Коріння, п’ють нафту: як видобувається чорне золото Росії

Першою в історії свердловиною був колодязь: якийсь древній людина додумався вирити яму, щоб дістатися до водоносного шару. В англійській мові і колодязь, свердловина називаються одним словом — well. Тільки от нинішні «колодязі» для нафто – і газовидобутку — це не просто дірки в землі, а високотехнологічні споруди, які галузяться, кущаться і беруть химерні вигнуті форми.

Олег Макаров

Першу свердловину з відхиленням від прямої лінії, спрямованої до центру Землі, пробурили в 1920 році в Техасі — так було покладено початок похило-вертикального буріння. Проте технології в ті часи були ще недосконалі, їм належало визріти, що і сталося приблизно до 1970 років, коли бурити «викривлені» свердловини стали по всьому світу. Причина? Економіка, перш за все.

Сибірське рішення

«У нашої країни тут був особливий інтерес, — говорить Дмитро Лубяный, заступник завідувача кафедри буріння нафтових і газових свердловин РГУ нафти і газу (НДУ) імені В. М. Губкіна. — Росія (а перш Радянський Союз) має значними запасами вуглеводнів у Західній Сибіру. Як відомо, це регіон, який має безліч важкодоступних територій: болота, багна, густі ліси. Розчистити майданчик під облаштування промислової свердловини — справа складна і витратна. Багато свердловин — багато майданчиків, а значить, рентабельність видобутку нафти або газу знижується. Був запропонований вихід: створення так званої кущовий майданчики. Бурильна установка переміщається по рейках і робить кілька свердловин в безпосередній близькості один від одного. Проте за рахунок того, що свердловини буряться викривленими, з одного невеликого майданчика можна отримати доступ до великої частини родовища. Це схоже на дерево, раскидывающее свої коріння в різні боки в пошуках води».

Типи свердловин Від перших вертикальних свердловин технологія нафто – і газовидобутку розвивалася в бік створення похило-спрямованих, а потім і горизонтальних свердловин. На сучасному етапі освоєна техніка створення «гіллястих» багатоствольних свердловин, що дозволяють з однієї точки забирати сировину різних ділянок пласта.

Тут треба пояснити, що нафто – або газоносний пласт — це не якийсь сосуд, який можна осушити до дна, одного разу опустивши в нього шланг, а складна гідродинамічна система. З однієї свердловини ми можемо забрати сировини не більше, ніж дозволяє її контур харчування. Щоб максимально вибрати сировину з родовища (а на сьогоднішній день максимум — це всього лише 60% об’єму), свердловин потрібно багато і вони повинні бути направлені туди, де, за даними геологів, міститься придатне до видобутку сировини.

Атомна бомба проти газу

Розвитком технології похило-спрямованого буріння стало горизонтальне буріння. Свердловина, яка спочатку буриться вертикально, потім плавно повертає на 90 градусів і йде уздовж пласта, значно збільшуючи поверхню дренажу. Така свердловина обходиться лише в 2-3 рази дорожче звичайної, але забезпечує приблизно десятикратний приріст видобутку.

Часто застосовується технологія, при якій спочатку для забезпечення стійкості поверхневого грунту одна свердловина буриться більшого діаметру, а потім на певній глибині від неї починають відгалужуватися похило-спрямованих свердловин, націлені на різні ділянки розроблюваного пласта. Буріння бічних стовбурів іноді дозволяє «оживити» свердловину, яка вже не дає необхідного обсягу видобутого флюїду.

Платформа «Прирозломна» Ледостойкая нафтова платформа, призначена для розробки Прирозломного родовища в Печорському морі. Це єдина платформа, яка веде видобуток нафти на російському арктичному шельфі. Початок роботи — 2014 рік. Пробурені 32 горизонтальні свердловини.

Похило-спрямоване буріння дозволило розміщувати бурову установку не над самим шаром, а практично де завгодно поблизу. Наприклад, добувати нафту або газ з-під морського дна стало можливим з суші, якщо, звичайно, берег не дуже далеко.

Є ще одне застосування похилих свердловин — це ліквідація аварій на нафтогазовидобувних об’єктах. «Самим небезпечним пригодою є вихід свердловини з-під контролю з фонтануючим викидом флюїду, — говорить Дмитро Лубяный. — У всіх у пам’яті залишилася катастрофа в Мексиканській затоці, коли був фонтануючий нафтової свердловини загинули люди, виявилося забрудненим море, а компанія BP втратила платформу. Менш відомий випадок з радянських часів: на газовому родовищі Урта-Булак в Узбекистані почала фонтанувати газова свердловина — назовні щодоби виривалося близько мільйона кубометрів газу, що перетворився в пекельний вогонь. Вогонь намагалися загасити 2 роки і 10 місяців. Потім до стовбура свердловини було вирішено пробурити іншу, похилу, щоб спробувати перекрити потік газу. В основний стовбур свердловини потрапити не вдалося. Довелося опускати в похилу свердловину ядерний заряд. Вибух призвів до зсуву породи, і смолоскип згас».

Цікаве в мережі

Складніше, ніж у космосі

Взагалі, як випливає з самого терміна «похило-спрямоване буріння», важливим моментом є саме напрямок створюваної свердловини в потрібну точку. «Коли я працював в одній з нафтовидобувних компаній, — розповідає Дмитро Лубяный, — нас відвідали співробітники провідного аерокосмічного підприємства Росії. Вони знали, що ми вирішуємо проблеми підземної навігації, і були впевнені в тому, що, маючи досвід космічної навігації, вони легко впораються і з подібними завданнями. Однак, вислухавши нас, наші гості визнали, що вирішення проблем такого роду їм не під силу і допомогти вони не зможуть нічим. Але технології тим не менше, існують, і вони вдосконалюються. Сьогодні в Росії спільно з зарубіжними партнерами успішно пробурена похило-спрямовану свердловину з великим відходом від вертикалі, з довжиною стволу, що дорівнює 15 км, — і це світовий рекорд. Свердловина пробурена в шельфовій зоні в районі острова Сахалін з бурової платформи «Орлан» під дном моря.

Отже, що ж являє собою технологія похило-спрямованого та горизонтального буріння? Гірська порода дробиться спеціальним буровим породоразрушающим інструментом долотом. З початку минулого століття в газо – і нафтовидобутку застосовувалися шарошечні долота з фрезерованими і твердосплавними зубами, але потім з’явилися принципово нові типи доліт, у яких в якості породоруйнівних елементів використовуються алмазно-твердосплавні пластини. Їх виробляє всього п’ять компаній в світі. Це унікальна технологія виготовлення при температурі 1500 °C і тиску 80 000 атм. Для порівняння: звичайна шарошечное долото зношується після проходження 150-300 м (в залежності від твердості породи). Потім всю бурову колону треба витягати з свердловини і замінювати долото. Долото з алмазно-твердосплавними пластинами може пробурити до 20 км, поки вичерпає весь свій ресурс. Ця революція істотно полегшила буріння свердловин великої протяжності.

Слідом за долотом у свердловину опускається нарощувана бурильна колона, яка знаходиться в постійному обертанні незалежно від довжини або конфігурації свердловини. Це здається дивним: складно уявити собі багатокілометрову колону, що складається з бурильних труб, що обертається всередині криволінійного стовбура. Проте це так: бурильна колона представляє собою щось на кшталт батога або ланцюга.

«Бурильна колона рухається всередині породи досить вільно, так як її діаметр на кілька сантиметрів менше діаметра свердловини, — говорить Дмитро Лубяный. — Це необхідно для того, щоб подається бурова рідина могла ефективно очищати вибій свердловини та її ствол від вибуреної породи». У нижній частині колони передбачений перехідник з вигином (як правило, регулюються). Зорієнтувавши це «колінце» відповідним чином, можна задати долоту потрібний напрямок. Долото обертає або вибійний двигун, крутиться на валу якого воно закріплено, або силовий привід на поверхні землі, який обертає всю колону і передає обертальний рух долоту. Вибійний двигун перетворює кінетичну енергію потоку промивальної рідини, що рухається по долоту внутрішньої порожнини колони, в енергію, необхідну для руйнування гірської породи.

Як тільки новий напрямок намічено, можна рухатися далі. Плавно, чергуючи криволінійні ділянки стовбура свердловини з прямолінійними ділянками (інтервалами стабілізації), траєкторія стовбура свердловини змінюється в заданому напрямку.

Компонування низу бурильної колони (КНБК) Один з прикладів конструкції КНБК — так звана роторна керована система. Гірська порода руйнується долотом, обертання якого надає верхній привід бурової установки. Відхиляюча система приводиться в дію гвинтовим вибійним гідродвигуна.

Бурильний хай-тек

Зрозуміло, точне керування процесом буріння свердловин зі складним профілем здійснюється з допомогою спеціальних забійних телеметричних систем, розташованих у нижній частині бурильної колони над долотом. Датчики цих телеметричних систем реєструють параметри та показники буріння поблизу вибою свердловини. Інформація від датчиків передається на поверхню різними способами, зокрема у вигляді спеціальних імпульсів тиску, що містять усі необхідні дані і передаються по промивної рідини.

Необхідні дані також передають і електромагнітні імпульси, що посилаються крізь товщу породи, і електричні сигнали, що йдуть по електричному кабелю, розташованому в бурильній колоні, і акустичні сигнали, що проходять по металу колони.

Цікаве в мережі

Свердловина на газовому або нафтовому родовищі сьогодні вважається об’єктом капітального будівництва, подібно будівель, мостах і тунелях. Вартість створення свердловини становить близько 60% собівартості видобутої з неї вуглеводневої сировини. І її буріння — це зовсім не кінець історії. Для захисту стінок свердловини в неї опускається обсадна колона. Проміжок між колоною і породою цементується, щоб додатково захистити видобувається флюїд від проникнення, наприклад, води. У тій частині обсадної колони, яка розташована в інтервалі залягання розроблюваного продуктивного пласта, прострілюються спеціальні отвори, крізь які в свердловину надходять нафта або газ. Більш того, свердловини вимагають дослідження, а часом і ремонту, для чого створюється спеціальне обладнання. Загалом, ті, хто протиставляє видобуток вуглеводнів хай-теку, глибоко неправі. Хай-тек тут на кожному кроці.

Стаття «Коріння, п’ють нафту» в журналі «Популярна механіка»
(№3, Березень 2019).
Источник