Корни, пьющие нефть: как добывается черное золото России09.04.2019 09:49

Олег Макаров

9 апреля 2019 08:08

Обсудить 0

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.

Сибирское решение

«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».

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.

Тут надо пояснить, что нефте- или газоносный пласт — это не некий сосуд, который можно осушить до дна, однажды опустив в него шланг, а сложная гидродинамическая система. Из одной скважины мы можем забрать сырья не больше, чем позволяет ее контур питания. Чтобы максимально выбрать сырье из месторождения (а на сегодняшний день максимум — это всего лишь 60% объема), скважин требуется много и они должны быть направлены туда, где, по данным геологов, содержится пригодное к добыче сырье.

Атомная бомба против газа

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.

Часто применяется технология, при которой изначально для обеспечения устойчивости поверхностного грунта бурится одна скважина большего диаметра, а затем на определенной глубине от нее начинают ответвляться наклонно-направленные скважины, нацеленные в разные участки разрабатываемого пласта. Бурение боковых стволов иногда позволяет «оживить» скважину, которая уже не дает необходимого объема добываемого флюида.

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.

Есть еще одно применение наклонных скважин — это ликвидация аварий на нефтегазодобывающих объектах. «Самым опасным происшествием является выход скважины из-под контроля с фонтанирующим выбросом флюида, — говорит Дмитрий Лубяный. — У всех в памяти осталась катастрофа в Мексиканском заливе, когда из-за фонтанирования нефтяной скважины погибли люди, оказалось загрязненным море, а компания BP потеряла платформу. Менее известен случай из советских времен: на газовом месторождении Урта-Булак в Узбекистане начала фонтанировать газовая скважина — наружу ежесуточно вырывалось около миллиона кубометров газа, превратившегося в адский факел. Огонь пытались потушить 2 года и 10 месяцев. Затем к стволу скважины было решено пробурить другую, наклонную, чтобы попытаться перекрыть поток газа. В ствол основной скважины попасть не удалось. Пришлось опускать в наклонную скважину ядерный заряд. Взрыв привел к сдвигу породы, и факел погас».

Сложнее, чем в космосе

Вообще, как следует из самого термина «наклонно-направленное бурение», важным моментом является именно направление создаваемой скважины в нужную точку. «Когда я работал в одной из нефтедобывающих компаний, — рассказывает Дмитрий Лубяный, — нас посетили сотрудники ведущего аэрокосмического предприятия России. Они знали, что мы решаем проблемы подземной навигации, и были уверены в том, что, имея опыт навигации космической, они легко справятся и с подобными задачами. Однако, выслушав нас, наши гости признали, что решение проблем такого рода им не под силу и помочь они не смогут ничем. Но технологии тем не менее существуют, и они совершенствуются. 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.

«Бурильная колонна двигается внутри породы достаточно свободно, так как ее диаметр на несколько сантиметров меньше диаметра скважины, — говорит Дмитрий Лубяный. — Это необходимо для того, чтобы подаваемая буровая жидкость могла эффективно очищать забой скважины и ее ствол от выбуренной породы». 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.

Компоновка низа бурильной колонны (КНБК) Один из примеров конструкции КНБК — так называемая роторная управляемая система. Горная порода разрушается долотом, вращение которому придает верхний привод буровой установки. Отклоняющая система приводится в действие винтовым забойным гидродвигателем.

Бурильный хай-тек

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.