Как бурят нефтяные и газовые скважины

Начать стоит с определения. Бурение — это устранение в определенной области слоя почвы, чтобы образовалась скважина для извлечения каких-либо природных ресурсов. Чтобы разрушить породу, необходимо мощное оборудование. Скважиной называют такое отверстие, длина которого намного больше, чем ширина. Дно скважины — это забой, места выхода на поверхность — устье, пространство между ними — ствол.

Длина ствола и глубина — это не одно и то же. Глубина скважины — это вертикальная проекция от забоя до поверхности земли. Это важно, так как для добычи нефти и газа скважины могут быть наклонными и даже горизонтальными.

Как происходит бурение?

Оно состоит из нескольких этапов:

• подготовка техники, доставка на объект. Техника может прийти своим ходом, приехать на других транспортных средствах и даже прилететь на вертолете, все зависит от степени труднодоступности;
• само бурение. Самая продолжительная стадия — углубление ствола;
• принятие мер против разрушения. Если не останавливать его, то в стволе образуется пробка. Для этого стенки укрепляются, на определенном этапе закладывается армирующая колонна. Чтобы трубы, из которых состоит эта колонна, зафиксировались, их скрепляют с почвой цементом. Это называется тампонирование;
• освоение. После вскрытия нижнего слоя образуется область, которую называют призабойной зоной. Чтобы обеспечить возможность работы на скважине, необходимо перфорировать шахту и наладить систему оттока грунтовых вод.

Подготовка

Включает не только подготовку объекта, но и работу с документацией. Какие именно документы потребуются, зависит от локализации. К примеру, ему это будет разработка лесных земель, то это не получится сделать без вырубки деревьев. А чтобы их вырубить, нужно получить на это разрешение — порубочный паспорт.

Когда все разрешения получены, специалисты приступают к подготовительной деятельности на местности. Сначала составляется план, участок делится на зоны. Затем устраняют все мешающие объекты, обычно это деревья. После этого можно размещать рабочих, а для этого нужно создать жилой поселок. Первая задача рабочих — размещение буровой установки, также нужны фундаменты, на которых будут стоять цистерны с горючими веществами.

В подготовку входит проверка всего оборудования и техники, монтаж электрических линий. Когда все готово, можно устанавливать буровую вышку и поднимать ее на высоту в соответствии с планом разработки.

Не считая периода на оформление документов, подготовка на месте займет в среднем 1-5 месяцев. После достижения полной готовности к эксплуатации на объект выезжает комиссия. В ее компетенции определить исправность техники, наличие достаточных знаний у работников, соблюдение техники безопасности. Всегда проверяется устройство приборов освещения, каждый из них должен иметь взрывоустойчивый корпус. При наличии каких-либо замечаний разработка не начнется до их устранения.

На любой буровой площадке всегда присутствуют:

• условия для жизни работников, соответствующие погоде и климату. Обязательно организуется водопровод;
• достаточное количество технических помещений;
• лаборатория, в которой оперативно исследуют грунт и породы, взятые на пробу;
• складские помещения для хранения крупного инвентаря и мелкого оборудования;
• все необходимое для соблюдения техники безопасности и оказания медпомощи.

О технологических особенностях

У разработки нефтяных месторождений есть своя специфика. Для добычи воды можно использовать среднее или даже легкое оборудование, то в данном случае необходима тяжелая техника. Сперва необходимо установить буровую мачту, ее направление должно строго совпадать с осью вышки, которая проходит по центру. Для соответствия производится центровка, после чего ствол уже будет идти в строго определенном направлении. Чтобы укрепить ствол, закладывается труба, начало заливается цементом определенной фракции. Затем необходимо вновь отцентровать вышку с осью.

Рядом создают еще одну небольшую скважину, ее называют шурф. Туда опускают ведущую трубу в периоды, когда бурение прерывается. Чтобы сделать, пользуются ротором и турбобуром, при использовании последнего нужно собрать подводящую трубу и долото. На вышке будет зафиксирован канат, его предназначение — в управлении скоростью вращения.

В последние дни перед стартом добычи собирается консилиум. На нем присутствуют инженеры-технологи, бурильщики и геологи, другие специалисты. Они обсуждают и оценивают важнейшие моменты, как особенности конкретного объекта, состав породы, которую предстоит бурить, предусматривают возможные проблемы и способы их разрешения.

Если тебе интересны способы добычи других природных ресурсов, обратись к статье “Извлечение цветных металлов по инновационным технологиям”.

Какие бывают скважины?

При создании скважины образуется шахта, специалисты проверяют, содержат ли она нефть и газ. Чтобы это сделать, ствол перфорируют с намерением спровоцировать выход искомого веществ. Пробы отправляются на анализ, а вся техника разбирается. Пробуренное отверстие запечатывают, указывая даты проведения работ.

Размер скважин бывает разным, в начале диаметр может достигать 90 см, ближе к концу диаметр сужается и редко превышает 16 см. Существует классификация по глубине, она определяет разновидности, как:

• небольшие — до 1500 метров;
• средние — 1500-4500 метров;
• углубленные — 4500-600 метров;
• сверхуглубленные — больше 6000 метров.

Чтобы пробурить любую из них, требуется разрушить целостность породы, для этого применяют долото. Оно разбивает пласт на части, которые нужно удалить. Для избавления от раздробленных частей используют буровой раствор.

Возможные сложности

Добыча нефти и газа — процесс непростой, который сопровождается многочисленными проблемами. Как правило, это возникающие технические сложности. Они могут сделать работу более тяжелой или существенно ее замедлить, могут вовсе заставить остановить процесс. Задача геологов, инженеров и других инженеров, специализирующихся на разработках — предусмотреть все сложности и разработать план действий на случай возникновения каждой из них.

Самые распространенные проблемы — это:

• обвалы породы, разрушение ствола;
• впитывание почвой раствора для промывки;
• техническая неисправность оборудования;
• выход из строя шахты;
• ошибки при бурении.

Стенки могут обвалиться, когда работать приходится с нестабильными горными породами. Распознать обвал можно по таким признакам, как рост давления и повышение вязкости промывочного раствора. Еще один верный признак: когда на поверхность начинает выходить больше кусков породы, чем должно.

Раствор должен растворять породу, но иногда он просто впитывается ей. Так происходит, когда жидкость забирает нижележащий пласт. Вероятность повышается при высокой впитываемости и пористой структуре этого пласта. Чтобы скважину не размывало, требуется погрузить в начало трубу, которая проводит раствор в желоб, чтобы тот шел целенаправленно.

Как будут вращаться буровой вал и шпиндель — одинаково или на разных скоростях и частотах, зависит от типа пробиваемой породы и диаметра коронки, служащей для бурения. Скоростью управляют через регулятор, он дозирует нагрузку на коронку. Необходимо создать подходящее давление и на стенки, и на резцы коронки.

Как проектируют?

Бурение скважины начинается на бумаге, когда составляют проект. Он выполняется с чертежами и обязательно включает в себя такие данные:

• характеристики пород. Насколько они плотные и твердые, сколько содержат воды, имеют ли тенденцию к разрушению и осыпанию;
• какая будет глубина и при каком угле наклона;
• сколько будет составлять диаметр в конце. Это необходимо для расчетов, насколько на дне будет ощутимой плотность породы;
• какие технологии будут использоваться, основные мы рассмотрим ниже.

Чтобы решить все эти моменты и определить другие функциональные особенности, проводят геологический анализ.

Способы бурения

Чаще всего используют такие технологии, как:

• ударно-канатная;
• с использованием роторной техники или забойного мотора;
• турбинной технологией;
• с винтовым мотором;
• электрическим буром.

Самый проверенный и практичный метод был назван первым — ударно-канатный. Он предполагает пробивание долотом с конкретной периодичностью. Сила удара формируется весом самого инструмента и утяжеления в виде штанги. Обратное движение выполняется за счет балансира.

При использовании роторной техники бурение осуществляет вращающийся механизм. Ротор устанавливается на устье через трубы, он работает, как вал. Если это небольшая скважина, то будет достаточно шпиндельного двигателя. Привод ротора присоединяется к лебедке и кардану, благодаря этому можно управлять скоростью.

Турбина создает вращающий момент, это воздействие двигателем на колонну, используется гидравлическая энергия. Турбобур создает из энергии гидравлики механическую, она и будет вращать элементы.

Мы рассмотрели, как бурят скважину на нефть, прошлись по всем необходимым работам и способам бурения. Общий вывод такой: главная задача при разработке — передать энергию на долото, чтобы создать движение, направленное на углубление. Отличие технологий в типе энергии и способе ее передачи.