передачу усилий от шатуна к штоку поршня строго по оси поршня. 

Насос в целях  безопасности, обязательно должен быть укомплектован ' предохранительным клапаном, который монтируется на нагнетательном трубопроводе и предотвращает создание в насосе и в трубопроводе давления выше критического. 

Вертлюг - узел, обеспечивающий подачу промывочной  жидкости к буровому долоту через колонну бурильных труб в процессе ее вращения. Для этой цели вертлюг выполнен из двух частей - неподвижной и подвижной. Неподвижная часть соединена с помощью бурового шланга со стояком, по которому подается промывочная жидкость, а подвижная - через квадрат с вращающейся бурильной колонной. 

Система очистки промывочной жидкости предназначена для очистки выходящей из скважины промывочной жидкости, несущей частицы выбуренной породы и других примесей и подготовки жидкости для повторного использования. Система укомплектовывается специальными ситами для очистки жидкости от выбуренной породы, дегазаторами для отделения газа, емкостью для сбора очищенной жидкости. 

Механический  ключ обеспечивает свинчивание и  развинчивание труб, составляющих бурильную колонну.  
 
 

     3. Вскрытие и освоение  нефтяного пласта 

Бурение скважины заканчивается вскрытием нефтяного  пласта, т.е. сообщением нефтяного пласта со скважиной. Этот этап является весьма ответственным по следующим причинам. Нефтегазовая смесь в пласте находится под большим давлением, величина которого может быть заранее неизвестной.  При давлении, превышающем давление столба жидкости,  заполняющей скважину, может произойти выброс жидкости из ствола скважины и возникнет открытое фонтанирование;

- попадание промывочной  жидкости (в большинстве случаев  это глинистый раствор) в нефтяной пласт забивает его каналы, ухудшая приток нефти в скважину. 

Избежать фонтанных  выбросов можно, предусмотрев установку  на устье специальных устройств, перекрывающих ствол скважины - превенторов, или, применив промывочную жидкость высокой плотности. 

Предотвращение  проникновения раствора в нефтяной пласт добиваются путем введения в раствор различных:  компонентов, по свойствам близким к пластовой жидкости,  например, эмульсий на нефтяной основе. 

Поскольку после  вскрытия нефтяного пласта бурением в   скважину спускают обсадную колонну и цементируют ее, тем  самым перекрывая и нефтяной пласт, возникает необходимость  в повторном вскрытии пласта.  Этого достигают посредством прострела колонны в   интервале пласта специальными перфораторами, имеющими заряды на пороховой основе. Они спускаются в скважину на кабель-канате геофизической службой.

В настоящее  время освоены и применяют  несколько методов перфорации скважин.   

3.1.1. Пулевая перфорация 

Пулевая перфорация скважин заключается. в спуске в скважину на кабель-канате специальных устройств - перфораторов, в корпус которых встроены пороховые заряды с пулями. Получая электрический импульс с поверхности, заряды взрываются, сообщая пулям высокую  скорость и большую пробивную силу. Она вызывает разрушение   металла   колонны   и цементного     кольца.     Количество отверстий в колонне и их расположение по    толщине    пласта    заранее рассчитывается, поэтому иногда спускают гирлянду   перфораторов.   Давление горящих газов в стволе-каморе может достигать 0.6...0.8 тыс. МПа, что обеспечивает               получение перфорационных отверстий диаметром до 20 мм и длиной 145...350 мм.

Пули     изготавливаются     из легированной стали и для уменьшения трения при движении по каморе покрываются  медью  или  свинцом. Применяют перфораторы типов ПБ-2, ПВН-90. 

     3.1.2. Торпедная перфорация 

Торпедная     перфорация     по принципу осуществления  аналогична пулевой, только увеличен вес  заряда. с 4...5 г. до 27 г. и в перфораторе применены горизонтальные стволы. Диаметр отверстий - 22 мм, глубина - 100...160 мм, на 1 м толщины пласта выполняется до четырех отверстий. 

     3.1.3. Кумулятивная перфорация 

Кумулятивная  перфорация - образование отверстий  за счет направленного движения струи раскаленных вырывающихся из перфоратора со скоростью 6...8 км/с с давлением 0,15...0,3 млн.МПа. При этом образуется канал глубиной до 350 мм и диаметром 8...14 мм. Максимальная толщина пласта, вскрываемая кумулятивным перфоратором за спуск до 30 м, торпедным - до 1 м, пулевым до 2,5 м. Количество порохового заряда - до 50 г.  

     3.1.4. Гидропескоструйная  перфорация 

Гидропескоструйная  перфорация - образование отверстий в колонне за счет абразивного воздействия песчано-жидкостной смеси, вырывающейся со скоростью до 300 м/с из калиброванных сопел с давлением 15...30 МПа.

      Разработанный   во   ВНИИ   и освоенный  серийно под шифром АП-6М, пескоструйный  аппарат хорошо зарекомендовал себя: глубина получаемых им каналов грушевидной формы может достигать 1,5 м. 

     3.1.5. Сверлящая перфорация 

Сверлящий перфоратор - устройство для образования фильтра  посредством сверления отверстий. Для этой цели применяют разработанный во ВНИИГИСе (г.Октябрьский) сверлящий керноотборник, электропривод которого связан с алмазным сверлом. Максимальное радиальное составляет 60 мм, что обеспечивает по результатам практики прохождения обсадной колонны, вход в пласт на глубину не более 20 мм.

      Перфорация  получила название «щадящей», так как  исключает повреждение колонны  и цементного кольца, которые неминуемы  при взрывных методах. Сверлящая перфорация обладает высокой точностью образования фильтра в требуемом интервале. 

      3.2. Освоение нефтяных  скважин 

      Освоением нефтяных скважин называется комплекс работ, проводимых после бурения, с  целью вызова притока нефти из пласта в скважину.

      Дело  в том, что в процессе вскрытия, как говорилось  ранее, возможно попадание в пласт бурового раствора, воды,  что засоряет поры пласта, оттесняет от скважины нефть.

      Поэтому не всегда возможен самопроизвольный приток нефти в скважину. В таких случаях прибегают к искусственному вызову   притока,   заключающемуся   в проведении  специальных работ. 

      3.2.1. Замена в стволе  скважины жидкости  большой плотности  жидкость меньшей  плотности 

      Такой метод широко применяется и основан  на известном факте: столб жидкости, имеющей большую плотность, оказывает на пласт большее противодавление. Стремление снизить противодавление  за счет вытеснения из ствола скважины, например, глинистого раствора плотностью Qг = 2000 кг/куб.м    пресной водой плотностью Qb = 1000 кг/куб.м ведет к уменьшению противодавления на пласт вдвое.

Способ прост, экономичен и эффективен при слабой засоренности пласта.