Корни, пьющие нефть: как добывается черное золото России.
Первой в истории скважиной был колодец: какой-то древний человек додумался вырыть яму, чтобы добраться до водоносного слоя. В английском языке и колодец, и скважина называются одним словом — well. Только вот нынешние «колодцы» для нефте- и газодобычи — это не просто дырки в земле, а высокотехнологичные сооружения, которые ветвятся, кустятся и принимают причудливые изогнутые формы.
Первую скважину с отклонением от прямой линии, устремленной к центру Земли, пробурили в 1920 году в Техасе — так было положено начало наклонно-вертикальному бурению. Однако технологии в те времена были еще несовершенны, им предстояло вызреть, что и произошло примерно к 1970 годам, когда бурить «искривленные» скважины стали по всему миру. Причина? Экономика, прежде всего.
Типы скважин.
От первых вертикальных скважин технология нефте- и газодобычи развивалась в сторону создания наклонно-направленных, а затем и горизонтальных скважин. На современном этапе освоена техника создания «ветвистых» многоствольных скважин, позволяющих из одной точки забирать сырье разных участков пласта.
«У нашей страны здесь был особенный интерес, — говорит Дмитрий Лубяный, заместитель заведующего кафедрой бурения нефтяных и газовых скважин РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина. — Россия (а прежде Советский Союз) располагает значительными запасами углеводородов в Западной Сибири. Как известно, это регион, имеющий множество труднодоступных территорий: болота, топи, густые леса. Расчистить площадку под обустройство промышленной скважины — дело сложное и затратное. Много скважин — много площадок, а значит, рентабельность добычи нефти или газа снижается. Был предложен выход: создание так называемой кустовой площадки. Бурильная установка перемещается по рельсам и делает несколько скважин в непосредственной близости друг от друга. Однако за счет того, что скважины бурятся искривленными, с одной небольшой площадки можно получить доступ к обширной части месторождения. Это похоже на дерево, раскидывающее свои корни в разные стороны в поисках воды».
Развитием технологии наклонно-направленного бурения стало горизонтальное бурение. Скважина, которая изначально бурится вертикально, затем плавно поворачивает на 90 градусов и идет вдоль пласта, значительно увеличивая поверхность дренажа. Такая скважина обходится лишь в 2−3 раза дороже обычной, но обеспечивает примерно десятикратный прирост добычи.
Платформа «Приразломная»
Ледостойкая нефтяная платформа, предназначенная для разработки Приразломного месторождения в Печорском море. Это единственная платформа, ведущая добычу нефти на российском арктическом шельфе. Начало работы — 2014 год. Пробурены 32 горизонтальные скважины.
Наклонно-направленное бурение позволило размещать буровую установку не над самим пластом, а практически где угодно поблизости. Например, добывать нефть или газ из-под морского дна стало возможным с суши, если, конечно, берег не очень далеко.
Сегодня в России совместно с зарубежными партнерами успешно пробурена наклонно-направленная скважина с большим отходом от вертикали, с длиной по стволу, равной 15 км, — и это мировой рекорд. Скважина пробурена в шельфовой зоне в районе острова Сахалин с буровой платформы «Орлан» под дном моря.
Итак, что же представляет собой технология наклонно-направленного и горизонтального бурения? Горная порода дробится специальным буровым породоразрушающим инструментом — долотом. С начала прошлого века в газо- и нефтедобыче применялись шарошечные долота с фрезерованными и твердосплавными зубьями, но затем появились принципиально новые типы долот, у которых в качестве породоразрушающих элементов используются алмазно-твердосплавные пластины. Их производит всего пять компаний в мире. Это уникальная технология изготовления при температуре 1500 °C и давлении 80 000 атм. Для сравнения: обычное шарошечное долото изнашивается после прохождения 150−300 м (в зависимости от твердости породы). Затем всю буровую колонну надо извлекать из скважины и заменять долото. Долото с алмазно-твердосплавными пластинами может пробурить до 20 км, пока исчерпает весь свой ресурс. Эта революция существенно облегчила бурение скважин большой протяженности.
Вслед за долотом в скважину опускается наращиваемая бурильная колонна, которая находится в постоянном вращении независимо от длины или конфигурации скважины. Это кажется странным: сложно представить себе многокилометровую колонну, состоящую из бурильных труб, вращающуюся внутри криволинейного ствола. Однако это так: бурильная колонна представляет собой нечто вроде плети или цепи.
В нижней части колонны предусмотрен переходник с изгибом (как правило, регулируемым). Сориентировав это «коленце» соответствующим образом, можно задать долоту нужное направление. Долото вращает или забойный двигатель, на крутящемся валу которого оно закреплено, или силовой привод на поверхности земли, который вращает всю колонну и передает вращательное движение долоту. Забойный двигатель преобразует кинетическую энергию потока промывочной жидкости, движущейся к долоту по внутренней полости колонны, в энергию, необходимую для разрушения горной породы.
Как только новое направление намечено, можно двигаться дальше. Плавно, чередуя криволинейные участки ствола скважины с прямолинейными участками (интервалами стабилизации), траектория ствола скважины изменяется в заданном направлении.
Разумеется, точное управление процессом бурения скважин со сложным профилем осуществляется с помощью специальных забойных телеметрических систем, расположенных в нижней части бурильной колонны над долотом. Датчики этих телеметрических систем регистрируют параметры и показатели бурения вблизи забоя скважины. Информация от датчиков передается на поверхность различными способами, в частности в виде специальных импульсов давления, содержащих все необходимые данные и передаваемых по промывочной жидкости.
Необходимые данные также передают и электромагнитные импульсы, посылаемые сквозь толщу породы, и электрические сигналы, идущие по электрическому кабелю, расположенному в бурильной колонне, и акустические сигналы, проходящие по металлу колонны.
Скважина на газовом или нефтяном месторождении сегодня считается объектом капитального строительства, подобно зданиям, мостам и тоннелям. Стоимость создания скважины составляет около 60% себестоимости добытого из нее углеводородного сырья. И ее бурение — это вовсе не конец истории. Для защиты стенок скважины в нее опускается обсадная колонна. Промежуток между колонной и породой цементируется, чтобы дополнительно защитить добываемый флюид от проникновения, например, воды. В той части обсадной колонны, которая расположена в интервале залегания разрабатываемого продуктивного пласта, простреливаются специальные отверстия, сквозь которые в скважину поступают нефть или газ. Более того, скважины требуют исследования, а порой и ремонта, для чего создается специальное оборудование. В общем, те, кто противопоставляет добычу углеводородов хай-теку, глубоко неправы. Хай-тек здесь на каждом шагу.
Автор Олег Макаров
Статья «Корни, пьющие нефть» опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2019).
https://www.popmech.ru/technologies/468462-korni-pyushchie-n...
(с.) Журнал «Популярная механика»